葡萄穗霉中β-甘露聚糖酶基因在黑曲霉中的表达及酶学性质

【目的】以黑曲霉(Aspergillus niger)为宿主菌来表达葡萄穗霉(Stachybotrys chartarum)中的β-甘露聚糖酶(β-mannanase)基因。【方法】通过对葡萄穗霉全基因组进行比对分析,获得编码β-甘露聚糖酶基因s16942和s331的序列信息,通过设计引物,PCR扩增得到基因s16942和s331,连接到载体pGm上,并转化到黑曲霉中,获得的转化子经过amdS二筛平板复筛,测序验证,得到高效表达此基因的工程菌株G1-pGm-s16942和G1-pGm-s331。【结果】SDS-PAGE检测结果显示,G1-pGm-s16942和G1-pGm-s331表达的蛋白分子量大小分别约为48 kDa和60 kDa,且阴性对照中没有此条带。粗酶液的酶学性质表明,G1-p Gm-s16942表达的β-甘露聚糖酶的最适反应温度为60°C,最适反应pH为7,粗酶液的酶活最高达521 U/mL;G1-p Gm-s331表达的β-甘露聚糖酶的最适反应温度为50°C,最适反应pH为7,粗酶液的酶活最高达84 U/mL。【结论】本研究首次将葡萄穗霉的β-甘露聚糖酶基因转化到黑曲霉中并成功表达,并且具有较高的活性。     

蛋白质工程：从定向进化到计算设计

定向进化通过建立突变体文库与高通量筛选方法,快速提升蛋白的特定性质,是目前蛋白质工程最为常用的蛋白质设计改造策略。近十年随着计算机运算能力大幅提升以及先进算法不断涌现,计算机辅助蛋白质设计改造得到了极大的重视和发展,成为蛋白质工程新开辟的重要方向。以结构模拟与能量计算为基础的蛋白质计算设计不但能改造酶的底物特异性与热稳定性,还可从头设计具有特定功能的人工酶。近年来机器学习等人工智能技术也被应用于计算机辅助蛋白质设计改造,并取得瞩目的成绩。文中介绍了蛋白质工程的发展历程,重点评述当前计算机辅助蛋白质设计改造方面的进展与应用,并展望其未来发展方向。     

植物天然产物微生物重组合成研究进展

植物天然产物是小分子药物、营养品、化妆品、香精香料等的主要来源之一,在国民经济中发挥重要的作用。目前植物天然产物主要依赖于植物提取,这种生产方式占用耕地、生长周期长,而且植物活性成分往往含量低、生产成本高。通过解析植物天然产物生物合成途径,在微生物细胞中重构,创建细胞工厂,实现利用可再生原料发酵合成,为植物天然产物的供给提供了新的路线。本文重点介绍了中国科学院天津工业生物技术研究所在萜类、黄酮类、苯丙素类等重要类型植物天然产物微生物重组合成方面的研究进展,简要探讨了当前研究面临的挑战及未来前景。     

B型流感病毒血凝素的表达及免疫原性测定北大核心CSCD

B型流感病毒是引起季节性流感的原因之一,严重时会造成重大疾病或死亡。为了检测B型流感病毒2个疫苗候选毒株的血凝素(hemagglutinin,HA)蛋白胞外段在哺乳动物细胞中的表达及在小鼠体内的免疫原性,本研究将带有三聚体标签的HA胞外段(HA-ectodomain,HA-ecto)序列及神经氨酸酶(neuraminidase,NA)全长编码框经密码子优化后构建至pCAGGS载体中,通过线性聚乙烯亚胺将pCAGGS-HA-ecto与pCAGGS-NA共转染293T细胞。收集转染后96h的上清,通过镍离子亲和层析及分子筛层析获得三聚体形式的HA-ecto蛋白,然后将HA-ecto三聚体蛋白免疫小鼠,进行酶联免疫吸附试验(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)及血凝抑制实验(hemagglutination inhibition,HAI)检测HA-ecto蛋白诱导小鼠后产生的抗体水平。纯化结果显示,通过哺乳动物细胞表达系统能够得到分泌型表达的三聚体HA-ecto蛋白。ELISA及HAI结果显示,三聚体HA-ecto蛋白二次免疫小鼠后,能诱导小鼠产生较高水平的同源和异源交叉抗体。以上结果表明,哺乳动物细胞表达的B型流感病毒HA蛋白可作为亚单位重组流感疫苗的候选。     

多个调控元件调控萜类合成途径基因表达提高β-胡萝卜素的生产

强启动子对于获得目标产物最大代谢流量来说并不一定是最优的;相比之下,使用多个具有不同强度的调控元件对基因表达进行调控更有可能获得最优的表达强度.为了对比使用多个调控元件和使用强启动子调控萜类合成途径基因表达对β-胡萝卜素生产的影响,并通过对关键基因的组合调控提高β-胡萝卜素的生产.文中使用6个强度差异很大的人工调控元件,对萜类合成途径的8个基因进行调控.对于不同的基因,其最适的调控元件强度各不相同.对8个基因的调控使β-胡萝卜素产量提高1.2～3.5倍.和以前报道不一样的是,文中发现用适当强度的调控元件对dxr、ispG和ispH基因进行调控后,也能提高β-胡萝卜素的生产.对dxs和idi基因的组合调控将β-胡萝卜素产量提高了8倍,最终β-胡萝卜素产量达17.59 mg/g干重细胞.结果表明使用多个不同强度的调控元件对基因表达进行调控比仅使用强启动子调控更为有效,为提高目标产品合成能力提供了一种新的基因表达调控方案.     

谷氨酸棒状杆菌集成细胞网络的构建与结构分析

谷氨酸棒状杆菌是一种重要的传统工业微生物,其基因组学和分子遗传操作工具的快速发展使得谷氨酸棒状杆菌具备了作为新型细胞工厂的潜力。但是,相对于大肠杆菌等模式生物,对于棒杆菌的代谢调控研究较少,特别是目前还缺乏谷氨酸棒状杆菌集成细胞网络的研究,这一现状阻碍了谷氨酸棒状杆菌的系统生物学研究和大规模菌种理性设计优化。文中综合应用公共数据库、文献数据库资源,首次构建了谷氨酸棒状杆菌的集成细胞网络,包含1 384个反应,1 276个代谢物,88个调节子,999对转录调控关系。其转录调控可分为5层,代谢网络呈现出清晰的bow-tie结构。文中还以赖氨酸的生物合成为例,提出了一种提取代谢调控子网络的新方法,这对氨基酸等产品高产生物机制的研究和工程菌株的重新设计具有指导意义。     

基于图论和约束优化的异源代谢途径设计方法及应用

构建高产高附加值产品的微生物细胞工厂是代谢工程的研究目标之一,设计高效的产品合成途径是实现这一目标的重要方式.不同微生物底盘因其代谢能力有所差异,故而可以利用的底物和生产的产品范围有限.为了扩大其生产能力,需要进行代谢途径从无到有的设计.传统代谢工程基于经验进行异源途径设计的方式低效且无法确保结果的全面性,而系统生物学...     

工业生物技术的前沿科技

随着石化资源逐步消耗,气候问题日益凸显,工业生物技术被认为是解决能源和资源供给、应对气候变化、实现绿色可持续发展的重要方向。得益于理论突破、技术变革和学科交叉,工业生物技术主要经历了由生命科学突破性成就、多学科技术理念交汇融合和产业应用导向推动的3个阶段。本文回顾总结了工业生物技术的发展历程及近年来取得的重要突破,并展望了其未来发展方向。     

基于CRISPR/Cas系统的黑曲霉基因组编辑技术

黑曲霉Aspergillus niger是有机酸与酶制剂的重要工业生产菌株,以极端环境耐受性、高生产经济性、强发酵鲁棒性与高食品安全性等优势成为不可多得的细胞工厂.合成生物学与系统生物学的快速发展,不仅拉开了全面揭示黑曲霉细胞工厂高效运转机制的序幕,而且为高效黑曲霉细胞工厂的创建优化提供了新技术体系.作为新一代的基因组...     

通过N端引入芳香族氨基酸提高木聚糖酶的热稳定性

耐热的木聚糖酶具有用于造纸、麻类脱胶和饲料生产等工业领域的巨大潜力,为了提高11家族碱性木聚糖酶Xyn11A-LC的热稳定性,通过理性设计在N-末端引入了芳香族氨基酸(T9Y和D14F)。测定野生型和突变体的性质表明,突变体的最适反应温度和热稳定性均获得了提高。突变体的最适反应温度比野生型提高了5℃。野生型在65℃的Tris/HCl缓冲液(pH 8.0)中的半衰期为22 min,而突变体在此条件下的半衰期为106 min。圆二色光谱测定结果显示野生型和突变体的Tm分别为55.3℃和67.9℃。因此,通过在N-末端引入芳香族氨基酸可以提高11家族木聚糖酶的热稳定性和在高温下的活性。