γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是由L-谷氨酸和/或D-谷氨酸聚合而成的一种聚氨基酸,广泛应用于化妆品、医药等领域。高聚物单体的立体构型会影响产品性质和应用,因此调控γ-PGA中D-谷氨酸/L-谷氨酸单体比(D/L单体比)具有重要意义。前期以谷氨酸棒杆菌为底盘,表达来自于地衣芽孢杆菌的γ-PGA合成酶,合成以L-Glu(97.10%)为主的γ-PGA。通过外源添加不同浓度D-谷氨酸,合成了D-谷氨酸占比为15.71%~33.52%的γ-PGA。然后,在重组菌中表达来自于枯草芽孢杆菌的谷氨酸消旋酶,并使用三个不同强度RBS调控其表达水平,合成D-谷氨酸占比30.82%~34.59%的γ-PGA,但调控范围较窄。利用四个不同强度启动子调控谷氨酸消旋酶表达水平,扩大D/L单体比可调范围,合成D-Glu占比32.71%~52.53%的γ-PGA。提供一种理性调控γ-PGA的D/L单体比策略,实现了D-谷氨酸占比为2.90%~52.53%的γ-PGA的合成,为高效合成不同D/L单体比γ-PGA提供了基础。
目的:利用重组大肠杆菌全细胞转化色氨酸生产IAA。方法:在大肠杆菌胞内构建两条全新的IAA合成途径,即吲哚-3-乙酰胺(indole-3-acetamide, IAM)途径和色胺(tryptamine, TRP)途径。结果:IAM途径涉及两个酶,分别是色氨酸-2-单加氧酶(IAAM)和酰胺酶(AMI1),构建好的重组大肠杆菌TPA-4以2g/L的色氨酸为底物,可以产生0.803g/L的IAA;敲除控制色氨酸合成副产物吲哚的tnaA基因后,菌株MPA-3的IAA产量达到1.43g/L,提高了78%。第二条TRP途径合成IAA涉及三个酶:左旋色氨酸脱羧酶(TDC),二胺氧化酶(AOC1)和吲哚-3-乙醛脱氢酶(IAD1)。包含这条途径的重组大肠杆菌TPTA-2以2g/L的色氨酸为底物能够合成13.0mg/L的IAA。在菌株MPTA-3中,最终产生了21.0mg/L的IAA,产量增加了61.5%。结论:首次通过IAM途径和TRP途径利用重组大肠杆菌全细胞催化生产IAA,其中IAM途径的IAA产量较高,有较高的工业化应用前景。
作为一种相位敏感的荧光探针,Di-4-ANEPPDHQ可以特异性标记膜的有序相和无序相,在理论上可以对细胞膜的有序性进行定量成像。通过将Di-4-ANEPPDHQ和激光扫描共聚焦显微术相结合,对多种具有代表性的工业模式微生物进行了有序相和无序相活细胞成像,结合极性归一化数值的统计比较,最终实现对上述工业模式微生物细胞膜有序性的定量分析,为细胞膜工程提供了一种直观且快速的活细胞检测方法。
羊毛硫肽(lanthipeptide)是由核糖体合成并经翻译后修饰产生的肽类天然产物,具有丰富的分子结构和多样的生物活性。新型羊毛硫肽是活性药物的重要来源,可以通过基因组挖掘和工程改造获得。羊毛硫肽前体肽由基因编码,同时其合成酶具有较高的底物杂泛性。基于这些特征,可以对羊毛硫肽的生物合成过程开展高通量工程改造,从而快速获得新的羊毛硫肽衍生物。综述了近些年高通量构建和筛选羊毛硫肽衍生物的新方法:介绍了非天然氨基酸引入、组合式生物合成、嵌合前导肽等文库构建技术;讨论了细胞表面展示、反向双杂交、细胞自裂解、无细胞(cell-free)体系等方法在结构与活性筛选中的应用;对基于自动化合成生物技术开展羊毛硫肽的规模化工程改造进行了展望。
定向进化为合成生物学的发展提供了一种简单高效的工具,尤其在化学品合成和医药开发方面发挥着重要的作用。但是传统的定向进化技术存在操作繁琐、耗时和效率低的问题,不能满足大量突变文库的构建和筛选。近几年,一项将突变、翻译(进化非基因)、筛选和复制过程进行无缝连接的体内连续定向进化技术开始出现,该技术在噬菌体、细菌和真核细胞中均取得了突破性进展,极大地促进了定向进化技术的革新和应用。随着体内连续定向进化技术的不断发展,筛选方法和设备也不断改善。对体内连续定向进化技术、筛选方法和设备最新研究进展作一综述,并讨论当前面临的挑战和机遇。
木质纤维素类生物质被认为是重要且可持续的可再生能源,其主要组成部分是纤维素。纤维素酶是一种能将纤维素分解为葡萄糖的复合酶,能有效地降解木质纤维素生物质。真菌、细菌、放线菌、酵母等多种微生物均可以产生纤维素酶,其中里氏木霉具有完整的纤维素酶系结构,常作为生物技术领域中一个重要菌株,广泛应用于纤维素酶的商业生产。介绍了纤维素酶的作用机理,综述了里氏木霉产纤维素酶的发展现状和研究进展,讨论了生产工艺(如培养条件及产酶诱导物等)对纤维素酶生产的影响,阐述了通过化学诱变及基因改造构建高产纤维素酶的里氏木霉的研究进展以及纤维素酶生产的主要瓶颈,以提供更经济的生产方案,将纤维素酶广泛应用于工业生产。
随着工业化进程不断加快,重金属污染日益加剧,尤其是水体的重金属污染,已严重威胁人类健康,迫切需要进行有效的污染修复。相比传统物理和化学修复,生物修复具有绿色环保和可持续性的特点。因为微生物生长繁殖迅速、生物被膜具有动态可调节和环境适应性好等特点,使其能更好耐受胁迫环境,在环境修复中有重要作用。合成生物学改造微生物及生物被膜用于环境污染生物修复近年兴起,成为未来重要的发展方向。主要概述了重金属污染的微生物修复机理和方法,结合可编程微生物被膜的最新研究成果,重点介绍了合成生物学改造微生物及生物被膜的分类与功能应用,以及在重金属铅、汞和镉等污染修复中的研究进展,讨论了重金属污染生物修复的发展方向。
人源表皮生长因子是一种从人体内分离出的蛋白质,具有刺激细胞生长的作用,临床用途广泛。但由于天然来源有限,化学合成成本高,利用基因工程技术生产人表皮生长因子具有很好的前景。酵母系统作为一种典型的真核表达系统,在生产异源蛋白时能进行翻译后修饰,如糖基化、形成二硫键等,并能有效地将重组蛋白分泌到细胞外,有益于下游分离提取,在生产重组人表皮生长因子的研究中备受青睐。综述了利用酵母系统表达人表皮生长因子的研究进展,包括各种酵母表达系统在其中的应用,并分别比较其优势和劣势,在此基础上对未来的研究重点进行展望。
人参皂苷是我国许多传统名贵药用植物的主要活性物质,在医药、保健品、营养品和化妆品开发领域有广阔的应用前景,特别是稀有人参皂苷具有显著的抗肿瘤、保护神经系统、保肝护肝等药理活性。但其在植物中含量低且不稳定,严重影响了人参皂苷类物质的开发利用。自20世纪末以来,随着生物技术的不断发展和多种生物基因组的测序和解析,使得人参皂苷通过异源细胞的生物合成来解决以上问题成为可能。因此,如何构建人参皂苷人工合成体系、调控人参皂苷生物合成及提高皂苷产量引起了越来越多的关注。综述了人参皂苷的异源人工合成途径的构建及其生物合成调控方面的研究进展,并针对人参皂苷生物合成及调控过程中存在的问题以及未来的研究方向进行了总结和展望。
阿维拉霉素是由绿色产色链霉菌生产的寡糖类抗生素,对革兰氏阳性致病菌具有极强抗性,是一种新型饲料添加剂,广泛应用于肉鸡、仔猪等畜禽养殖中。以阿维拉霉素最新国内外研究进展为基础,综述了阿维拉霉素的抑菌机制、结构改造、菌种选育及发酵优化等方面的研究进展,重点阐述了阿维拉霉素的生物合成基因簇、合成途径及生物合成转录调控机制,探讨了提高阿维拉霉素产量的基因工程改造策略,为阿维拉霉素高效合成及工业化高产工程菌株构建等相关研究提供一定的理论参考。
吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone,PQQ)是一种多肽修饰类天然产物,是继烟酰胺和核黄素之后第三类辅酶,具有抗氧化、抗衰老、提高免疫力等重要生理功能,在医药、保健等领域具有重要价值。目前,PQQ的大规模制备仍然存在诸多问题,限制了PQQ的广泛应用。当前迫切需求低成本的合成方式,以充分实现其广阔的应用潜力。综述了近年来PQQ生物合成途径的解析、关键酶的催化反应机理以及高产菌株选育等方面的研究动态及发展趋势,并针对PQQ生物合成微生物细胞工厂构建研究策略提出了建议及展望。
