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丙谷二肽的合成研究进展

中国生物工程杂志 2024年第6期44卷 129-142页

作者：全浩龙梁文豪柯崇榕杨欣伟黄建忠福建师范大学生命科学学院工业微生物发酵技术国家地方联合工程研究中心工业微生物教育部工程中心福州350108

丙谷二肽(L-alanyl-L-glutamine,Ala-Gln)是一种重要的二肽,其在体内可分解为L-谷氨酰胺(L-Gln),该氨基酸具有不可替代的生理生化作用。传统化学法合成Ala-Gln存在污染高、转化率低、纯度低等缺点,并伴随有毒副产物产生,这限制了其规模... 详细信息

丙谷二肽(L-alanyl-L-glutamine,Ala-Gln)是一种重要的二肽,其在体内可分解为L-谷氨酰胺(L-Gln),该氨基酸具有不可替代的生理生化作用。传统化学法合成Ala-Gln存在污染高、转化率低、纯度低等缺点,并伴随有毒副产物产生,这限制了其规模化应用。随着生物学的快速发展,研究者们解析了Ala-Gln的合成方式,并对菌株进行了定向改造,为绿色高效生产Ala-Gln开启了新纪元。主要对Ala-Gln的应用、传统化学法和生物法合成Ala-Gln的研究进展进行综述,旨在探索如何利用合成生物学、基因组学等学科技术改造Ala-Gln的代谢途径,高效生产Ala-Gln,为Ala-Gln产业化提供理论基础。

关键词：丙谷二肽化学合成生物合成 L-氨基酸连接酶 α-氨基酸酯基转移酶

维生素B_(6)的生理活性与合成的研究进展

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中国生物工程杂志 2024年第4期44卷 88-101页

作者：周楚然王美玲黄建忠柯崇榕杨欣伟福建师范大学生命科学学院工业微生物发酵技术国家地方联合工程研究中心工业微生物教育部工程中心福州350108

维生素B_(6)(vitamin B_(6),VB_(6))属于水溶性维生素,由六种可相互转换的吡啶类化合物组成:吡哆醇(pyridoxine,PN)、吡哆醛(pyridoxal,PL)、吡哆胺(pyridoxamine,PM)、磷酸吡哆醛(pyridoxal 5′-phosphate,PLP)、磷酸吡哆醇(pyridoxine 5′-phosphate,PNP)和磷酸吡哆胺(pyridoxamine 5′-phosphate,PMP)。其中,PLP是VB_(6)的生物活性形式,为180多种酶的辅因子。VB_(6)具有抗炎、抗氧化、神经调节和抗肿瘤等多种生理功能,是重要的营养化学品。吡哆醇盐酸盐(PN·HCl)利用昂贵且有毒的化学物质通过噁唑法完全合成,是VB_(6)目前最常见的商业形式。与化学合成相比,VB_(6)的生物合成在无毒性、高纯度和可持续性等方面具有显著优势。目前利用微生物细胞工厂高水平生产VB_(6)的尝试还处于起步阶段,随着对VB_(6)生物合成的代谢途径、关键酶和稳态调控的深入研究,生物合成的VB_(6)产量将会逐步提高,有望从根本上取代化学合成。对VB_(6)的生理功能、化学合成和生物合成进行总结,重点介绍生物合成中涉及的代谢途径与稳态调控,提出开发VB_(6)高产菌株的相关策略,以期为VB_(6)的高效生物合成提供参考。

关键词：维生素B_(6) 磷酸吡哆醛化学合成生物合成稳态调控

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植物甾醇的酶法修饰与生物转化

中国生物工程杂志 2024年第4期44卷 112-121页

作者：毛文刚郭子妍贾文敬黄建忠舒正玉福建师范大学生命科学学院工业微生物发酵技术国家地方联合工程研究中心福州350108

植物甾醇是一类以环戊烷多氢菲为骨架的天然化合物,广泛存在于玉米油等植物性食品中。作为一种新型的食品添加剂,植物甾醇已被广泛应用于各种食品中,如低脂饮料、奶制品、面包等。植物甾醇还具有降低人体血清胆固醇、消炎、抗氧化等作... 详细信息

植物甾醇是一类以环戊烷多氢菲为骨架的天然化合物,广泛存在于玉米油等植物性食品中。作为一种新型的食品添加剂,植物甾醇已被广泛应用于各种食品中,如低脂饮料、奶制品、面包等。植物甾醇还具有降低人体血清胆固醇、消炎、抗氧化等作用。植物甾醇自身的理化性质,如油溶性低、熔点高、生物利用度低等,极大地降低了其应用效果。利用各类生物催化剂对甾醇骨架或侧链进行修饰改性,可显著提高其应用效果;利用各种微生物全细胞转化植物甾醇,将显著增加其附加值。重点介绍了当前酶法改善甾醇的油溶性、水溶性和抗氧化性等性能,综述利用微生物全细胞转化植物甾醇、合成甾醇侧链被氧化或母核羟基化的各种甾醇衍生物(甾醇药物中间体)的研究进展及其存在的问题,展望植物甾醇(酯)未来的发展趋势,为植物甾醇的深入研究提供参考。

关键词：植物甾醇植物甾醇酯酶法合成工艺生物转化

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微藻固定燃煤电厂烟气CO的研究进展

化工进展 2024年

作者：朱世钰何勇锦王明兹陈必链福建师范大学生命科学学院福建师范大学工业微生物教育部工程研究中心

在“双碳”背景下，碳捕捉、利用及封存（Carbon capture， utilization and storage， CCUS）是燃煤电厂实现烟气脱碳的最理想策略。在CCUS技术中，微藻固碳是极具潜力的CO2利用方式。微藻不仅生长速率快而且可以将CO2转化为高附加值... 详细信息

在“双碳”背景下，碳捕捉、利用及封存（Carbon capture， utilization and storage， CCUS）是燃煤电厂实现烟气脱碳的最理想策略。在CCUS技术中，微藻固碳是极具潜力的CO2利用方式。微藻不仅生长速率快而且可以将CO2转化为高附加值的微藻产/制品。然而，由于光能和CO2利用率低，微藻固碳目前的经济可行性还达不到商业化要求，仍需进一步研究。基于国内外的相关研究，本文首先剖析了微藻悬浮液中烟气溶解、转化、被利用的过程以及光衰减现象；讨论了CO2、光质及其强度等因素对微藻生长和固碳性能的影响。其次，从选育高固碳能力藻种、增强CO2传质和优化光供给策略三方面综述了提高微藻CO2固定效率和光合效率的方法；扼要地阐明了其中原理，以期为后续研究提供思路。最后，展望了微藻生物质的利用方向，为微藻固碳在实现我国“双碳”目标过程中的应用提供参考。

关键词：微藻烟气 CO 光照燃煤电厂

菌丝形态发育:丝状真菌细胞工厂遗传改造的新切入点

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生物工程学报 2024年第6期40卷 1776-1791页

作者：孔维华尤文晋江贤章黄建忠秦丽娜福建师范大学生命科学学院福建福州350000 工业微生物发酵技术国家地方联合工程研究中心福建福州350000

丝状真菌是一类广泛存在于自然界中的真核微生物,一些丝状真菌因具有强大的蛋白分泌能力或者可以有效合成许多活性物质被开发为“细胞工厂”,常被用于酶制剂、重组蛋白、有机酸以及次级代谢产物的生产。丝状真菌菌体的生长形态对工业发... 详细信息

丝状真菌是一类广泛存在于自然界中的真核微生物,一些丝状真菌因具有强大的蛋白分泌能力或者可以有效合成许多活性物质被开发为“细胞工厂”,常被用于酶制剂、重组蛋白、有机酸以及次级代谢产物的生产。丝状真菌菌体的生长形态对工业发酵具有关键意义,对发酵产品的品质及发酵过程的控制均有显著影响。本课题组前期研究发现丝状真菌的菌丝形态直接影响着菌体的蛋白分泌,菌丝分枝的增多会使液体发酵时蛋白质的分泌量增加。随着丝状真菌形态研究的深入,对改变真菌菌丝体形态以提高发酵过程中目标代谢物产量的研究日益增多。尽管在真菌发酵形态与生产力的关系方向已有少量综述,但该领域的研究发展非常迅速,亟待更新。本文在对国内外相关研究报告进行大量调研的基础上,结合作者科研团队自己的研究发现,系统综述了丝状真菌的形态特征、真菌形态对工业发酵的影响及菌丝形态调控的方法和策略,以期增强国内相关学者对丝状真菌菌丝形态发育的认识,为合理开发适用于工业发酵的工程菌株提供思路。

关键词：丝状真菌细胞工厂蛋白质分泌顶端分枝侧向分枝

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胞磷胆碱的合成策略及研究进展

生物工程学报 2024年第6期40卷 1644-1660页

作者：唐雅倩林彩宝柯崇榕陶勇黄建忠杨欣伟福建师范大学生命科学学院工业微生物发酵技术国家地方联合工程研究中心工业微生物教育部工程研究中心福建福州350108 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

胞磷胆碱(cytidine-5′-diphosphatecholine,CDP-choline)是磷脂酰胆碱和乙酰胆碱的前体,参与形成细胞膜磷脂双分子层并能够稳定神经递质系统,对脑损伤引起的功能和意识障碍、帕金森病、抑郁症以及青光眼等均有疗效,在临床医学和保健品... 详细信息

胞磷胆碱(cytidine-5′-diphosphatecholine,CDP-choline)是磷脂酰胆碱和乙酰胆碱的前体,参与形成细胞膜磷脂双分子层并能够稳定神经递质系统,对脑损伤引起的功能和意识障碍、帕金森病、抑郁症以及青光眼等均有疗效,在临床医学和保健品领域已有应用。胞磷胆碱的化学合成工艺需要采用昂贵且有毒的试剂且会产生各种副产物,工业化生产成本高,正逐步被生物合成法替代。生物合成法分为微生物发酵法和生物催化法两种:微生物发酵法原料相对低廉,但转化率低、分离纯化工艺繁杂;生物催化法分为细胞高密度培养和体外催化合成2个阶段,合成工艺繁杂,但转化率高、提取成本相对较低,是目前工业化生产的主要方式。本文综述了胞磷胆碱的化学合成和生物合成进展,重点介绍胞磷胆碱的代谢途径及生物催化合成工艺,以期为胞磷胆碱的工业化生产提供思路。

关键词：胞磷胆碱化学合成生物合成生产策略

四氢嘧啶生物合成及其关键酶生化特性研究进展

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生物工程学报 2024年第6期40卷 1620-1643页

作者：许慧娴陈永涛黄建忠陶勇柯崇榕杨欣伟福建师范大学生命科学学院工业微生物发酵技术国家地方联合工程研究中心工业微生物教育部工程研究中心福建福州350108 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

相容性溶质是微生物分泌的一类高水溶性有机渗透物,以适应高盐度和高渗透压等极端环境。四氢嘧啶(ectoine)作为一种重要的相容性溶质,对核酸、蛋白、生物膜以及细胞具有修复和保护作用,广泛应用于化妆品、生物制剂、酶工业和医疗等领域... 详细信息

相容性溶质是微生物分泌的一类高水溶性有机渗透物,以适应高盐度和高渗透压等极端环境。四氢嘧啶(ectoine)作为一种重要的相容性溶质,对核酸、蛋白、生物膜以及细胞具有修复和保护作用,广泛应用于化妆品、生物制剂、酶工业和医疗等领域,每公斤市场售价约为1000美元,全球每年需求量高达1.5万t。嗜盐菌是四氢嘧啶天然合成的微生物来源,但其需在高盐培养基中生长,工业化生产存在设备腐蚀以及成本高昂等问题。随着功能基因组学、系统生物学和合成生物学的快速发展,利用代谢工程等手段构建四氢嘧啶高产细胞工厂成为当前重要的研究方向,工程化大肠杆菌的四氢嘧啶最高产量已达131.8g/L,产率为1.37g/(L·h)。本文主要围绕四氢嘧啶的合成途径、关键酶的生化特性以及四氢嘧啶生物合成等方面进行综述,以期阐明其研究现状并为四氢嘧啶的工业生产提供思路和方向。

关键词：四氢嘧啶相容性溶质生物合成代谢工程

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蛋黄油胆固醇的分离纯化及其结构鉴定

中国油脂 2024年

作者：吾惠婷许先敏王钰翎贾文敬郑永标黄建忠舒正玉福建师范大学生命科学学院工业微生物发酵技术国家地方联合工程研究中心

胆固醇是合成甾醇类药物的重要原料。原料供应是制约第二大临床用药——甾体药物开发的瓶颈。从蛋黄油中分离胆固醇，可为下游制药行业提供充足原料。本研究初步探索了蛋黄油胆固醇的萃取及纯化工艺，并鉴定了其分子结构。实验结果表明... 详细信息

胆固醇是合成甾醇类药物的重要原料。原料供应是制约第二大临床用药——甾体药物开发的瓶颈。从蛋黄油中分离胆固醇，可为下游制药行业提供充足原料。本研究初步探索了蛋黄油胆固醇的萃取及纯化工艺，并鉴定了其分子结构。实验结果表明：以1:1(v:v， mL:mL)的乙醇:正己烷为萃取剂，蛋黄/萃取剂的料液比为1:3(w:v， g:mL)时所萃取的蛋黄油中胆固醇含量最高。蛋黄油经硅胶柱进一步分离并获得色谱纯胆固醇；经核磁共振氢谱(1H NMR)和碳谱(13C NMR)初步鉴定其分子结构为27个碳原子组成的具甾体母核的固醇。本研究将为后续深入开展甾醇的分子修饰及生物转化奠定基础。

关键词：蛋黄油胆固醇分离纯化核磁共振结构鉴定

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高值化等鞭金藻固碳研究进展

生物技术通报 2024年第6期40卷 68-80页

作者：蔡楠方静平陈必链何勇锦福建师范大学生命科学学院福州350117 福建师范大学工业微生物教育部工程研究中心福州350117

工业生产和人类活动释放的大量CO_(2)是造成全球性气候变暖的主要诱因。气候变暖往往伴随着极端恶劣天气的发生,对人类的生活、财产和基础设施构成严重威胁。为了减轻由此产生的负面影响和应对全球变暖,各国纷纷设定了碳达峰和碳减排目... 详细信息

工业生产和人类活动释放的大量CO_(2)是造成全球性气候变暖的主要诱因。气候变暖往往伴随着极端恶劣天气的发生,对人类的生活、财产和基础设施构成严重威胁。为了减轻由此产生的负面影响和应对全球变暖,各国纷纷设定了碳达峰和碳减排目标,并致力于对CO_(2)进行固定和资源化利用。海洋等鞭金藻(Isochrysis galbana)具有生长速度快和固碳效率高的特点,集成废/污水处理和生物固碳,转化合成蛋白质、多不饱和脂肪酸等多种高值生物活性物质的等鞭金藻固碳技术,被认为是最有前途的碳捕获和资源高值化利用的技术之一。本文首先介绍和比较了常用的CO_(2)捕获技术的优缺点,强调基于等鞭金藻的碳捕获技术的适用范围和固碳效率的优势。其次阐明了海洋等鞭金藻光合固碳机制及其与卡尔文循环、三羧酸循环等代谢通路的联系;探讨光和CO_(2)对微藻固碳能力和胞内碳流分布的影响,探究培养条件、光生物反应器、基因工程/合成生物学技术改造藻株等影响等鞭金藻固碳效率的因素。最后,概述了等鞭金藻光合固碳与岩藻黄素、多不饱和脂肪酸、蛋白质等高值生物活性物质合成的关系,为精深加工、开发高值化等鞭金藻提供理论和实践依据,推动等鞭金藻固碳技术的发展和应用,协同推进节能减排,为助力实现“双碳”目标提供一条经济可行的新策略。

关键词：碳中和等鞭金藻固碳高值化生物质碳代谢效率生物活性成分