目的:从健康人肠道菌群中筛选高效降解尿酸的菌株,并解析其代谢特性及关键环境调控机制。方法:利用含高浓度尿酸(3 g/L)的固体培养基进行初筛,结合透明圈观察、形态学鉴定及16S rRNA 基因测序技术分离鉴定菌株。对筛选得到的目标菌株,在不同溶氧条件(有氧/无氧)和不同营养组分(基础培养基BHI、不同氯化钠浓度、不同葡萄糖浓度、不同甘油浓度)下进行培养,评估其尿酸降解效率。结果:成功分离出一株高效尿酸降解菌株nf-5,经鉴定为大肠埃希菌(Escherichia coli);菌株nf-5的尿酸降解能力显著受环境因素调控,有氧条件更利于其降解尿酸;在BHI培养基中降解率最高(79.8%);降低氯化钠浓度可提升其尿酸代谢活性;当葡萄糖浓度≥7 g/L时,尿酸降解效率显著降低;提高甘油浓度可增强其尿酸降解效率。结论:研究首次从健康人肠道中筛选并鉴定出具有高效尿酸降解能力的大肠埃希菌nf-5,并揭示其降解活性高度依赖于溶氧条件和关键营养组分(如氯化钠、葡萄糖、甘油)的浓度。研究为开发基于肠道益生菌的、规避传统治疗局限性的高尿酸血症微生态疗法提供了重要的候选菌株资源和理论基础。
VI型胶原蛋白是细胞外基质的重要组分,主要分布于真皮-表皮连接处,通过形成微纤维网络维持皮肤结构的完整性,参与细胞黏附、机械信号转导及组织修复。旨在利用原核表达系统(大肠杆菌)高效制备重组VI型类人胶原蛋白,选取了人VI型胶原蛋白α5链的第1 489~1 518位氨基酸,经重复7次单元序列而组成多聚体结构作为目的蛋白,经过密码子优化合成表达载体pET-28a并转化至大肠杆菌(Escherichia coli) BL21,进一步对表达条件进行优化,获得能稳定表达的功能性重组蛋白;通过SDS-PAGE和Western blot鉴定重组蛋白,经亲和层析纯化蛋白质后,评估其生物活性,以及紫外诱导的人皮肤永生化角质形成细胞(HaCaT)光老化的保护、修复作用和作用机制;构建光老化模型,采用20 mJ/cm2辐照剂量,模拟光老化损伤,通过CCK-8检测细胞活性,RT-qPCR检测细胞内相关炎症因子,以及Collagen Ⅰ、Collagen Ⅲ、Elastin和基质金属蛋白酶MMP-1的mRNA表达量。结果表明,大肠杆菌表达系统成功表达了具有功能活性的VI型类人胶原蛋白;UV照射导致HaCaT细胞活力下降;经重组胶原蛋白处理后,ROS水平降低,IL-8、TNF-α、IL-1β表达下调,MMP-1分泌减少,与细胞外基质合成相关的基因表达上调。该重组蛋白不仅保留了促进细胞迁移和基质黏附的生物学特性,而且展现出清除自由基及抑制炎症因子表达的多重功能特性,显著缓解紫外线诱导的细胞光老化损伤,为开发基于VI型胶原蛋白的抗衰老生物材料提供了理论依据,在皮肤组织工程和功能性化妆品领域具有重要应用潜力。
目的:解析真菌丛炭角菌(Xylaria multiplex)来源的未知萜类合酶基因XmTPS的催化功能,并对其编码蛋白质的三维结构及关键活性位点进行预测与分析。方法:通过化学合成法获取XmTPS基因;借助生物信息学工具分析其理化性质、保守结构域及系统进化关系;采用同源重组法构建基因XmTPS的过表达载体,并在酿酒酵母中实现重组蛋白的异源表达,利用镍亲和柱纯化目的蛋白并进行体外酶活测定;运用同源建模及分子对接技术,预测XmTPS蛋白的三维结构并分析其关键活性位点。结果:XmTPS基因cDNA全长1 095 bp,编码364个氨基酸,预测分子量41.58 kDa,理论等电点5.72,属于不稳定亲水性蛋白;系统进化树分析表明XmTPS属于单萜合酶家族;纯化后的XmTPS蛋白可催化香叶基焦磷酸 (GPP) 生成线性单萜香叶醇,同时还能以法尼基焦磷酸 (FPP) 为底物合成线性倍半萜法尼醇;利用AlphaFold2进行同源建模获得XmTPS蛋白三维结构模型,呈现出典型的I类萜烯合酶α螺旋折叠特征,拉氏图验证显示该模型质量良好,93.1%氨基酸位于最适区域;分子对接及蛋白质-配体相互作用分析进一步预测了XmTPS的关键活性位点。结论:成功阐明丛炭角菌来源萜类合酶基因XmTPS的催化功能并分析了该酶的活性位点,为香叶醇的微生物高效合成提供了新基因资源。
目的:蛋白质赖氨酸乙酰化(KAc)修饰广泛存在于糖酵解、TCA循环等中心代谢途径的关键酶中,这些在特定位点进行可逆的KAc修饰作用能通过影响酶活来调控胞内各种代谢路径;cg3035基因编码N-乙酰谷氨酸合酶(NAGS),负责催化谷氨酸乙酰化以提供前体。探究KAc修饰及提高前体L-谷氨酸利用对钝齿棒杆菌产L-精氨酸的影响。方法:利用无痕技术敲除cobB基因(编码去乙酰化酶),提高胞内KAc水平;过表达cg3035基因,增强对前体L-谷氨酸的利用。通过Western blot和HPLC/MS/MS初步分析敲除cobB基因对蛋白质KAc水平的影响,并鉴定特定蛋白质的乙酰化位点变化;通过 ArgF 点突变验证乙酰化修饰对酶活的影响。结果:成功构建了一株提高L-精氨酸产量菌株,其产量提升53.8%。cobB敲除显著改变蛋白质KAc修饰动态规律,通过分析CCM01和CCM02中可溶性蛋白的Western blot结果,切取84 h位于约48 kDa处两个样的蛋白质条带进行HPLC/MS/MS分析,显示ArgC、ArgF等精氨酸合成途径酶及TCA循环关键酶的乙酰化水平显著上调。ArgF的K281Q和K294Q突变使其酶活分别降低5.14%和13.34%,表明乙酰化水平提升不一定能提高酶活。结论:通过提高蛋白质KAc水平和优化前体供应,可显著促进钝齿棒杆菌产L-精氨酸。cobB基因敲除通过改变精氨酸途径酶和TCA循环关键酶的乙酰化水平调控α-精氨酸的合成效率,这为工业菌株的代谢工程改造提供了新的分子育种策略。
慢性鼻窦炎(chronic rhinosinusitis,CRS)是基因、环境和生活方式等多因素导致的临床综合征,可严重影响患者的生活质量,加重社会医疗负担,它是由鼻上皮屏障功能障碍、机体免疫应答失调、共生菌丢失以及病原菌定植等综合因素导致的结果。金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,简称金葡菌)作为一类常见的致病菌在CRS的发生发展中有着重要作用,是其重要诱因。它会诱导Th2型免疫反应,释放炎症因子导致慢性炎症的迁延不愈。噬菌体作为能特异性杀灭细菌的病毒,在杀灭目标细菌的同时不影响正常菌群,在防控金葡菌方面有着广阔前景。论述了金葡菌在CRS疾病发生发展过程中的作用与机制,重点讨论了后续通过噬菌体来清除金葡菌在防治CRS的应用前景。
现场快速检验食源性病原菌对保障食品安全具有重大意义,传统检测方法虽准确,但耗时耗力,已无法适应目前的快速检测。因此急需开发出更高效率的快速检测技术,现场快速检验(point-of-care testing,POCT)平台已成为一种有效的解决方案。综述了核酸靶标等温扩增快速技术在食源性病原菌现场快速检验技术中的应用,展望未来食源性病原菌POCT平台的研究,以期更好地对未来食品安全进行保障。
色素分为合成色素和天然色素,在许多领域扮演着重要的角色。合成色素在安全性和环保方面的不足促进了人们对天然色素的关注。微生物色素作为一类天然色素,不仅具有多种生物活性,而且更加安全,表现出契合人们对安全、高效、多功能色素的要求,在许多领域存在开发利用的潜力。综述了微生物色素生物合成、安全性评估及其在医疗、食品、纺织、化妆品、农业等领域的应用研究进展,讨论了目前面临的挑战及其应对策略,展望了微生物色素未来的发展方向。
L-苏氨酸作为一种必需氨基酸,在医药、食品、饲料及化妆品领域具有广泛应用价值。目前,微生物发酵法已成为L-苏氨酸生产的主流方式,其中大肠杆菌因其遗传背景清晰、代谢调控机制明确及基因操作便捷等优势,成为L-苏氨酸生物合成的重要宿主菌株之一。然而,现有工程菌株在工业化应用中仍面临生产效率低、渗透压失衡、酸碱代谢紊乱及噬菌体污染等挑战。因此,系统梳理了合成生物学策略在构建高产L-苏氨酸大肠杆菌中的最新进展,重点分析了代谢网络重构、基因表达调控及底物利用优化等关键技术,并探讨了工业化应用中的挑战与未来发展方向,旨在为L-苏氨酸及其他天冬氨酸族氨基酸的生物制造提供理论指导与技术参考。
异化铁还原菌(DIRB)介导的生物诱导矿化(BIM)是驱动铁元素地球化学循环的关键过程,通过微生物胞外电子传递(EET)机制将Fe(III)还原为Fe(II),并形成次生矿物(如磁铁矿、蓝铁矿)。该过程生成的次生矿物对污染治理与修复意义重大。对DIRB介导的矿化机制进行了主要论述,并简述了微生物与矿物界面间电子转移的分子机制,深入探讨了厌氧好氧交替界面、电离辐射等环境因素对矿化过程产生的影响,揭示了环境条件与矿化过程之间的复杂关系。此外,总结了异化铁还原矿化过程在多个环境领域的应用进展,如重金属污染修复、废水资源回收、碳封存以及绿色合成纳米材料等。最后对异化铁还原在环境应用方面的未来研究方向进行了展望,指出需要加深对多污染物共存的生物矿化机制研究,并进行天然环境矿化机制与工程化应用验证。
纳米材料因其优异的性质在能源、环境和生物医学等领域得到广泛应用。采用高温、高压和有机溶剂等制备纳米材料的策略面临潜在的环境污染及生物相容性差等挑战。纳米材料合成技术正在经历从传统高能耗工艺向环境友好型路线的范式转变。在这一转型过程中,基于微生物的绿色合成方法因其显著的生态效益与经济效益而受到广泛关注。微生物介导的绿色合成技术利用细菌、真菌和微藻等微生物,通过还原、沉淀及模板作用制备金属及金属氧化物等纳米材料。在能源领域,微生物合成的纳米材料因其优异的催化活性和电子传输性能,广泛应用于光电转化、催化反应及电化学储能等绿色能源技术。在环境领域,其则主要用于重金属还原、有机污染物降解等污染治理过程。此外,微生物-纳米材料杂化体系打破传统纳米材料“合成-分离-应用”模式,通过整合微生物活性与纳米材料的理化特性,实现了绿色能源转换与污染治理的协同优化。未来需要深入解析微生物介导的纳米材料合成机制,优化纳米材料性能与规模化制备,并拓展多场景应用,为可持续能源利用与环境污染治理提供创新解决方案。
嵌合抗原受体T(chimeric antigen receptor T, CAR-T)细胞治疗通过基因修饰T细胞使其能够靶向并杀伤异常细胞,已在血液系统恶性肿瘤治疗中取得显著成效,成为肿瘤免疫治疗发展的重要里程碑,并迅速发展成为生物制药领域的热点赛道。基于科技文献计量分析发现,全球CAR-T治疗基础研究持续活跃,其中美国和中国处于领先地位。通过VOSviewer的知识图谱分析显示,中国与美国、德国、英国等在CAR-T细胞治疗基础研究方面建立了紧密的合作网络;当前研究热点主要聚焦于核心技术与基础研究、疗效提升、肿瘤中的临床应用以及非肿瘤中的新兴应用四大方向。未来该领域的研究重点集中在技术创新、个性化医疗和国际合作三个方面。
