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来源于超嗜热古菌雅氏火球菌(Pyrococcus yayanosii)CH1耐热耐压脯肽酶的酶学性质研究

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微生物学报 2024年第5期64卷 1494-1505页

作者：张欢欢陈柔珂徐俊上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240 上海交通大学海洋学院上海200240

【目的】脯肽酶是一种能从二肽(Xaa-Pro)的C末端水解脯氨酸或羟脯氨酸残基的肽酶。对深海来源的雅氏火球菌(Pyrococcus yayanosii)CH1基因组中PYCH_07700基因编码的蛋白Pyprol的体外酶学性质进行研究,以期发现新型脯肽酶。【方法】在小... 详细信息

【目的】脯肽酶是一种能从二肽(Xaa-Pro)的C末端水解脯氨酸或羟脯氨酸残基的肽酶。对深海来源的雅氏火球菌(Pyrococcus yayanosii)CH1基因组中PYCH_07700基因编码的蛋白Pyprol的体外酶学性质进行研究,以期发现新型脯肽酶。【方法】在小宝岛热球菌(Thermococcus kodakarensis)TS559中异源表达Pyprol。使用二肽Met-Pro作为底物,检测重组蛋白的脯肽酶活性。【结果】Pyprol的最适温度为100℃,最适pH为6.0。Pyprol在与Co^(2+)结合时活性最高,最适的金属离子浓度为1.2 mmol/L。与***来源的脯肽酶Pfprol相比,Pyprol在更宽的pH范围具有活性,并且能够耐受更高浓度的金属离子。Pyprol是耐压蛋白,最适静水压为40 MPa。与常压条件下相比,40 MPa下,Pyprol在40、70和100℃均有更高的活性。【结论】来源于深海热液喷口的严格嗜压的超嗜热古菌*** CH1的新型脯肽酶Pyprol具有热稳定和耐压特性。

关键词：超嗜热古菌雅氏火球菌脯肽酶热稳定耐压

透明质酸的制备、功能特性及其调节肠道健康的研究进展

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中国食品学报 2024年第7期24卷 401-413页

作者：滕薇刘树滔吴金鸿张勇福州大学生物工程研究所福州350002 上海交通大学农业与生物学院上海200240 上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240

透明质酸(HA)是一种非硫酸化糖胺聚糖,2021年获批为新食品原料后,引起食品科研人员与产业界的广泛兴趣。近年来,越来越多的研究显示,HA的生物活性根据其分子质量的不同,发挥促炎或抗炎、促细胞增殖或抗增殖作用。为了高效、精准地提高H... 详细信息

透明质酸(HA)是一种非硫酸化糖胺聚糖,2021年获批为新食品原料后,引起食品科研人员与产业界的广泛兴趣。近年来,越来越多的研究显示,HA的生物活性根据其分子质量的不同,发挥促炎或抗炎、促细胞增殖或抗增殖作用。为了高效、精准地提高HA在食品中的应用价值,有必要根据分子质量的差异性,全面归纳总结HA在食品相关领域的研究进展。本文概述HA的应用开发进展,重点分析不同分子质量HA的制备方法、细胞功能、消化吸收特性,从维持稳态、缓解炎症两个维度分析HA对肠道的调节作用,以期促进HA在营养与健康产业的精准开发及应用。

关键词：透明质酸分子质量制备生物学功能肠道

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DNA硫修饰结合蛋白的序列偏好性表征及应用

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科学通报 2024年第21期69卷 3064-3066页

作者：帅玉婷贺新义邓子新刘光上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240

DNA表观修饰在生命体中广泛存在,它们往往通过其特异性的识别蛋白来发挥功能^([1~3]).DNA硫修饰(phosphorothioate DNA,PT-DNA)是一种近年来发现的新型DNA大分子修饰,其化学本质是DNA磷酸二酯键中的一个非桥接氧原子被硫原子取代所形成... 详细信息

DNA表观修饰在生命体中广泛存在,它们往往通过其特异性的识别蛋白来发挥功能^([1~3]).DNA硫修饰(phosphorothioate DNA,PT-DNA)是一种近年来发现的新型DNA大分子修饰,其化学本质是DNA磷酸二酯键中的一个非桥接氧原子被硫原子取代所形成的磷硫酰化修饰^([4,5]);DNA硫修饰可以被硫结合结构域(sulfur binding domain,SBD)特异性识别和结合,从而参与细菌限制修饰系统等生命过程^([6~8]).

关键词：限制修饰系统磷酸二酯键硫原子发挥功能结合蛋白特异性识别化学本质偏好性

合成生物学策略发现新型核糖体肽Xenopeptide

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科学通报 2024年第10期69卷 1361-1372页

作者：莫天录曾丹丹马溯泽贾一飞韩沅均丁伟张琪上海理工大学健康科学与工程学院上海200093 复旦大学化学系上海200433 上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240

S-腺苷甲硫氨酸自由基(rSAM)酶家族是目前已知的最大酶超家族之一,由22000多个成员组成.这些酶在大自然中广泛存在,被认为是地球上最早的生物催化剂之一.随着大量的微生物基因组信息被解析,分析显示,微生物中大量核糖体肽类天然产物的... 详细信息

S-腺苷甲硫氨酸自由基(rSAM)酶家族是目前已知的最大酶超家族之一,由22000多个成员组成.这些酶在大自然中广泛存在,被认为是地球上最早的生物催化剂之一.随着大量的微生物基因组信息被解析,分析显示,微生物中大量核糖体肽类天然产物的生物合成基因簇中含有rSAM酶;其中Xenorhabdus、Yersinia和Erwinia三个属的基因组中均含有一个高度保守的rSAM酶负责其相邻核糖体肽的前体修饰,此类前体肽和rSAM酶构成的XYE系统所合成的化合物鲜有报道.本研究合成一个来源于Xenorhabdus ***12.1的XYE系统的前体肽和rSAM修饰酶基因,在大肠杆菌中进行共表达,得到新型核糖体肽Xenopeptide,通过结构解析发现,rSAM酶XenB负责分子内2个碳碳键的形成.本研究为微生物中此类化合物的深度挖掘和合成生物学改造提供了理论支撑.

关键词： S-腺苷甲硫氨酸自由基酶核糖体肽翻译后修饰合成生物学

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负碳人工光合群落的设计、优化与应用

合成生物学 2024年

作者：郑皓天李朝风刘良叙王嘉伟李恒润倪俊上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海交通大学张江高等研究院

CO2生物转化技术的开发为解决能源转型和气候变化问题提供了可能。人工光合群落是由密切协作的光合自养微生物与异养微生物组成的新一代生物炼制平台，能够通过群落成员间的互利代谢分工，高效地利用光能将CO2直接转化为生物质和多种化... 详细信息

CO2生物转化技术的开发为解决能源转型和气候变化问题提供了可能。人工光合群落是由密切协作的光合自养微生物与异养微生物组成的新一代生物炼制平台，能够通过群落成员间的互利代谢分工，高效地利用光能将CO2直接转化为生物质和多种化学品，是实现负碳生物制造的潜在途径之一，因其在适用性和鲁棒性方面的优势受到了广泛的关注。近年来，随着系统生物学研究和合成生物技术的快速发展，多种研究策略被用于人工光合群落的设计与优化，取得了长远的进展，促进了对光合群落生产的理解。本文综述了光合群落的互作机制、独到优势和系统生物学研究方法，着重介绍人工光合群落的底盘升级、固定化/区室化技术、加强内部多层次调控等设计与优化策略以及在不同领域的应用进展。在此基础上，探讨了进一步将人工光合群落规模化应用所面临的光合效率和中间碳水化合物限制以及外源生物污染等潜在挑战，对纳米半导体材料杂合、物种间精细互作关系调控、基于多组学数据的群落模型构建等未来的改造方向和研究策略进行了展望。

关键词：合成生物学光合群落负碳生物合成 CO 利用系统生物学群体感应

文库构建与基因簇靶向筛选驱动的微生物天然产物高效发现

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合成生物学 2024年第3期5卷 492-506页

作者：虞旭昶吴辉李雷上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240 华东理工大学生物工程学院生物反应器工程国家重点实验室上海200237

微生物天然产物作为小分子药物的主要来源,已被广泛应用于医药与农业等领域。随着全球抗生素耐药性与其他公共健康问题的加剧,新结构、新靶点微生物天然产物发现迫在眉睫。大规模(宏)基因组测序揭示微生物蕴含了巨大的生物合成潜力,相... 详细信息

微生物天然产物作为小分子药物的主要来源,已被广泛应用于医药与农业等领域。随着全球抗生素耐药性与其他公共健康问题的加剧,新结构、新靶点微生物天然产物发现迫在眉睫。大规模(宏)基因组测序揭示微生物蕴含了巨大的生物合成潜力,相继催生了多种不同类型的天然产物挖掘策略。然而,目前仍然缺乏将天然产物合成基因簇与编码产物快速关联的高效方案。近年来,(宏)基因组文库构建在获取批量天然产物合成基因簇方面展现出明显优势,结合高效的基因簇靶向筛选方法,显著加速了新结构天然产物系统发现。本文综述了三类基于(宏)基因组文库构建与靶向筛选驱动天然产物创新发现的策略,主要从克隆载体类型、文库构建方式、基因簇靶向筛选方法等角度进行了阐述,并对Cosmid/Fosmid文库、BAC/PAC文库、FAC/YAC文库等不同文库类型的优缺点及应用范围进行了对比,最后对这些策略的发展前景进行了展望。未来,基于文库构建与基因簇靶向筛选策略将极大驱动不同生境微生物来源的活性天然产物挖掘,预期大量新靶点、新结构天然产物将不断涌现。

关键词：微生物天然产物 (宏)基因组挖掘基因簇文库构建基因簇靶向筛选

CRISPR/Cas13a系统在大肠杆菌RNA编辑过程中的逃逸现象

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微生物学报 2024年第8期64卷 2998-3013页

作者：张悦许杰王珩瑜盛勇欧一新王斌张蓓康前进张丽青岛大学青岛医学院基础医学院山东青岛266071 上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240 上海交通大学代谢与发育国际联合合作实验室上海200240

【目的】在大肠杆菌(Escherichia coli)MG1655-ΔrecA和Escherichia coli DH10B中构建CRISPR/LshCas13a质粒干扰系统,通过靶向非必需基因lacZ和必需基因polA,分别分析RNA编辑实验中的逃逸现象。【方法】选取来自沙氏纤毛菌(Leptotrichia shahii)中的Cas13a蛋白编码基因LshCas13a,构建可诱导的CRISPR/LshCas13a的RNA编辑系统相关质粒,选取MG1655-ΔrecA和DH10B为研究对象。通过Crisporo算法,设计靶向lacZ和polA的CRISPR RNA(crRNA)序列,考察利用LshCas13a质粒干扰实验靶向lacZ和polA的逃逸现象。再通过对逃逸菌落的数量和序列分析评估LshCas13a系统的逃逸现象,结合PCR和Sanger测序技术探究LshCas13a系统的逃逸事件。选取通过插入序列(insertion sequence,IS)转座破坏LshCas13a系统的LshCas13a基因的逃逸菌落,通过监测OD_(600)进一步考察菌株的生长情况。【结果】利用LshCas13a系统靶向MG1655-ΔrecA和DH10B中的lacZ和polA,发现靶向lacZ时,MG1655-ΔrecA通过LshCas13a基因点突变和IS转座突变方式逃逸;靶向polA时,MG1655-ΔrecA和DH10B通过点突变LshCas13a基因、IS转座和突变crRNA的直接重复(direct repeat,DR)序列等方式逃逸。LshCas13a编码基因的突变促进了菌株生长的恢复。【结论】本研究利用LshCas13a质粒干扰系统研究了***宿主RNA编辑中的多样化逃逸现象,包括了染色体编码的IS介导的LshCas13a转座突变、LshCas13a点突变、crRNA的DR序列突变或重组等情况。本研究为进一步优化CRISPR/LshCas13a基因编辑系统奠定了基础。

关键词：大肠杆菌 CRISPR/LshCas13a 质粒干扰系统逃逸现象插入序列

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麦角硫因在游动放线菌底盘中的高效合成

微生物学报 2024年第8期64卷 2752-2767页

作者：刘震常莹莹邓子新刘天罡武汉大学药学院组合生物合成与新药发现教育部重点实验室湖北武汉430071 上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240

【目的】麦角硫因是一种稀有的天然氨基酸类强抗氧化剂,在机体内发挥着重要的生理功能,并在食品、医药、化妆品领域得到广泛应用。然而,传统的从蕈菇中提取和化学合成的方法存在收率低、成本高等问题,本研究期望利用代谢工程改造,提高... 详细信息

【目的】麦角硫因是一种稀有的天然氨基酸类强抗氧化剂,在机体内发挥着重要的生理功能,并在食品、医药、化妆品领域得到广泛应用。然而,传统的从蕈菇中提取和化学合成的方法存在收率低、成本高等问题,本研究期望利用代谢工程改造,提高游动放线菌(Actinoplanes sp.)HS中麦角硫因的产量。【方法】首先通过生物信息学分析,锁定了Actinoplanes ***中可能参与麦角硫因合成的基因;接着在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中进行异源表达,进一步鉴定了这些基因的功能;最后将鉴定功能的基因组合后在Actinoplanes ***中进行高表达,对突变株产量进行测定,并通过在发酵培养基中添加不同浓度的前体,探究其对发酵产量的影响。【结果】Actinoplanes ***中基因BC03-04016、BC03-04015、BC03-04014、BC03-04013所编码的酶可以合成麦角硫因前体组氨酸甜菜碱半胱氨酸亚砜(hercynine-cysteine-sulphoxide,HER-Cys-Sul),基因BC03-04046和BC03-04917所编码的酶都具有裂解碳硫键的功能,可以催化前体HER-Cys-Sul形成终产物麦角硫因。将编码麦角硫因合成的基因高表达后得到的突变株YC313和YC314,其麦角硫因产量分别达到125 mg/L和108 mg/L,较出发菌株Actinoplanes ***分别提高至2.9倍和2.5倍。在发酵培养基中额外添加0.35 g/L的甲硫氨酸后,YC313菌株的麦角硫因产量相较于原始培养基提高了24%;额外添加10 g/L的黄豆饼粉后,相较于原始培养基麦角硫因产量提高了19%。【结论】本研究对Actinoplanes ***中麦角硫因合成的相关基因及其功能进行了鉴定,通过代谢工程改造得到了两株麦角硫因高产菌株,并进一步研究了前体供应对麦角硫因产量的影响,为以游动放线菌为底盘生产麦角硫因提供了策略支持。

关键词：麦角硫因游动放线菌高产菌株

葡萄糖酸促进氧化亚铁硫杆菌磁小体合成的发酵动力学

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微生物学报 2024年第7期64卷 2260-2276页

作者：邢思雨英高飞李薪同张爽刘涛赵丹王伟东周宁一晏磊黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院、黑龙江省寒区环境微生物与农业废弃物资源化利用重点实验室黑龙江大庆163319 黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院农业农村部东北平原农业绿色低碳重点实验室黑龙江大庆163319 上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240

【目的】明确不同种类有机物对氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)BYM磁小体形成的促进作用,为安全有效提升细菌磁小体产量提供新思路。【方法】以*** BYM为目的菌株,采用单因素试验分析10种有机物对*** BYM亚铁氧化的影响... 详细信息

【目的】明确不同种类有机物对氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)BYM磁小体形成的促进作用,为安全有效提升细菌磁小体产量提供新思路。【方法】以*** BYM为目的菌株,采用单因素试验分析10种有机物对*** BYM亚铁氧化的影响,通过4 L发酵体系进一步筛选促进磁小体合成的有机物;通过分批发酵实验基于经典发酵动力学模型(Logistic、Luedeking-Piret、底物消耗动力学方程)分别构建*** BYM菌体生长、磁小体合成以及亚铁消耗动力学模型。【结果】筛选得到10 mmol/L葡萄糖酸能使磁小体产量最高达到2.00×10^(-3)g/L,葡萄糖酸使*** BYM细胞呈椭圆形,表面光滑;在葡萄糖酸作用下,*** BYM的发酵符合Logistic、Luedeking-Piret、底物消耗动力学方程。【结论】添加10 mmol/L葡萄糖酸能够使*** BYM磁小体产量提升8倍,葡萄糖酸通过改变细胞形态和表面结构促进磁小体合成,菌体生长、产物生成以及底物消耗动力学模型可以阐明*** BYM在葡萄糖酸存在下的分批发酵过程。

关键词：氧化亚铁硫杆菌磁小体葡萄糖酸发酵动力学亚铁氧化