多约束代谢网络模型的研究进展

基于约束的基因组尺度代谢网络模型(genome-scale metabolic models,GEMs)分析已被广泛应用于代谢表型的预测.而实际细胞中代谢速率除计量学约束外,还受到酶资源可用性和反应热力学可行性等其他因素影响,在GEMs中整合酶资源约束或者热力学约束构建多约束代谢网络模型可以进一步缩小优化解空间,提升细...     

基因组编辑对酿酒酵母DNA的损伤作用及修复响应

【目的】为了研究基因组编辑工具CRISPR/Cas9和CRISPR/Cpf1所产生的DNA双链断裂(DNA doublestrandbreak,DSB)对酿酒酵母DNA的损伤作用及修复响应情况,对比化学物质甲基磺酸甲酯(methyl methanesulfonate,MMS)对酿酒酵母基因组DNA的损伤和修复,阐明编辑细胞在细胞水平和转录水平上的变化。【方法】起始细胞分为两种情况,包括未进行细胞周期同步化和被α-因子同步化细胞周期至G0/G1期。检测CRISPR/Cas9和CRISPR/Cpf1处理后编辑细胞的生长情况。利用流式细胞术检测编辑细胞的细胞周期延滞的情况。利用荧光定量PCR检测编辑细胞和MMS处理细胞后DNA损伤响应关键基因转录表达水平的变化情况。【结果】起始细胞无论是未同步化还是同步化,其生长均受到基因组编辑抑制,细胞存活率降低,细胞周期被滞留在G2/M期,而MMS处理导致细胞周期S期的滞留。此外,随编辑时间的延长,突变率增加,细胞存活率降低。CRISPR/Cpf1编辑细胞的突变率和存活率均低于CRISPR/Cas9,由此可见,CRISPR/Cpf1对细胞的损伤强度高于CRISPR/Cas9。两种编辑均诱导酵母DNA损伤响应关键基因RNR3及HUG1转录水平显著上调,并且CRISPR/Cpf1介导的上调幅度大于CRISPR/Cas9,但两者均低于MMS的处理。【结论】本研究解析了CRISPR/Cas9和CRISPR/Cpf1介导的基因组编辑在细胞水平和转录水平上对DNA损伤作用及修复响应,初步揭示了酿酒酵母应对不同类型的DSB损伤时响应程度的差异,为提高基因组编辑工具的编辑能力和评估基因编辑安全性提供了重要依据。     

真菌降解木质纤维素的功能基因组学研究进展

木质纤维素利用的核心问题之一是生物质的降解,即如何将生物质由高聚大分子降解为可发酵的小分子糖,又称为糖化。自然界中向胞外大量分泌降解生物质酶类的微生物主要是真菌,研究真菌木质纤维素降解途径的分子机理对生物质的综合利用意义重大,是木质纤维素能否实现全面生物炼制的关键之一。以下将针对真菌降解木质纤维素的研究进展,特别是对利用功能基因组学所取得的进展进行评述。     

一株产耐热普鲁兰酶菌株Anoxybacillus sp.LM14-2分离鉴定及酶学性质研究

从云南轮马热泉下游淤泥中筛选得到了一株产耐热普鲁兰酶菌株LM14-2.根据形态特征及16S rRNA序列同源性分析,初步判定为Anoxybacillus sp.LM14-2.该菌株发酵上清液中有耐热普鲁兰酶积累,其反应最适pH值为6.0,最适温度为70℃.利用染色体步移技术获得了完整的普鲁兰酶编码基因(HQ660582),经序列相似性进一步分析,确定该蛋白与Ⅰ型普鲁兰酶保守区b相吻合.通常的普鲁兰酶在高温下很快失活,难以满足淀粉加工,洗涤剂等相关工业的需求,而该新型的耐热普鲁兰醇的作用温度广泛,热稳定性较好,65℃保温55 h后达到其半衰期,具有广阔的开发应用前景.     

来源于麦氏喙枝孢霉的玉米赤霉烯酮水解酶在毕赤酵母中的高效表达及活性分析

【背景】玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEN)及其衍生物是一群具有雌激素活性的霉菌毒素,广泛存在于被霉菌污染的谷物中,造成食品业和畜牧业的巨大损失。利用专一性高的水解酶进行生物转化可有效去除玉米赤霉烯酮。【目的】构建高效表达玉米赤霉烯酮水解酶的酵母系统,以促进玉米赤霉烯酮水解酶的研究和工业应用。【方法】将来源于麦氏喙枝孢霉(RhinocladiellamackenzieiCBS650.93)的Rmzhd基因转入毕赤酵母中,筛选获得高效表达菌株,通过高效液相色谱分析发酵液中重组酶的性质。【结果】发酵液中Rm ZHD对ZEN的酶活力为16.67 U/m L,对α-ZOL的酶活力为9.85 U/m L。SDS-PAGE检测表达产物的分子量,与理论值30.7k D符合,且发酵上清液蛋白纯度高。Rm ZHD的最适p H值为9.6,最适温度为45°C,并具有较好的耐热性。【结论】研究结果为玉米赤霉烯酮水解酶的异源表达及其潜在的工业应用提供了一定的指导。     

关于秸秆微生物降解的文献计量分析

随着可再生生物质能源研究的快速发展,秸秆的微生物降解成为世界范围内的研究热点。客观分析当前秸秆微生物降解领域的发展态势,可为我国秸秆降解领域工作人员提供情报动态,推进我国在新型生物质能源方面的深入研究。本文基于WebofScience数据库,利用HisCite和VOSviewer软件分析工具,对世界范围内关于秸秆微生物降解领域的发文数量、高发文国家、高发文期刊及高发文机构等数据进行分析。分析结果发现秸秆微生物降解研究自21世纪以来出现逐年递增的趋势,全球范围内对秸秆微生物降解的研究主要集中在应用微生物、农业和生物技术等方面。其中,美国、中国、德国和日本在秸秆微生物降解研究领域处于国际领先地位。美国的发文量和发文的影响力位列首位。我国在该领域发文量位列第二名,表明我国在秸秆微生物降解领域的研究具有一定的基础,但影响力较低,需要加强高水平的研究,带动我国在该领域研究实力的整体提升。     

生物催化甲醛生成L-木糖

在当今不可再生资源日益消耗的情形下,利用生物合成的技术,将甲醛转变成糖类,具有重要意义。该过程最重要的是找到一个合适的催化剂组合来实现甲醛的二聚反应。在最近的研究中,报道发现了一种乙醇醛合酶(Glycolaldehyde synthase,GALS)可以催化这一反应,将其与D-果糖-6磷酸醛缩酶(D-fructose-6-phosphate aldolase,FSA)组合使用,即"一锅酶"法,可以利用甲醛合成L-木糖,并且转化率可达64%。这一过程的实现也为合成其他糖的反应提供了参考。     

定向进化技术的最新进展

筛选是制约酶定向进化改造的瓶颈。为解决这一难题,近年来一系列基于组合活性中心饱和突变(Combinatorial active-site saturation test,CAST)及迭代饱和突变(Iterative saturation mutagenesis,ISM)的半理性设计新方法被开发出来,包括单密码子饱和突变(Single code saturation mutagenesis,SCSM)、双密码子饱和突变(Double code saturation mutagenesis,DCSM)和三密码子饱和突变(Triple code saturation mutagenesis,TCSM)。通过构建"小而精"的高质量突变体文库,对特定靶点进行组合突变,并成功应用于多种生物催化剂的立体/区域选择性及催化活力等多参数的改造。文中综述了近年来定向进化技术的最新进展及其在生物催化剂定向改造中的应用。     

草坪系统对城市降雨初期径流氮污染控制作用

为了控制城市旅游区降雨径流污染,在武汉动物园鹿苑区构建草坪系统,研究了草坪系统对城市降雨初期径流氮污染的控制与持留作用。结果表明：草坪系统使预处理后降雨径流中的总氮（TN）、溶解态总氮（DN）和铵态氮（NH₄⁺-N）浓度分别降低16.0％、13.9％和75.6％;草坪系统对氮素的持留率为NH₄⁺-N>90%、TN、DN>65％、硝态氮 (NO₃^--N)>5％;水力负荷显著影响TN出水浓度和处理效率,进水浓度相近、水力负荷从3.3 cm·d^-1升高到8.3 cm·d^-1,TN去除率由28.0%降低至19.8%;草坪宽度影响污染物出水浓度,NH₄⁺-N浓度随着草坪宽度增加而下降,而NO₃^--N浓度变化趋势与之相反,DN在流程10 m处出现最低值。草坪系统在净化降雨初期径流的同时利用了营养盐和水资源,降低了草坪维护的水肥投入。     

大肠杆菌苏氨酸合成途径动力学模型的构建与分析

动力学模型分析有利于理解生物系统的调控机制,从而为高效细胞工厂的理性设计提供指导。基于以往发表的相关途径动力学模型和测量的酶动力学数据,开发了大肠杆菌苏氨酸合成途径的动力学模型。模型包含从天冬氨酸至苏氨酸的合成途径及葡萄糖开始的为合成途径提供前体以及能量的代谢途径。与以往模型不同的是新模型中考虑了能量和还原力的平衡,从而使模型模拟的系统自身成为一个不需要从外界提供能量和还原力的自洽系统。模型稳态分析的结果表明PTS、G6PDH和HDH等反应对苏氨酸合成反应的通量控制系数较大,通过过表达这些反应的酶可以有效增加苏氨酸合成反应的通量。