基于碳硫模块平衡策略的大肠杆菌高产L-半胱氨酸菌株构建

l-半胱氨酸是一种重要的含硫氨基酸,因其多样的生理功能,l-半胱氨酸在医药、化妆品和食品工业中有着广泛的应用。模块化代谢工程策略在细胞工厂的构建中具有极大的潜力。本研究利用碳硫模块协同表达策略进行大肠杆菌的l-半胱氨酸合成途径构建,构建了一株l-半胱氨酸合成基因工程菌。首先,通过增强l-半胱氨酸前体物质l-丝氨酸(serA^f、serB和serC^Cg)的生物合成以及转录调控因子CysB的表达,l-半胱氨酸的产量由0提高到(0.38±0.02)g/L。然后,通过促进l-半胱氨酸转运和无机硫源的吸收同化、减弱l-半胱氨酸和l-丝氨酸的降解以及异源表达cysE^f和cysB^St,l-半胱氨酸的产量提升至(3.82±0.01)g/L。最后,为了优化碳模块和硫模块的代谢通量,协同表达硫酸盐同化途径与硫代硫酸盐同化途径的基因cysM、nrdH、cysK以及cysIJ,得到l-半胱氨酸高产菌株。在500mL摇瓶和2L发酵罐中分别实现了(4.17±0.07)g/L和(11.94±0.1)g/L的l-半胱氨酸积累。研究结果表明,在细胞内通过对硫碳模块间代谢通量的协调控制,可以实现l-半胱氨酸的高效生物合成。研究结果为微生物发酵生产l-半胱氨酸的产业化奠定了基础。     

放线菌次级代谢产物研究进展

随着耐药细菌和新型病毒的不断出现，癌症的发病率和死亡率持续上升，迫使人们不断寻找新的化合物来治疗疾病。放线菌次级代谢产物结构新颖，作用独特，具有抗菌、杀虫、抗肿瘤、免疫抑制等活性，广泛应用于医疗、农业、食品等领域，深入挖掘放线菌资源来开发新型抗生素潜力巨大。然而从自然界分离的放线菌生产目标化合物的能力较弱，这直接影响其工业应用，增加其生产成本，因此构建目标化合物高产菌株显得尤为重要。本文以此为出发点，从放线菌新药资源挖掘和放线菌产抗能力提高两个方面对近年来的研究情况进行概述，为放线菌资源开发提供参考。     

pH对生物合成超声分子影像探针气囊充放气的调控

气囊（gas vesicles,GVs）是一种存在于蓝藻及古菌等微生物中调节浮力的类细胞器纳米结构,由蛋白质外壳包裹气体组成。近年来的研究表明,气囊具有作为超声分子影像探针的潜力。然而,气囊的充放气机制并不明确,限制了生物合成超声分子影像探针的保存和气体更换。本研究发现环境pH值是调节气囊充放气的一个重要因素。其不仅可以调节藻细胞内的气囊充放气进而使微囊藻呈现不同的漂浮状态,还可对提纯的气囊充放气进行体外调节,且该调节过程可逆。该机制的阐明为生物合成超声分子影像探针的大规模生产和保存,特别对气囊中的气体进行更换以满足不同的诊疗需求提供了技术支持,助力生物合成超声造影剂在疾病诊疗中的应用。     

蜜蜂上颚腺及其分泌物研究进展

上颚腺是蜜蜂重要的外分泌腺体,其分泌物是维系蜂群社会性结构的重要物质。蜂王和工蜂上颚腺分泌物合成均以硬脂酸为合成前体,但在脂肪酸的β-氧化过程中表现出级型差异性,导致分泌物组分比例不同。蜂王上颚腺分泌物以9-羰基-2癸烯酸(9-ODA)为主,有吸引工蜂和雄蜂、抑制工蜂卵巢发育等作用;工蜂上颚腺分泌物以10-羟基-2癸烯酸(10-HDA)和10-羟基癸酸(10-HDAA)为主,是蜂王浆的重要组成部分。同时,这种具备典型级型差异的分泌物组成又具有级型间可塑性,在不同蜂种间也存在区别。近年来在转录水平和蛋白水平的一些研究进一步揭示了级型间差异的分子基础。针对蜜蜂上颚腺及其分泌物的研究在蜜蜂生物学、行为学和蜂产品质量控制等方面具有重要的意义。本文通过总结国内外相关研究进展,旨在为上颚腺分泌物的作用机制、生物合成机制等领域的进一步深入研究提供借鉴。     

植物纤维素生物合成及其相关酶类

纤维素是由成千上万个D-葡萄糖分子通过β-1,4糖苷键连接的具有一定立体构象的链状聚合物,其葡萄糖残基约为2000～25000个。它是细胞壁的主要组成成分之一。植物,大多数藻类,一些细菌和真菌甚至有些动物都能合成纤维素。它作为世界上最丰富的,具有巨大商业价值的生物多聚体,几十年来一直受到人们的重视,成为人们的研究热点。尽管如此,这方面的研究仍比较滞后,人们对纤维素生物合成途径及其相关酶类还是知之甚少。近几年来,随着基因组学的发展,关于纤维素的生物合成及相关基因表达调控的研究也成绩斐然,现就高等植物纤维素生物合成途径及其相关的纤维素合成酶的最新研究进展作一介绍。     

植物焦磷酸酶(PPase)的研究进展

植物焦磷酸酶(PPase)可分为存在于细胞质中可溶性的无机焦磷酸酶和与膜结合的不可溶性焦磷酸酶.后者不仅能水解焦磷酸,同时还具有质子泵的功能.橡胶树乳管中与黄色体膜结合的不可溶性焦磷酸酶,是调控橡胶生物合成的一个必不可少的酶.对植物焦磷酸酶的结构及其功能和分子生物学研究的进展进行了综合论述,并着重阐述了焦磷酸酶在橡胶树橡胶生物合成中的作用.     

DNA组装新方法的研究进展

2010年,蕈状支原体Mycoplasma mycoides的人工合成,迎来了合成生物学的崭新时代.这种突破性的进展主要得益于酵母自身强大的DNA体内重组能力.近几年来,除了利用体内重组的DNA大片段拼接技术,基于连接或聚合思想的不同尺度的DNA体外组装方法也相继出现,如Biobrick\Bglbrick、SLIC与Gibson等温一步法等,这些方法的应用加快了合成生物学功能元件库、生物合成途径乃至微生物染色体的人工构建.事实上,目前所建立的各种DNA组装方法,均是由DNA分子拼接理念(包括两分子衔接思想与多片段组装模式)衍生而来.文中将在介绍DNA组装基本理念的基础上,对体内、体外主要的DNA组装方法进行简要梳理,希望为不同类型的合成生物学功能器件及生物合成途径的构造提供参考与借鉴.     

粤蓝链霉菌榴菌素生物合成基因orf20的功能

【目的】在大肠杆菌中,转录因子SoxR作为胞内氧化还原感应器,参与抗氧化胁迫的全局性调控。粤蓝链霉菌榴菌素生物合成基因簇内存在一个类soxR基因orf20,但其生理功能仍不清楚。【方法】将orf20基因在大肠杆菌中进行表达,分析携带重组质粒的大肠杆菌对百草枯抗性的变化。同时通过修改后的PCR-targeting方法构建粤蓝链霉菌orf20删除的突变株,分析突变株的表型变化和对百草枯抗性水平的变化。【结果】重组ORF20在羧基端含有组氨酸标签,并在大肠杆菌中获得可溶性表达,携带重组质粒pET28b-orf20的大肠杆菌对百草枯的抗性水平显著提高。粤蓝链霉菌orf20删除突变株仍具有产孢能力,生长特性没有改变,对百草枯的抗性水平也没有变化,但榴菌素的产量大幅提高,是野生株的3.3倍。【结论】在大肠杆菌中,orf20基因的编码产物能够被百草枯激活,替代SoxR参与抗氧化胁迫的调控。在粤蓝链霉菌中,orf20基因不参与抗氧化胁迫,而对榴菌素的产生有负调控效应。     

体外多酶分子机器的现状和最新进展

体外多酶分子机器遵循所设计的多酶催化路径,将若干种纯化或部分纯化的酶元件进行合理的优化与适配,高效地在体外将特定的底物转化为目标化合物。体外多酶分子机器反应系统呈现元件化和模块化的特点,在设计、组装和调控方面具有较高的自由度。近年来,体外多酶分子机器在实现反应过程的精准调控和提高产品得率方面的优势逐渐体现,展示了其在生物制造领域重要的应用潜力。对体外多酶分子机器的相关研究已成为合成生物学的一个重要分支领域,日益受到广泛的关注。文中系统地综述了基于酶元件/模块的体外多酶分子机器的构建策略,以及改善该分子机器中酶元件/模块之间适配性的研究进展,并分析了该生物制造平台的发展前景与挑战。     

中国红豆杉细胞紫杉醇合成期与非紫杉醇合成期基因表达差异初步分析

紫杉醇 (Ｐａｃｌｉｔａｘｅｌ,商品名为Ｔａｘｏｌ)是存在于红豆杉属(Ｔａｘｕｓｓｐ .)植物中的一种四环二萜酰胺类化合物 ,因其具有广谱强效的抗癌活性和独特的抗癌机理而倍受人们关注。然而 ,紫杉醇天然资源十分有限 ,自 1992年美国食品与药物管理局 (ＦＤＡ)批准紫杉醇用于癌症的临床治疗以来 ,其供需矛盾日益尖锐[1 ] 。目前 ,普遍认为采用红豆杉细胞悬浮培养生产紫杉醇是解决其药源紧缺问题的最佳途径之一。迄今为止 ,在红豆杉细胞的代谢规律和培养方面均取得一定成果 ,但前景仍不容乐观 ,离工业化大规模生产还有相当大的距离 ,主要…