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谷氨酸棒杆菌乙酰羟酸合酶的高效表达调控及应用

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生物工程学报 2024年

作者：乔倩倩宁舒展王瑞瑞郑宇路福平陈久洲刘娇郑平深圳科兴天合生物科技有限公司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国家合成生物技术创新中心天津科技大学生物工程学院

谷氨酸棒杆菌是支链氨基酸工业生产的主力菌，乙酰羟酸合酶(acetohydroxyacid synthase，AHAS)是支链氨基酸合成的关键酶，强化AHAS的表达是提高菌种水平的关键手段。然而现有还未实现高效调控AHAS，本研究首先基于前期开发的靶基因表... 详细信息

谷氨酸棒杆菌是支链氨基酸工业生产的主力菌，乙酰羟酸合酶(acetohydroxyacid synthase，AHAS)是支链氨基酸合成的关键酶，强化AHAS的表达是提高菌种水平的关键手段。然而现有还未实现高效调控AHAS，本研究首先基于前期开发的靶基因表达调控报告系统，从6 个组成型强启动子中筛选乙酰羟酸合酶编码基因ilvBN的高效表达启动子，成功获得PgpmA*启动子，表达强度是PilvBN天然启动子的23.3 倍。其次，在PgpmA*启动子基础上，构建并通过平板荧光成像初步筛选了3 种人工合成核糖体结合位点(ribosome binding site，RBS)文库，发现“R_((9))N_((6))”为优势的突变文库，通过进一步的孔板复筛，成功获得36 个不同强度增强的RBS突变体，最高强度可达PilvBN天然启动子的62.3 倍。最后，选择PgpmA*启动子分别组合野生型、RBS18和RBS36调控ilvBNS155F的表达生产l-缬氨酸，产量随着表达强度的增强而提高，分别为1.1 g/L、1.4 g/L和2.4 g/L。在RBS18调控基础上组合ilvC的过表达，l-缬氨酸产量可达7.6 g/L。本研究获得的AHAS表达调控元件库，可为改造AHAS生产l-缬氨酸等支链氨基酸提供丰富元件，还可为其他关键酶的表达调控提供思路和方法借鉴。

关键词：谷氨酸棒杆菌支链氨基酸乙酰羟酸合酶组成型强启动子人工合成RBS文库

DNA存储场景下基于引物索引矩阵的文件高效随机检索方法

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电子与信息学报 2024年第6期46卷 2568-2577页

作者：张淑芳李予辉李炳志天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 天津大学化工学院系统生物工程教育部重点实验室和合成生物学前沿科学中心天津300072 天津大学合成生物前沿研究院天津300072

DNA分子具有密度高和稳定性的优势,有望成为下一代海量数据存储需求的介质,近年来受到广泛关注。目前将引物作为文件的唯一标识,基于聚合酶链式反应(PCR)扩增技术可实现对DNA池存储文件的随机检索,但对引物与文件之间的分配和映射关系... 详细信息

DNA分子具有密度高和稳定性的优势,有望成为下一代海量数据存储需求的介质,近年来受到广泛关注。目前将引物作为文件的唯一标识,基于聚合酶链式反应(PCR)扩增技术可实现对DNA池存储文件的随机检索,但对引物与文件之间的分配和映射关系没有进行深入研究,仍然采用随机分配的方式来关联引物与文件,这会导致目标引物序列的查找效率降低,且保存引物与文件的映射关系表会造成大量的数据冗余。为了提供一种高效的硅基计算设备与碳基存储系统的连接桥梁,有效降低存储引物与文件映射关系所带来的数据冗余,该文提出一种基于引物索引矩阵的DNA存储随机检索方法。该方法通过将存储文件集按照文件的不同属性进行划分来构建引物索引矩阵,同时将引物库中的引物按照转换规则转化为有序引物库,最后优化引物与文件之间的映射关系,以实现对文件的高效、多维度检索。实验结果表明,在存储不同规模的文件集时,运用所提算法建立对应的引物索引矩阵,可将引物检索效率提高为常数级时间复杂度,并且存储引物与文件的映射关系所需要的额外存储空间从原来的线性增长优化为对数增长。

关键词： DNA存储随机检索引物索引矩阵

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结构脂质的酶法合成及应用酶工程提高其合成效果的研究进展

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轻工学报 2024年第1期39卷 1-11页

作者：赵泽鑫周灵韩美玲许源蔡俊湖北工业大学生物工程与食品学院/发酵工程教育部重点实验室/工业发酵湖北省协同创新中心/工业微生物湖北省重点实验室湖北武汉430068

基于利用脂肪酶对天然油脂进行改性生成结构脂质(Structured Lipids,SLs)可赋予油脂额外的健康属性,有效提高产品附加值,对近期报道的各类SLs酶法合成及通过酶工程技术(结构设计和固定化)提升合成效果的研究进行综述,认为,使用sn-1,3位... 详细信息

基于利用脂肪酶对天然油脂进行改性生成结构脂质(Structured Lipids,SLs)可赋予油脂额外的健康属性,有效提高产品附加值,对近期报道的各类SLs酶法合成及通过酶工程技术(结构设计和固定化)提升合成效果的研究进行综述,认为,使用sn-1,3位置专一性脂肪酶可精准合成SLs,利用分段变温反应、超临界流体反应、真空反应、超声波辅助等途径可有效抑制酰基转移,从而提高产物得率;脂肪酶的结构设计可提高其催化效率、稳定性和底物专一性,使SLs的合成效率和得率有所提升;固定化脂肪酶技术也能提高脂肪酶的反应活性和稳定性,增强其重复利用性,降低SLs酶法合成的成本。未来应针对不同SLs的结构特点,通过结构设计获得高活性、高稳定性和专一性的酶分子,结合新型固定化技术创制高性能酶制剂,以期为高效、精准的SLs酶法合成工艺的创新发展提供参考。

关键词：结构脂质脂肪酶酶法合成酶工程结构设计固定化

部分水解瓜尔胶的酶法制备及对面包烘焙特性的影响

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食品科学技术学报 2024年

作者：王金梦孙春晓吴勃王云龙周庆礼郭庆彬王昌禄天津科技大学食品科学与工程学院杭州保安康生物技术有限公司天津科技大学省部共建食品营养与安全国家重点实验室

为研究部分水解瓜尔胶（partially hydrolyzed guar gum，PHGG）对面包烘焙特性的影响，以瓜尔胶（guar gum，GG）为原料，采用酶解法制备PHGG。在比较PHGG和GG基本组成差异的基础上，采用质构仪、低场核磁共振仪、差示扫描量热仪和九... 详细信息

为研究部分水解瓜尔胶（partially hydrolyzed guar gum，PHGG）对面包烘焙特性的影响，以瓜尔胶（guar gum，GG）为原料，采用酶解法制备PHGG。在比较PHGG和GG基本组成差异的基础上，采用质构仪、低场核磁共振仪、差示扫描量热仪和九分嗜好评分法等方式研究PHGG添加量对面包烘焙品质及储藏特性的影响。基本组成分析结果表明，与GG相比，PHGG的黏度和分子量显著下降，分别为（118.80 ± 0.62）mPa·s、8.1 kDa。烘焙品质分析结果表明，添加PHGG对面包比容无显著影响，但可显著降低面包的烘焙损失率，从(14.08 ± 0.77)%降低至(11.73 ± 1.29)%；并赋予了面包更好的色泽。对添加PHGG的面包储藏特性进行了研究，结果表明，在7 d储藏期内，PHGG显著提高了面包的保水率，从(77.48± 0.43)%增加至(85.58± 4.15)%；改善了面包的内聚性和回复性；并促进面包内部的水分迁移，进而增加面包内部结构的稳定，具有延缓面包老化的效果。此外，感官评价结果表明，PHGG添加组面包的感官评分高于对照组面包。结果表明，PHGG添加量为质量分数2.5%～4.5%时可显著改善面包的烘焙品质、储藏特性和感官品质，研究希望为PHGG在食品加工中的应用提供一定参考。

关键词：酶法制备部分水解瓜尔胶面包烘焙品质储藏特性

多囊蛋白2离子通道功能及在常染色体显性多囊肾发病中的作用机制

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生物化学与生物物理进展 2024年第1期51卷 47-58页

作者：汪凯黄渊周策凡唐景峰陈兴珍湖北工业大学科技部/教育部细胞调控与分子药物学科“111”引智基地武汉430068 湖北工业大学发酵工程教育部重点实验室武汉430068 湖北工业大学工业发酵省部共建协同创新中心武汉430068 湖北工业大学工业微生物湖北省重点实验室武汉430068

多囊蛋白2 (polycystin-2,PC2,或称TRPP2,PKD2)是一种瞬时受体电位通道(transient receptor potential channel,TRP),在维持细胞正常的Ca~(2+)信号传导中起着关键作用,也是最常见的单基因常染色体显性遗传多囊肾病(transient receptor potential channel,ADPKD)的潜在病因之一。PC2可自身组装为同源四聚体离子通道或与其他蛋白质形成异源受体-离子通道复合物,参与调节机械感觉、细胞极性、细胞增殖和凋亡等多种生理功能,导致囊性细胞从正常的吸收、静止状态转变为病理性分泌、增殖状态。本文阐述了PC2蛋白相关结构域以及通道特性在维持细胞内Ca~(2+)信号传导中的关键作用,并总结了PC2在细胞膜、纤毛、内质网以及线粒体等特定亚细胞定位形成多囊蛋白复合物,参与多种细胞分化、增殖、存活和凋亡相关信号通路,为确定特异性的有效的ADPKD干预治疗途径和靶点药物提供新的思考方向。

关键词：多囊蛋白2 离子通道钙离子常染色体显性遗传多囊肾病

莱茵衣藻CrHPR4基因的过表达及其功能分析

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分子植物育种 2024年

作者：崔梅杰闫睢豪王庆侯余勇郭之乐马彦波邓必成路思晗吕和鑫赵磊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

在莱茵衣藻羟基丙酮酸还原酶家族5个成员中，CrHPR4是唯一定位于叶绿体的蛋白，探究CrHPR4的生物学功能对认识微藻碳代谢过程有重要意义。本研究以莱茵衣藻为研究对象，构建了CrHPR4基因表达质粒pHK263-CrHPR4。采用玻璃珠法转化莱茵衣... 详细信息

在莱茵衣藻羟基丙酮酸还原酶家族5个成员中，CrHPR4是唯一定位于叶绿体的蛋白，探究CrHPR4的生物学功能对认识微藻碳代谢过程有重要意义。本研究以莱茵衣藻为研究对象，构建了CrHPR4基因表达质粒pHK263-CrHPR4。采用玻璃珠法转化莱茵衣藻UVM4，基于巴龙霉素平板筛选、液体培养、藻落PCR和Western Blot验证等，获得CrHPR4过表达藻株OE-1和OE-2。表型分析结果表明：相较于野生株，过表达藻株在自养培养基条件下，其细胞密度和PSⅡ最大光化学量子产量分别提高了29.3％和19.5％、9.3％和12.0％。这表明，过表达衣藻叶绿体型CrHPR4能提升光合作用效率，增加生物量。过表达藻株中NAD+/NADH分别提升166.5％和251.5％，这表明CrHPR4参与以NADH为辅因子的叶绿体生物反应过程。该研究为深入解析CrHPR4基本功能，探究其参与光合固碳的具体作用机制提供了重要科学依据。

关键词：莱茵衣藻羟基丙酮酸还原酶碳代谢光合作用合成生物学

经颅磁刺激对老年大鼠工作记忆相关跨脑区网络协同作用的影响

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电子与信息学报 2024年第4期46卷 1468-1478页

作者：郭苗苗翟昊迪吉利辉王田徐桂芝省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北省生物电磁与神经工程重点实验室(河北工业大学) 天津300130 天津市生物电工与智能健康重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北工业大学生命科学与健康工程学院天津300130

经颅磁刺激(TMS)因其可以非侵入性地探测和调制大脑皮层兴奋性和功能,已被广泛地应用于改善大脑认知功能等临床神经调控领域。工作记忆的功能实现需要多个脑区的同步活动,该文将行为学与电生理学相结合,通过建立跨脑区的因果网络连接,... 详细信息

经颅磁刺激(TMS)因其可以非侵入性地探测和调制大脑皮层兴奋性和功能,已被广泛地应用于改善大脑认知功能等临床神经调控领域。工作记忆的功能实现需要多个脑区的同步活动,该文将行为学与电生理学相结合,通过建立跨脑区的因果网络连接,从记忆相关脑区间协同作用的角度探究不同模式的TMS对大脑认知功能的调控机制。首先对老年威斯塔大鼠分别实施重复经颅磁刺激(rTMS)及间歇性θ节律刺激(iTBS),并设置空白对照组,通过在体多通道微电极阵列采集大鼠工作记忆任务中的局部场电位信号(LFPs);之后基于定向传递函数构建LFPs脑因果网络;最后通过对比行为学结果差异、各脑区因果网络参数等,探索不同模式TMS对老年大鼠工作记忆行为学及脑区之间信息协同作用的影响规律。结果表明,rTMS组和iTBS组大鼠执行正确工作记忆任务的平均天数减少,平均正确率高于空白对照组。经过刺激后,rTMS组和iTBS组前额叶和海马双向网络连接明显增强,信息流强度和因果流向性得到显著提升(P<0.05)。因此,rTMS和iTBS模式均能促进老年大鼠海马和前额叶脑区间的信息交流,从而使老年大鼠的工作记忆能力得到改善。

关键词：重复经颅磁刺激间歇性θ节律刺激工作记忆脑因果网络

基于工程化盐单胞菌TDZI-08一锅法合成衣康酸

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生物工程学报 2024年

作者：张静元跃王智文陈涛教育部合成生物学前沿科学中心与系统生物工程重点实验室天津大学化工学院菏泽学院农业与生物工程学院

衣康酸(itaconic acid， IA)是12种高附加值平台化合物之一，广泛应用于涂料、黏合剂、塑料、树脂和生物燃料等领域。本研究基于前期构建的工程化盐单胞菌TDZI-08，通过排查阻碍因素、优化碳源、氮源、诱导剂添加时间和表面活性剂添加... 详细信息

衣康酸(itaconic acid， IA)是12种高附加值平台化合物之一，广泛应用于涂料、黏合剂、塑料、树脂和生物燃料等领域。本研究基于前期构建的工程化盐单胞菌TDZI-08，通过排查阻碍因素、优化碳源、氮源、诱导剂添加时间和表面活性剂添加量等，建立了一锅法催化柠檬酸合成衣康酸工艺。在5 L发酵罐中利用TDZI-08进行开放式不灭菌一锅法合成，最高产生了40.50 g/L衣康酸，催化阶段得率为0.68 g衣康酸/g柠檬酸，总得率为0.42 g衣康酸/g (柠檬酸+葡萄糖酸)。本研究中一锅法合成体系工艺简单，且无需灭菌和无菌操作，表明盐单胞菌具有较好的衣康酸工业化生产潜力。

关键词：盐单胞菌衣康酸一锅法合成工艺优化

原核表达dsRNA-StPPO发酵工艺优化及应用

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食品与发酵工业 2024年

作者：余金兰何倩李欣茹谭红晓路来风天津市食品质量与健康重点实验室天津科技大学食品科学与工程学院

RNA干扰(RNA interference，RNAi)是由双链RNA(double-stranded RNA，dsRNA)诱发的、同源mRNA高效特异性降解的现象，引发细胞内同源靶基因特异性抑制或沉默。RNAi技术在害虫防治、抑菌、抗病毒等多个领域得到应用，在控制农产品品质劣... 详细信息

RNA干扰(RNA interference，RNAi)是由双链RNA(double-stranded RNA，dsRNA)诱发的、同源mRNA高效特异性降解的现象，引发细胞内同源靶基因特异性抑制或沉默。RNAi技术在害虫防治、抑菌、抗病毒等多个领域得到应用，在控制农产品品质劣变中应用较少。该研究以大肠杆菌RNase Ⅲ缺陷型菌株HT115(DE3)为发酵平台，以L4440载体为骨架构建重组载体，进行马铃薯多酚氧化酶StPPO编码基因的dsRNA表达与发酵条件优化，并进行dsRNA-StPPO生物学功能验证。结果表明，异丙基硫代半乳糖苷(isopropyl thiogalactoside，IPTG)诱导剂浓度为0.6 mmol/L，诱导时间为6 h，外加酵母浸粉0.48%，温度为39 ℃，装瓶量为45 mL/250 mL，转速为189 r/min时，目标dsRNA的产量最高，达3.95 μg/mL。浸泡dsRNA-StPPO溶液后，处理组鲜切马铃薯较对照组有较高的L*、较低的a*和褐变指数，且组织中的多酚氧化酶酶活性较低，说明施用dsRNA-StPPO可以抑制马铃薯polyphenol oxidase StPPO基因表达有效控制鲜切褐变现象。

关键词：大肠杆菌双链RNA 外源施用鲜切褐变多酚氧化酶