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基于CRISPR/Cas系统的免扩增核酸检测技术研究进展

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华南理工大学学报(自然科学版) 2025年第1期53卷 136-146页

作者：沈兴李妍张旭盖作启刘艳黄颖茵雷红涛陈佳虹华南农业大学食品学院广东广州510642 佛山大学农业与生物工程学院广东佛山528225

成簇规则间隔短回文重复序列(CRISPR)是来源于古细菌的一种免疫系统,可在特定向导RNA的引领下对外来核酸进行识别与切割。由于具有高特异性靶标识别能力以及靶激活的核酸酶活性,近年来该系统被广泛应用于核酸检测领域。为实现高灵敏检测... 详细信息

成簇规则间隔短回文重复序列(CRISPR)是来源于古细菌的一种免疫系统,可在特定向导RNA的引领下对外来核酸进行识别与切割。由于具有高特异性靶标识别能力以及靶激活的核酸酶活性,近年来该系统被广泛应用于核酸检测领域。为实现高灵敏检测,成簇规则间隔短回文重复序列及相关基因编码的系统(CRISPR/Cas)通常需与预扩增技术相结合,但这同时带来了扩增子气溶胶污染、依赖专有设备、检测时间延长等问题。因此,许多研究人员致力于开发免扩增CRISPR核酸检测技术以解决上述限制。CRISPR/Cas靶向激活的高周转率非特异性切割活性为这种技术的开发提供了可能性,利用各种提高系统反式切割效率或者增强信号的策略,许多免扩增CRISPR核酸检测技术被成功开发出来。该文综述了近年开发的基于CRISPR的免扩增核酸检测技术,依据策略不同将这些技术分为Cas效应器的联用或构筑生化回路、电化学传感、微体积CRISPR/Cas系统、优化信号报告物等4个方面,并从策略的角度分析了这些技术实现免扩增核酸检测的原理,即通过累积多个蛋白复合物传导的信号、增强信号传感能力、提高反应体系浓度、放大报告底物信号等原理实现灵敏度提升。基于已有的技术原理,该文对几种策略的优缺点进行讨论。此外,该文进一步展望免扩增CRISPR核酸检测技术的发展趋势并提出未来可能的研究方向,为开发更快速、灵敏、简便的分子检测技术以促进其更深入的应用提供参考。

关键词： CRISPR/Cas 核酸检测免扩增信号放大

胆碱肠内代谢对肠道菌群及宿主内稳态生理指标的影响

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食品科学 2025年第4期46卷 126-135页

作者：宋雨吴迪张璐王婷张民李茜天津农学院食品科学与生物工程学院天津300392 天津农学院农业农村部智慧养殖重点实验室(部省共建) 天津300392

研究胆碱肠内代谢及其干预过程中三甲胺(trimethylamine,TMA)代谢、肠道菌群结构、内稳态生理指标水平的变化规律,以胆碱膳食、阿拉伯木聚糖膳食诱导及糖酵解关键酶抑制剂干预小鼠为研究对象,通过16SrRNA、代谢组学分析、酶联免疫试剂... 详细信息

研究胆碱肠内代谢及其干预过程中三甲胺(trimethylamine,TMA)代谢、肠道菌群结构、内稳态生理指标水平的变化规律,以胆碱膳食、阿拉伯木聚糖膳食诱导及糖酵解关键酶抑制剂干预小鼠为研究对象,通过16SrRNA、代谢组学分析、酶联免疫试剂盒测试等方法,探究各膳食诱导及干预因素对小鼠肠道消化物中胆碱及其代谢物TMA、氧化三甲胺(trimethylamine oxide,TMAO)含量,肠道菌群组成及多样性差异,小鼠血液中血糖、高密度脂蛋白胆固醇(high-density lipoprotein cholesterol,HDL-C)、白细胞介素(interleukin,IL)-1、IL-6、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)水平等宿主内稳态相关生理指标的影响规律。结果表明:与胆碱膳食小鼠相比,阿拉伯木聚糖的摄入及糖酵解抑制剂诱导可显著增加肠道菌群结构物种丰富度和均匀度(P<0.05),增加有益菌的数量,显著降低消化物中TMA和TMAO的水平(P<0.05),显著降低血清中血糖、IL-1、IL-6和TNF-α水平(P<0.05),增加HDL-C含量。研究结果可为胆碱代谢物诱发机体疾病新机制相关领域的研究及代谢综合征防治提供理论基础和技术支撑。

关键词：胆碱三甲胺内稳态阿拉伯木聚糖糖酵解抑制剂

精氨酸对微波场下低盐鲟鱼肌原纤维蛋白预凝胶化的影响

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食品科学 2025年第07期 751-760页

作者：石彤解钰张昊王鑫李梦哲高瑞昌江苏大学食品与生物工程学院

为探究精氨酸（Arg）对微波场下低盐肌原纤维蛋白预凝胶化的影响，利用200 W微波分别在不同Arg浓度条件下加热肌原纤维蛋白1、3 min和5 min(<40℃)，对该加热过程中肌原纤维蛋白的理化特性、结构特性、分子间作用力和形态学特性进行研... 详细信息

为探究精氨酸（Arg）对微波场下低盐肌原纤维蛋白预凝胶化的影响，利用200 W微波分别在不同Arg浓度条件下加热肌原纤维蛋白1、3 min和5 min(<40℃)，对该加热过程中肌原纤维蛋白的理化特性、结构特性、分子间作用力和形态学特性进行研究。结果表明，肌原纤维蛋白溶液的溶解度随微波时间的延长而降低，且在相同的微波时间下，适宜浓度的Arg能够显著提高其溶解度（P<0.05）。在微波处理5 min时，随Arg浓度的增加肌原纤维蛋白浊度显著降低（P<0.05）。肌原纤维蛋白粒径随Arg浓度的增加而减小；且通过原子力显微镜观察到Arg抑制了微波加热过程中较大蛋白聚集簇的形成。未添加Arg溶液的肌原纤维蛋白经微波加热3 min，其离子键和氢键含量显著降低，疏水相互作用和二硫键含量显著增加（P<0.05）;40 mmol/L Arg抑制了蛋白分子间的离子键和疏水相互作用，增强了氢键和二硫键的贡献。分子动力学模拟结果显示，300 K模拟系统中Arg与肌球蛋白结合后，均方根偏差约从0.52 nm增大至5.85 nm;Arg-肌球蛋白复合物与肌球蛋白自身相比具有较高的回旋半径。以上结果表明，Arg促进了低盐条件下肌原纤维蛋白聚集体的解聚，使其在微波场下的聚集特征由原来以较大蛋白簇为主转变为以较小颗粒为主；此外，肌球蛋白的结构紧密性因Arg的结合而下降，蛋白构象更加松散，为其在后续凝胶增强阶段的进一步交联提供充足的储备条件。

关键词：微波低盐肌原纤维蛋白精氨酸解聚原子力显微镜分子动力学模拟

利用农业-食品生物质废弃物生物转化制备香兰素的研究进展

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食品科学 2025年第2期46卷 248-259页

作者：周曼李诚林林凯琳陈鲁易王子怡杨欣颖蒋海燕章晓雪黄晓琪周存山江苏大学食品与生物工程学院江苏镇江212013 江苏大学京江学院江苏镇江212013

香兰素是全球需求量最大的香料之一,广泛应用于食品、医药、化工等行业。从植物中提取天然香兰素过程繁琐、产量有限,化学合成香兰素存在品质及安全性不足等问题,利用微生物转化法生产香兰素具有安全、转化效率高、适用于大规模生产等... 详细信息

香兰素是全球需求量最大的香料之一,广泛应用于食品、医药、化工等行业。从植物中提取天然香兰素过程繁琐、产量有限,化学合成香兰素存在品质及安全性不足等问题,利用微生物转化法生产香兰素具有安全、转化效率高、适用于大规模生产等特点。近年来,由于能源短缺、资源匮乏和环境污染等,通过微生物利用价格低廉、来源广泛且可再生的农业-食品生物质废弃物为底物生物转化制备香兰素呈现快速的发展趋势。本文介绍香兰素的类型及来源,“生物漏斗”式木质素的生物转化合成香兰素路径,以木质素衍生化合物和葡萄糖等为底物的香兰素生物合成路径,综述微生物利用农业-食品生物质废弃物生产香兰素的相关研究进展,主要包括菌株筛选及培养条件优化、代谢工程促进香兰素产量提升,探讨目前研究所面临的挑战及潜在的解决策略,以期为利用农业-食品生物质废弃物生物转化制备香兰素研究工作提供参考。

关键词：香兰素生物转化农业-食品生物质废弃物木质素生物漏斗

CRISPR/Cas基因编辑和表达调控工具箱在放线菌中的应用

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生物工程学报 2025年

作者：丁金艳亓慧王猛张玥天津科技大学生物工程学院中国科学院天津工业生物技术研究所天津农学院食品科学与生物工程学院

放线菌是一类具有强大次级代谢能力的微生物，对放线菌菌株进行理性改造，对提升其天然产物的生产能力具有重要意义。CRISPR/Cas系统因具有高效性、易操作性和良好的靶向精确性，已成为放线菌基因改造和功能研究的重要工具。本文从工作... 详细信息

放线菌是一类具有强大次级代谢能力的微生物，对放线菌菌株进行理性改造，对提升其天然产物的生产能力具有重要意义。CRISPR/Cas系统因具有高效性、易操作性和良好的靶向精确性，已成为放线菌基因改造和功能研究的重要工具。本文从工作原理、系统构建、适用场景等角度对放线菌中的各类CRISPR/Cas基因编辑及表达调控工具进行了汇总和比较，包括基于DNA双链断裂的CRISPR/Cas系统，CRISPR干扰系统，CRISPR激活系统，以及CRISPR碱基编辑系统。同时，本文还总结了这些工具在放线菌天然产物生物合成方面的应用情况。CRISPR/Cas工具箱在放线菌中的开发和应用，极大地推动了放线菌微生物学和天然产物相关的研究。

关键词： CRISPR/Cas系统放线菌 CRISPR干扰 CRISPR激活碱基编辑

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苦荞籽粒结构中酚类及蛋白的组成和分布

中国粮油学报 2025年第1期40卷 50-57页

作者：王惠君武冰冰黄清清郁春蕾陈中伟徐斌江苏大学食品与生物工程学院镇江212013

为了探明苦荞籽粒中呈苦物质的分布,本研究通过手工剥离得到麸皮、胚乳和子叶,采用高效液相色谱、电泳等技术方法,分析酚酸、黄酮、蛋白及芦丁降解酶在3种籽粒结构中的组成和含量,从而探明酚类及呈苦物质在苦荞籽粒结构中的分布。结果表... 详细信息

为了探明苦荞籽粒中呈苦物质的分布,本研究通过手工剥离得到麸皮、胚乳和子叶,采用高效液相色谱、电泳等技术方法,分析酚酸、黄酮、蛋白及芦丁降解酶在3种籽粒结构中的组成和含量,从而探明酚类及呈苦物质在苦荞籽粒结构中的分布。结果表明,苦荞中酚酸物质主要以游离态的原儿茶酸和p-羟基苯甲酸的形式存在于子叶和麸皮中。其中,原儿茶酸富集在子叶中,p-羟基苯甲酸则富集在麸皮中。苦荞中的黄酮以芦丁、槲皮素为主,其中,芦丁主要存在子叶中,槲皮素则存在于麸皮和子叶中,且在前者中含量高于后者。苦荞籽粒结构层中蛋白质以清蛋白和谷蛋白为主,且小分子蛋白的含量较高。麸皮中芦丁降解酶的活性最高,分别是子叶和胚乳中酶活的4倍和13倍。本研究结果将为苦荞的高效分级制粉、脱苦和食品化提供基础数据支撑。

关键词：苦荞麸皮子叶酚类黄酮蛋白芦丁降解酶

基于手机拍照结合Image J软件对干辣椒外观品质的分级研究

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食品与发酵工业 2025年第1期51卷 273-279页

作者：胡晋伟赵志峰张欣莹祝贺李波孙海清徐炜桢四川轻化工大学生物工程学院四川宜宾644000 山东农业工程学院食品科学与工程学院山东济南250000

干辣椒外观形状和色泽是其品质分类的重要指标。目前GB 10465—1989《辣椒干》中对干辣椒外观形状和色泽的检测方式还停留在人工检测阶段,通常受到主观感知、误差、视觉生理等多种因素影响,未形成科学标准化的检测方法。该研究利用手机... 详细信息

干辣椒外观形状和色泽是其品质分类的重要指标。目前GB 10465—1989《辣椒干》中对干辣椒外观形状和色泽的检测方式还停留在人工检测阶段,通常受到主观感知、误差、视觉生理等多种因素影响,未形成科学标准化的检测方法。该研究利用手机拍照对干辣椒获取图像,通过Image J软件进行图像处理,提出了一种便捷、快速、准确的干辣椒外观形状相关特征量的测定方法。与游标卡尺法、剪纸法等人工测量相比,该方法更方便快速,可用于干辣椒的长度、宽度、面积等表型指标的测量。同时,通过构建红绿蓝(RGB)色彩模型获得干辣椒的外观颜色特征参数,色泽分选采用R/(G+B)比率为分级依据,结合干辣椒宽长比和面积可以将干辣椒分为优质、合格、不合格3个等级。

关键词：干辣椒手机拍照 Image J软件 RGB色彩模型分级

从制造到智造:维生素B_(12)与合成生物学的不解之缘

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科学通报 2025年第1期70卷 44-59页

作者：康倩吕荣玉张大伟中国科学院天津工业生物技术研究所天津300308 中国科学院天津工业生物技术研究所低碳合成工程生物学重点实验室天津300308 天津科技大学生物工程学院天津300457

合成生物学以生命科学为基础,辅以工程化思维,融合了物理学、化学、计算机科学等学科知识,旨在改造、设计、构建新型的生物体系.维生素B_(12)作为横跨医学、化学和生物学三学科的“明星小分子”,近百年来一直备受研究人员的重视,其生物... 详细信息

合成生物学以生命科学为基础,辅以工程化思维,融合了物理学、化学、计算机科学等学科知识,旨在改造、设计、构建新型的生物体系.维生素B_(12)作为横跨医学、化学和生物学三学科的“明星小分子”,近百年来一直备受研究人员的重视,其生物制造在合成生物学发展的推动下不断创新.本文探讨了自1926年维生素B_(12)小分子被发现至今的重要研究成果和内容,其中囊括在早期医学、化学研究时期,维生素B_(12)相关研究的重要诺奖级成果;天然合成维生素B_(12)菌株挖掘、催化途径解析及遗传工具开发;人工重组合成维生素B_(12)菌株和体系的构建及优化等重要内容.聚焦近30年来,合成生物学系统研究方法的提出和推进对维生素B_(12)生物制造有显著促进作用.这些进展推动了维生素B_(12)从简单的天然菌种“制造”过程走向更具设计性、智能化的人工菌种与人工体系的“智造”过程转变.此外,维生素B_(12)复杂的天然合成途径成为经典的研究范本,为合成生物学发展提供了优秀的经典案例,与合成生物学的发展结下“不解之缘”.

关键词：合成生物学维生素B_(12) 生物制造细胞工厂无细胞合成

基于Phi29 DNA聚合酶的新酶挖掘及表征

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生物工程学报 2025年第1期41卷 427-436页

作者：郝梦瑶胡玲玲韩明昊李从雨常宏骆健美江会锋天津科技大学生物工程学院天津300457 中国科学院天津工业生物技术研究所天津300308

近年来,噬菌体Φ29(Phi29)DNA聚合酶因其具有恒温高保真扩增的能力,成为热点关注对象。为了进一步推进这类等温聚合酶的工业化应用,本研究将已表征的Phi29 DNA聚合酶序列针对微生物宏基因组进行新酶挖掘与表征。在植物宿主群体的宏基因... 详细信息

近年来,噬菌体Φ29(Phi29)DNA聚合酶因其具有恒温高保真扩增的能力,成为热点关注对象。为了进一步推进这类等温聚合酶的工业化应用,本研究将已表征的Phi29 DNA聚合酶序列针对微生物宏基因组进行新酶挖掘与表征。在植物宿主群体的宏基因组中,鉴定出一种新酶——Php29 DNA聚合酶,该酶具有更高的链置换活性(与噬菌体Φ29的相似度达到59.5%)。实验验证结果表明,该酶也具备3ʹ→5ʹ核酸外切酶活性,其扩增产物可用于进一步的催化反应。Php29 DNA聚合酶的挖掘和验证为未来等温扩增酶的工业化应用提供了有益参考。

关键词：新酶挖掘 Phi29 DNA聚合酶异源表达滚环扩增核酸外切酶活性