加强合成生物学研究发展生物产业——访中国科学院上海生命科学院杨胜利院士

<生物产业技术>:作为一门新生的学科,合成生物学近年来研究进展很快.请您简单介绍一下合成生物学发展历程. 杨院士:合成生物学是生命科学的一个新分支,它与系统生物学是密切相关的.生命科学研究经历不同的发展阶段,最早的生物学我们现在叫宏观生物学,包括分类、形态,随着科技水平的提高,从宏观逐步转向微观,逐渐从机体、器官、组织、细胞到基因、蛋白质.     

海南捕鸟蛛毒素-Ⅳ突变体的固相合成和生理活性分析

海南捕鸟蛛毒素-Ⅳ(HNTX-Ⅳ)是从我国海南捕鸟蛛粗毒中分离出的一种TTX-敏感型的钠离子通道阻断剂,由35个氨基酸残基组成,含3对二硫键.为了研究HNTX-Ⅳ结构与功能的关系,用芴甲氧羰基(Fomc)固相多肽合成方法合成了用丙氨酸(Ala)替代HNTX-Ⅳ第12位丝氨酸(Ser12)的突变体S12A-HNTX-Ⅳ和替代第29位精氨酸(Arg29)的突变体R29A-HNTX-Ⅳ.合成的突变体经谷胱甘肽法氧化复性和纯化后,分别用MALDI-TOF质谱进行分子量鉴定,用一维核磁共振波谱法分析空间结构的变化,膜片钳电生理方法分析生物学活性.结果表明,Ser12和Arg29被Ala突变后没有明显影响分子的空间结构,S12A-HNTX-Ⅳ的生物学活性与天然HNTX-Ⅳ的相近,提示Ser12与HNTX-Ⅳ的生物学活性无关或关系不大;而R29A-HNTX-Ⅳ的生物学活性下降了155倍,说明Arg29是与HNTX-Ⅳ生物学活性相关的关键残基之一.推测R29A-HNTX-Ⅳ活性的降低是由于Ala替代Arg后改变了HNTX-Ⅳ与受体作用的位点,而不是由于毒素分子整体空间结构变化所致.     

非天然氨基酸N-Fmoc-D-β-4-吡啶丙氨酸的合成研究

以4-氯甲基吡啶盐酸盐和乙酰氨基丙二酸二乙酯为原料,经缩合、水解、拆分制得α-氨基酸N-Fmoc-D-4-吡啶丙氨酸,经活化后生成重氮酮,失去氮气,重排而制得N-Fmoc-D-β-4-吡啶丙氨酸。中间体和目的产物经熔点、旋光度、红外、核磁以及元素分析,其结构得到证实。     

小球藻与固氮菌Mesorhizobium sp.共培养对小球藻生长和油脂积累的促进效果

微藻油脂不仅可以作为功能油脂,同时也是生产生物柴油的重要原料之一。为解决微藻生长与油脂积累之间的矛盾,利用藻菌共培养技术在缺氮条件下将无菌小球藻与细菌以不同初始比例进行共培养,通过测定藻细胞生物量、油脂含量和脂肪酸比例等来研究藻菌共培养对小球藻生长和油脂积累的影响。结果表明,在小球藻与固氮菌B2. 3 70∶1(V/V)共培养体系中,小球藻的生物量和油脂含量较同样条件下单独培养小球藻有了显著提高。其生物量最高可达1. 68g/L、总脂含量为45. 2%、总脂产率为75. 94 mg/(L·d)、中性脂含量为23. 0%及中性脂产率为38. 65mg/(L·d),其生物量和油脂含量分别较单独小球藻培养时提高了66. 3%和47. 7%。同时细菌的加入显著提高了藻细胞内C18∶1脂肪酸的比例。结论表明,通过藻菌共培养技术能够有效提高微藻生物油脂的质量和产量,具有较好的实际利用价值。     

大肠杆菌(Escherichia coli)体外脂肪酸合成反应的重建

PCR扩增大肠杆菌参与脂肪酸合成的7个主要酶基因：fabD、fabG、fabH、fabA、fabZ、fabB和fabI,并构建相应的表达载体,在大肠杆菌BL21（DE3）中分别诱导表达酶蛋白,并使用Ni-NTA琼脂糖纯化到7种酶蛋白．体外添加所需酶蛋白和辅因子,在不使用[2-^14C]丙二酸单酰CoA的条件下,成功地实现了脂肪酸合成反应的重建,另外还建立了数个鉴定有关酶蛋白功能的标准反应,并用其鉴定了丙酮丁醇梭菌FabZ的功能．     

药用植物甾体生物碱的药理作用及合成途径

甾体生物碱是药用植物中广泛存在的一类代谢产物,是一类具有降压、止咳、平喘、抗肿瘤等生物活性的天然产物。目前,甾体生物碱的合成代谢途径、分离纯化、鉴别及生物学功能研究已成为国内外天然产物研究的热点之一。对药用植物甾体生物碱的药理作用进行了综述,并根据萜类物质合成途径,推测总结了甾体生物碱的合成相关途径和参与该途径的关键酶及其基因克隆的研究进展,以期为药用植物甾体生物碱的代谢途径与基因表达调控及应用研究提供参考。     

酿酒酵母中SSK2基因与其他镉耐受相关基因之间的双基因缺失菌株构建

镉是一种严重的环境污染物,对人体具有致癌性,能蓄积在生物体内影响机体的生长、发育和生殖。有丝分裂原蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPK)在调节细胞存活、增殖和分化中是重要的信号分子,并能够被镉胁迫激活。酿酒酵母中2个MAPK信号传导途径,高渗透压甘油(High Osmolarity Glycerol,HOG)途径和细胞壁完整性(Cell Wall Integrity,CWI)途径都参与Cd2+胁迫下的细胞应答。为了进一步研究这两条途径在调控Cd2+胁迫方面的相互作用,以HOG途径的蛋白激酶SSK2基因为例,通过合成遗传阵列(Synthetic Genetic Array,SGA)方法,成功构建了SSK2基因与其他52个Cd2+耐受相关基因之间的双基因缺失菌株。为大规模研究Cd2+耐受基因之间在调控镉胁迫方面的遗传学相互作用奠定了基础,也为酿酒酵母的相关研究提供了一个新的遗传学手段。     

家蚕FXPRL神经肽前体基因的体外转录

昆虫滞育激素（Ｄｉａｐａｕｓｅｈｏｒｍｏｎｅ：ＤＨ）、性信息素合成激活肽（Ｐｈｅｒｏｍｏｎｅｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｃｔｉｖａｔｉｎｇｎｅｕｒｏｐｅｐｔｉｄｅ：ＰＢＡＮ）是诱导昆虫滞育和性信息素（Ｓｅｘｐｈｅｒｏｍｏｎｅ）合成的两个重要神经肽［１...     

注射硫代乙酰胺及饲喂不同油脂水平饲料建立草鱼肝损伤实验模型

目的通过注射硫代乙酰胺(TAA)及饲喂不同油脂水平饲料建立草鱼肝损伤实验模型。方法 实验草鱼分模型组和对照组,每组分别投喂2.8%油脂组、4.8%油脂组和6.8%油脂组,模型组腹腔注射TAA 300mg/kg,1次/日,注射1 d,共计6个实验组,饲养10周。养殖过程中,于2周、4周和6周对每组实验鱼采血,测定天门冬酸氨基转移酶(AST)、丙氨酸氨基转移酶(ALT)和AST/ALT。结果①模型组特定生长率显著降低了30.5%(P<0.01),成活率平均为73.33%。模型组草鱼肌肉粗脂肪含量显著降低了17.6%,而肝胰脏粗脂肪含量显著增高了13.38%(P<0.01)。②模型组2周、4周和6周时,模型组血清AST/ALT分别为对照组的1.94倍、1.38倍和1.31倍。10周时,模型组草鱼血清AST/ALT增高了10.10%(P>0.05),而血清胆碱酯酶(CHE)降低了6.38%(P>0.05)。模型组草鱼血清超氧化物歧化酶(SOD)活力显著低于对照组8.56%(P<0.05)。③与对照组相比,模型组肝细胞肿胀且边界模糊,肝细胞部分脂肪病变,有部分炎症浸润,并均出现肝纤维化。结论注射TAA及饲喂不同油脂水平饲料可以诱导草鱼肝损伤实验模型,实验模型具备脂肪肝和肝纤维化病理特征。     

Levan蔗糖酶及其在Levan果聚糖合成中的应用

Levan果聚糖是一类分子中含有大量β-(2,6)果糖苷键主链和少量β-(2,1)果糖苷键支链的聚糖。部分微生物来源的Levan果聚糖具有抗肿瘤、抗糖尿病、免疫增强、降血脂等重要的生物活性,在医药和功能食品方面具有巨大的应用潜能。由于微生物发酵液提取法产量相对较低,而化学法合成过程繁琐,Levan果聚糖的酶法合成备受关注。Levan蔗糖酶(Levansucrase,EC 2.4.1.10)属于糖苷酶家族GH68,是一类β-螺旋桨家族蛋白,其催化糖类合成遵循non-Leloir糖基转移酶机制,以蔗糖为底物转果糖基合成Levan果聚糖。部分微生物Levan蔗糖酶的分子结构及基因的表达调控已经得到阐明,Levan果聚糖的酶法合成得到广泛研究。本文综述了Levan蔗糖酶的催化机制、酶分子结构、酶基因表达调控以及酶在合成Levan果聚糖中的应用,以促进微生物Levan蔗糖酶及Levan果聚糖的研究和应用。