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基因工程菌药物递送系统在精准医疗中的研究进展

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生命科学 2024年第4期36卷 419-432页

作者：巩旭杨昀北京航空航天大学生物与医学工程学院北京100191

人体体表与体内存在大量共生微生物,微生物菌群与人类疾病发生、发展密切相关。随着合成生物学的发展,利用基因工程菌药物递送系统助力微生物-宿主互作机制探索以及疾病治疗成为研究热点。基因工程菌是基因工程改造后具有高效生产目标... 详细信息

人体体表与体内存在大量共生微生物,微生物菌群与人类疾病发生、发展密切相关。随着合成生物学的发展,利用基因工程菌药物递送系统助力微生物-宿主互作机制探索以及疾病治疗成为研究热点。基因工程菌是基因工程改造后具有高效生产目标产物能力的微生物。通过理性设计治疗靶点和药物递送基因回路,构建的基因工程菌可实现肠道或肿瘤等部位的精准靶向给药。本文对基因工程菌药物递送的三个关键特征,即药物分子、药物释放方式以及智能响应体系进行了综述,讨论了其在临床应用中需要应对的挑战,并展望了基因工程活体药物的发展前景。

关键词：基因工程菌药物递送药物分子释放方式智能响应

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基因工程菌

生物学通报 1991年第12期26卷 21-21页

作者：曹虎江苏省东海县教研室 222300

生物工程如果从1972年美国斯坦福大学生物化学家P.伯格首次构成第一批重组DNA分子开始,迄今才18年的历史。在这短短的十几年中,由于生物工程学家的努力,生命科学迅速进入了人工改造和创造新生命的时代。生物工程技术的发展,是与某些细... 详细信息

生物工程如果从1972年美国斯坦福大学生物化学家P.伯格首次构成第一批重组DNA分子开始,迄今才18年的历史。在这短短的十几年中,由于生物工程学家的努力,生命科学迅速进入了人工改造和创造新生命的时代。生物工程技术的发展,是与某些细菌质粒工具的利用分不开的。由于质粒DNA分子只有细菌核物质DNA分子的1％,易于提取分离和纯化,又极易与目的基因重组,就成了基因工程生产不可缺少的手段。细菌体内的基因,如抗性基因、合成特殊产品的基因等又是人们培育抗逆良种、获取重要生化产品的目的基因。我们可以把运用于生物工程生产,为人类作出巨大贡献的细菌、真菌、放线菌称之为基因工程菌。

关键词：基因工程基因工程菌

石油烃降解基因工程菌的构建及其对石油污染土壤的修复研究

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石油烃降解基因工程菌的构建及其对石油污染土壤的修复研究

作者：常晓宇齐鲁工业大学

学位级别：硕士

随着石油开采量和使用量的不断增加,其在开采、运输、储存过程中的不规范操作或事故,导致大量石油进入环境中,造成了严重的环境污染问题。石油是一种成份十分复杂的天然有机化合物的混合物,通常由烷烃、芳香烃、胶质和沥青质组成。根据... 详细信息

随着石油开采量和使用量的不断增加,其在开采、运输、储存过程中的不规范操作或事故,导致大量石油进入环境中,造成了严重的环境污染问题。石油是一种成份十分复杂的天然有机化合物的混合物,通常由烷烃、芳香烃、胶质和沥青质组成。根据油源的不同,烷烃组分可占石油的50%～95%,且我国原油含蜡量高,其中石蜡主要成份为长链烷烃,导致了烷烃组分中的长链烷烃含量较高。长链烷烃因其含量高,难降解的特点,提高其处理效率就尤为重要。微生物修复是迄今为止修复石油污染较为有效安全的一种方法,但微生物往往受限于其降解能力,导致了处理效果不理想,通过分子生物学手段构建可降解石油污染物的基因工程菌用于污染修复是一种较为有效的方法,工程菌株因其具有降解能力强、降解底物范围广的特点,成为修复石油污染的理想菌株。本研究对Acinetobacter vivianii KJ-1中长链烷烃降解基因almA进行原核表达并分析其降解功能。将该基因通过三亲接合转化法转入至野生型石油降解菌Acinetobacter calcoaceticus 21#中,分析其生长特性、降解能力、产酶活性的变化。考虑到基因工程菌直接投加到环境中可能存在着安全性问题,实验制备了石油降解酶制剂用于石油污染土壤修复中。最终对野生型菌株*** 21#进行了全基因组分析及工程菌株*** 21#-A3重测序分析,在分子水平上验证了其石油烃降解能力。主要研究结果如下:（1）对本实验室保藏菌株*** KJ-1中长链烷烃降解基因almA进行原核表达,测定了AlmA蛋白对2-癸酮和2-十二酮的酶活性,分别达到0.39（U/mg）和0.37（U/mg）。并测定了AlmA蛋白的代谢产物,其可催化脂肪酮转化为相应的酯,而在相同条件下不进行长链正构烷烃的羟基化。实验结果证明菌株KJ-1中AlmA蛋白具有Baeyer-Villiger单加氧酶（BVMO）活性,参与了烷烃降解途径中的次末端氧化途径。（2）通过三亲接合转化法将*** KJ-1中almA基因转入至野生型石油降解菌Acinetobacter calcoaceticus 21#中,并通过PCR扩增及测序验证了almA基因被整合至*** 21#基因组中,成功构建出一株基因工程菌。对其生长特性、降解能力及产酶活性进行检测发现:外源基因的导入并未显著影响野生型菌株*** 21#的生长能力,受体菌与工程菌生长趋势大致相同,而在以正二十八烷为唯一碳源的无机盐培养基中,工程菌株*** 21#-A3表现出比野生型菌更强的增殖能力。在正二十八烷降解实验中,与野生型菌株21#相比,工程菌株21#-A3在7 d和14 d时对C的降解率分别提高了6.72%和6.89%。在测定粗酶液酶活时发现,重组工程菌21#-A3制备的粗酶液对2-癸酮、2-十二酮的酶活性分别提高了18.81%和18.56%。（3）通过对菌株21#和21#-A3制备的酶制剂分别进行土壤修复实验可知,在第1 d和第4 d时两种酶制剂对石油的降解率并无显著差异,第7 d时,二者对1%和5%石油浓度土壤的石油降解率分别达到了20.32%、23.1%和31.64%、35.92%,两种酶制剂对5%石油污染土壤的石油降解率高于1%石油污染土壤,且21#-A3制备的酶制剂石油降解率显著高于21#制备的酶制剂（P基因组分析。菌株*** 21#仅有一个环状的染色体,拼装后序列全长4089750 bp,不含有质粒,GC含量38.67%,预测共有3829条编码基因。通过对编码基因进行KEGG、COG、GO进行功能注释后发现:21#基因组中具有多条与石油烃降解相关基因,包括2个中链烷烃降解基因alk B1＿1、alk B1＿2,长链烷烃降解基因almA、Lad A基因及芳香烃降解基因cat A、cat B、cat C、ben D,并对其相应代谢通路进行了分析。通过对*** 21#中AlmA蛋白进行系统进化发育树及蛋白多重序列比对分析,预测了该蛋白同样具有BVMO活性。同时发现21#基因组中具有氯霉素、头孢菌素等小类抗生素及磺胺类、四环素抗生素等大类抗生素抗性基因。（5）完成了对*** 21#-A3的重测序分析。编码区上共有11个核苷酸序列发生变化,1个短片段缺失,通过对蛋白功能分析后,预测该变化不会显著影响菌株21#-A3的生长发育能力。并在重测序过程中发现了一段新增氨基酸序列,此序列与*** KJ-1中AlmA序列相似性达到了

关键词：石油污染土壤生物修复基因工程菌

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基因工程菌

技术与市场 2010年第8期17卷 199-199页

作者：科日

农药残留,成为食品安全的一个重大隐患。有没有办法让残留在水果、蔬菜里的农药消失？科学家们想出了一个办法：让细菌＂吃＂了他们。而这种＂吃＂农药的细菌就是基因工程菌,它是被植入了能分解有毒物质的特定基因。

关键词：基因工程菌农药残留重大隐患食品安全有毒物质科学家细菌植入

基因工程菌生物强化膜-生物反应器工艺启动期影响因素研究

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环境科学 2007年第5期28卷 1102-1106页

作者：刘春黄霞王慧清华大学环境科学与工程系环境模拟与污染控制国家联合重点实验室北京100084

基因工程菌生物强化膜-生物反应器工艺经过启动期之后,可以实现对阿特拉津的高效稳定去除,去除率在90%以上.不同条件下,启动期最短2 d,最长可达12 d.阿特拉津初始进水负荷、运行温度和工程菌接种密度,对启动期具有显著影响.增加阿特拉... 详细信息

基因工程菌生物强化膜-生物反应器工艺经过启动期之后,可以实现对阿特拉津的高效稳定去除,去除率在90%以上.不同条件下,启动期最短2 d,最长可达12 d.阿特拉津初始进水负荷、运行温度和工程菌接种密度,对启动期具有显著影响.增加阿特拉津初始进水负荷、提高运行温度和增加基因工程菌接种密度,可以实现快速启动.进水水质对启动期影响不大,在人工配水和实际污水2种进水条件下,启动期基本相同,而且稳定期2种进水的阿特拉津去除情况也没有差异,说明进水水质对启动期和稳定期阿特拉津的去除影响都不大.

关键词：生物强化基因工程菌膜-生物反应器阿特拉津启动期影响因素

基因工程菌生物强化MBR工艺处理阿特拉津试验研究

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环境科学 2007年第2期28卷 417-421页

作者：刘春黄霞孙炜王慧清华大学环境科学与工程系环境模拟与污染控制国家联合重点实验室北京100084 天津城市建设学院天津300384

以生活污水为共基质,考察了基因工程菌在MBR和活性污泥反应器中对阿特拉津的生物强化处理效果,以及生物强化处理对污泥性状的影响.结果表明,基因工程菌在MBR中对阿特拉津具有很好的生物强化处理效果,阿特拉津平均出水浓度为0.84 mg/L,... 详细信息

以生活污水为共基质,考察了基因工程菌在MBR和活性污泥反应器中对阿特拉津的生物强化处理效果,以及生物强化处理对污泥性状的影响.结果表明,基因工程菌在MBR中对阿特拉津具有很好的生物强化处理效果,阿特拉津平均出水浓度为0.84 mg/L,平均去除率为95%,最大去除负荷可以达到70 mg/(L.d).生物强化的MBR对生活污水中COD的平均去除率为71%,COD平均出水浓度65 mg/L,COD容积负荷增加对COD去除效果有一定影响;对生活污水中的氨氮具有很好的去除效果,氨氮平均出水浓度为1.1 mg/L,平均去除率为97%,最大氨氮去除负荷为143 mg/(L.d).与普通MBR污泥相比,生物强化MBR污泥的硝化活性和亚硝化活性略高,碳氧化活性略低,因此表现出氨氮处理效果很好,COD处理效果略差.阿特拉津的存在会对污泥性状产生影响,可能是造成污泥碳氧化活性低的原因.

关键词：生物强化基因工程菌膜生物反应器阿特拉津

基因工程菌Pichia pastoris连续培养的生长及抑制动力学

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华东理工大学学报（自然科学版） 2001年第6期27卷 605-609页

作者：吴康华郭美锦庄英萍储炬张嗣良华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室上海200237

在同一稀释率μ(μ=0 .1 4h-1)下用不同浓度的甘油流加进行连续培养 ,研究甘油浓度对基因工程菌毕赤酵母 ( Pichia pastori)生长的影响。结果表明甘油浓度对细胞生物量 ( DCW和WCW)、底物得率系数 ( YX/ S)、底物比消耗速率 ( qs)、呼吸... 详细信息

在同一稀释率μ(μ=0 .1 4h-1)下用不同浓度的甘油流加进行连续培养 ,研究甘油浓度对基因工程菌毕赤酵母 ( Pichia pastori)生长的影响。结果表明甘油浓度对细胞生物量 ( DCW和WCW)、底物得率系数 ( YX/ S)、底物比消耗速率 ( qs)、呼吸熵 ( RQ)与二氧化碳释放率 ( CER)都有影响 ,在低甘油残留浓度 ( 菌体生长符合 Monod方程 ,Ks=1 9.62 g/L,甘油激活常数 Ka=1 9.45 g/L;而在高甘油残留浓度 ( >63.3g/L )下甘油是抑制剂 ,菌体生长特征符合 Haldance方程 ,Ks=0 .0 1 4g/L,KI=1 5 6.67g/L。毕赤酵母生长的甘油抑制浓度为 5 5 .42

关键词：基因工程菌毕赤酵母连续培养生长动力学重组人血清白蛋白抑制动力学甘油浓度

基因工程菌的构建、性能研究及其在疾病诊断和治疗中的应用

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微生物学报 2023年第10期63卷 3758-3772页

作者：卢雯刘睿娜雷璞马现仓朱峰西安交通大学第一附属医院精神心理卫生科陕西西安710061 西安交通大学第一附属医院转化医学中心陕西西安710061 陕西省“一带一路”精神医学精准医学联合实验室陕西西安710061

随着肠道微生物组与宿主关系研究的深入和基因工程的迅速发展,基因工程菌(genetically engineered bacteria,GEB)在医学领域的应用成为研究热点。GEB是指经基因工程改造而具有高效表达外源蛋白质或分子化合物能力的细菌,相比传统药物具... 详细信息

随着肠道微生物组与宿主关系研究的深入和基因工程的迅速发展,基因工程菌(genetically engineered bacteria,GEB)在医学领域的应用成为研究热点。GEB是指经基因工程改造而具有高效表达外源蛋白质或分子化合物能力的细菌,相比传统药物具有诸多优势。GEB的构建过程包括底盘的选择、功能基因的获取、基因转移和重组这几个基本步骤,包裹技术能够提高其存活率和定殖能力,合成基因回路的应用可使其智能化。功能稳定性、有效性和安全性是评价GEB的一般指标,也是性能优化过程中需要重点关注的方面。GEB在炎症性疾病、肿瘤、代谢性疾病、感染性疾病和神经系统疾病等疾病中已有广泛应用,但实现临床转化还有很多问题亟待解决。本文介绍了GEB的构建和性能研究方法,总结了近年来其在疾病诊断和治疗中的应用,指出了现存问题并提出了展望。

关键词：基因工程菌合成生物学临床应用活体生物药益生菌

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基因工程菌发酵生产L-乳酸研究进展

生物工程学报 2013年第10期29卷 1398-1410页

作者：姜旭王丽敏张桂敏于波曾庆韬湖北大学生命科学学院湖北武汉430062 中国科学院微生物研究所中国科学院微生物生理与代谢工程重点实验室北京100101

乳酸是重要的工业平台化学品。随着聚乳酸产业的兴起,对高质量L-乳酸的需求量也不断增加。为了进一步降低L-乳酸发酵成本,提高菌株的工业适应性,各种现代生物技术已经应用到L-乳酸发酵菌种的改造上来。文中简要综述了近年来使用乳酸菌... 详细信息

乳酸是重要的工业平台化学品。随着聚乳酸产业的兴起,对高质量L-乳酸的需求量也不断增加。为了进一步降低L-乳酸发酵成本,提高菌株的工业适应性,各种现代生物技术已经应用到L-乳酸发酵菌种的改造上来。文中简要综述了近年来使用乳酸菌、酵母、大肠杆菌及米根霉等基因工程菌株发酵生产L-乳酸的技术进展。

关键词： L-乳酸基因工程菌发酵