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异源CYP450酶的表达优化促进工程酿酒酵母合成熊果酸

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化工学报 2024年第7期75卷 2624-2632页

作者：那雪梅王雨姜尧竹贾男王颖李春北京理工大学化学与化工学院医药分子科学与制剂工程工信部重点实验室北京100081 清华大学化学工程系工业生物催化教育部重点实验室北京100084

熊果酸(UA)是具有多种生理及药理活性的植物来源五环三萜类羧酸,尽管在酿酒酵母中已经实现了UA的从头合成,但仍存在产量低、副产物积累、营养供给冗余等问题,无法实现工业化生产。为了提高酿酒酵母合成熊果酸的能力,通过多种方法优化了U... 详细信息

熊果酸(UA)是具有多种生理及药理活性的植物来源五环三萜类羧酸,尽管在酿酒酵母中已经实现了UA的从头合成,但仍存在产量低、副产物积累、营养供给冗余等问题,无法实现工业化生产。为了提高酿酒酵母合成熊果酸的能力,通过多种方法优化了UA合成途径中异源CYP450酶的表达。探究了位置效应对CYP450基因表达的影响,初步筛选到CYP450的基因组最佳整合位点(HO位点),通过单独增加CYP450的拷贝数或同时增加CYP450及CPR的拷贝数,确定了同时存在3个CYP450和CPR拷贝时CYP450酶具有最佳催化活性,进行培养基优化后UA摇瓶产量达到(266.54±6.50)mg/L,最终在5 L发酵罐进行放大培养UA产量达到(2825.58±36.26)mg/L。本研究可为在酿酒酵母中通过表达优化策略调控其他三萜类化合物的合成提供参考。

关键词：位置效应熊果酸酿酒酵母代谢发酵合成生物学

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微生物合成二元醇研究进展

合成生物学 2024年

作者：竺方欢岑雪聪陈振工业生物催化教育部重点实验室清华大学化学工程系清华大学合成与系统生物学中心

二元醇是一类重要的大宗化学品，在高分子材料、化妆品、燃料、食品和制药行业中有着广泛应用。开发可利用生物质及碳一原料等可再生原料生产二元醇的生物合成路线对于降低化石资源依赖、减少二氧化碳的排放具有重要的意义，近年来受到... 详细信息

二元醇是一类重要的大宗化学品，在高分子材料、化妆品、燃料、食品和制药行业中有着广泛应用。开发可利用生物质及碳一原料等可再生原料生产二元醇的生物合成路线对于降低化石资源依赖、减少二氧化碳的排放具有重要的意义，近年来受到了国内外广泛关注。虽然通过生物法生产1,3-丙二醇，1,3-丁二醇和1,4-丁二醇已实现商业化，但大多数其他二元醇的高效生物合成仍面临挑战，主要原因包括缺乏有效的天然生物合成途径、基因工程菌的产率低等。本综述全面探讨了微生物合成二元醇的最新研究进展，特别是在开发新代谢途径和代谢工程策略方面，以实现C2至C5二元醇的高效生物合成。例如通过对非天然合成途径的设计和构建以实现系列非天然二元醇的生物合成，以及利用非传统的碳源（如木质纤维素等）通过特定的代谢途径和优化策略合成二元醇，为生物合成领域开辟新的道路。此外，我们还讨论了这些生物合成过程向工业应用转化的主要挑战和未来的发展前景，包括廉价和可持续原料的获取、大规模放大过程的复杂性、满足下游特定需求的后提取工艺开发等。

关键词：二元醇生物合成代谢工程可再生原料工业应用

多元介孔MOFs:通过调节表面亲水/疏水性实现酶固定化的多功能平台

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 386-398页

作者：冯玉晓马庆庆王子辰张群力赵利雪崔建东杜英杰贾士儒天津科技大学生物工程学院食品营养与安全国家重点实验室工业发酵微生物教育部重点实验室天津300457 湖北大学生命科学学院生物催化与酶工程国家重点实验室湖北武汉430062 天津益倍生物科技集团有限公司天津300457 浙江大学生命科学学院生物质化工教育部重点实验室浙江杭州310050

作为高效的生物催化剂,酶在食品加工、医药制造、化学工业和能源开发等众多领域发挥着重要作用.然而,游离状态的酶由于存在稳定性差、易失活、难以回收利用及不适用于连续化生产等问题,限制了其广泛应用.为了解决上述难题,人们探索发展... 详细信息

作为高效的生物催化剂,酶在食品加工、医药制造、化学工业和能源开发等众多领域发挥着重要作用.然而,游离状态的酶由于存在稳定性差、易失活、难以回收利用及不适用于连续化生产等问题,限制了其广泛应用.为了解决上述难题,人们探索发展了固定化酶技术.固定化酶不仅保留了原有的催化活性,而且在稳定性方面有了显著提升,从而极大地提高了酶的利用效率.随着固定化酶材料和酶工程领域的不断发展,固定化酶技术为酶的应用开辟了更广阔的前景.沸石-咪唑骨架材料-8(ZIF-8)作为一种金属-有机骨架(MOFs)材料,因其独特的结构特性而被广泛用作酶固定化载体.然而,ZIF-8的微孔结构和固有的疏水性,以及前体物2-甲基咪唑(2-MeIm)的质子化现象,常常影响固定化酶的活性.为克服这些限制,本文采用多元配体竞争和孔隙工程相结合的策略,设计并制备了一种具有可调节亲水/疏水表面的新型多元介孔MOFs(mMOFs),并用作酶固定化载体.在mMOFs的制备过程中,采用亲水性和配位能力更强的3-甲基-1H-1,2,4-三唑(3-MTZ)和5-甲基四唑(5-MTA)配体,以部分替代传统的2-MeIm配体.随后,这些多元配体(包括2-MeIm,3-MTZ和5-MTA)与七水硫酸锌结合,在甲醇溶液中通过自凝聚作用形成透明的胶体溶液,进而完全溶解在水中.在此过程中,七水硫酸锌发挥了软模板的作用,引导介孔的形成,从而成功制备出新型多元介孔mMOFs.接着,利用这些mMOFs作为酶固定化的载体,固定了辣根过氧化物酶(HRP)和葡萄糖氧化酶(GOx),并详细研究了其催化性能.结果表明,与传统的ZIF-8载体相比,以mMOFs为载体的固定化酶展现出了更高的酶活性和稳定性.催化性能提升主要归因于mMOFs的亲水性和介孔结构改善了酶和底物间的传质,同时2-MeIm的质子化效应减弱也为酶提供了优良的微环境,稳定了酶的构象.综上,本文采用多元配体竞争与孔隙工程相结合的策略,成功构建了一种具有可调节亲水/疏水表面的新型多元介孔mMOFs,并用于酶固定化,所得固定化酶表现出较好的催化性能.通过深入的研究,揭示了该固定化酶表现出良好催化性能的作用机制,为可控设计制备性能优越的、以MOFs为载体的固定化酶提供了新思路,并为进一步拓宽MOFs材料的应用范围提供了参考.

关键词：介孔金属-有机骨架竞争性配体软模板固定化酶

乙醇对干酪乳酪杆菌Zhang甲基化转移酶突变体的影响

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中国食品学报 2024年第6期24卷 24-32页

作者：闫珈铭张文羿内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室、农业农村部奶制品加工重点实验室呼和浩特010018

乳酸菌应用于酒精饮料的生产时会面临乙醇胁迫,增强其乙醇耐受性在工业育种中显得尤为重要。分离自内蒙古传统酸马奶的干酪乳酪杆菌Zhang,是一株发酵性能优良的益生菌。本研究以干酪乳酪杆菌Zhang及其甲基化转移酶突变体为研究对象,采... 详细信息

乳酸菌应用于酒精饮料的生产时会面临乙醇胁迫,增强其乙醇耐受性在工业育种中显得尤为重要。分离自内蒙古传统酸马奶的干酪乳酪杆菌Zhang,是一株发酵性能优良的益生菌。本研究以干酪乳酪杆菌Zhang及其甲基化转移酶突变体为研究对象,采用液相色谱-质谱联用技术对其在10%乙醇胁迫下生长12 h的差异代谢物进行系统分析,目的是探明乙醇胁迫下DNA甲基化对干酪乳酪杆菌代谢物的影响。在甲基化转移酶突变体和野生型之间共鉴定得到199个差异代谢物,进一步富集分析显示差异代谢物主要在氨基酸代谢、ABC转运体、双组分系统以及丙酮酸代谢途径显著富集。这些研究结果对乳酸菌工业育种具有重要意义。

关键词： DNA甲基化干酪乳酪杆菌乙醇胁迫代谢组学液质联用

多酶级联反应催化γ-丁内酯生成1,4-丁二醇

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应用与环境生物学报 2024年第1期30卷 167-175页

作者：郭艺鸣姜君逸潘学玮张显徐美娟杨套伟饶志明江南大学生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室无锡214122

1,4-丁二醇是一种重要的化学品中间体,已被列入NICNAS高价值量工业化学品清单(HVICL).随着1,4-丁二醇的全球市场需求量不断增加,利用微生物法合成1,4-丁二醇已成为关注热点.基于多酶级联催化构建了一条以γ-丁内酯为底物合成1,4-丁二醇... 详细信息

1,4-丁二醇是一种重要的化学品中间体,已被列入NICNAS高价值量工业化学品清单(HVICL).随着1,4-丁二醇的全球市场需求量不断增加,利用微生物法合成1,4-丁二醇已成为关注热点.基于多酶级联催化构建了一条以γ-丁内酯为底物合成1,4-丁二醇的路径,首先通过己内酯水解酶(ChnC)将γ-丁内酯水解为4-羟基丁酸,接着在羧酸还原酶(Car)的作用下,将4-羟基丁酸还原成4-羟基丁醛,随后,利用醇脱氢酶(YqhD)将4-羟基丁醛进一步还原生成1,4-丁二醇;同时通过引入了甲酸脱氢酶(FDH)构建了NADH/NAD+辅酶循环再生系统.最后对底物添加浓度、催化温度、pH和多酶添加比例进行了优化.综合3种酶的最适反应条件优化之后,在30℃、pH 7.0、酶活力添加比例为1:3:2的优化条件下,以5 g/Lγ-丁内酯为底物,1,4-丁二醇产量达到2.41 g/L,摩尔转化率为46.1%,与优化前相比分别提高了375.46%和374.79%.最后,通过底物补加试验,1,4-丁二醇的合成量最高达到6.31 g/L,摩尔转化率最高达到67.3%.本研究基于新设计的1,4-丁二醇多酶级联催化路径,实现了1,4-丁二醇酶法合成,结果有望为酶催化合成1,4-丁二醇及其高附加值衍生的产品提供一种新的思路.(图12表2参41)

关键词：多酶级联转化辅酶循环再生 γ-丁内酯 1,4-丁二醇

内蒙古阿拉善驼乳制品中乳酸菌分离鉴定及微生物多样性研究

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中国食品学报 2024年第6期24卷 392-401页

作者：苏茜孙洁杜萍赵洁于洁陈永福内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室、农业农村部奶制品加工重点实验室、内蒙古自治区乳品生物技术与工程重点实验室呼和浩特010018

内蒙古传统乳制品是乳酸菌的优质培养基,为保藏内蒙古阿拉善地区驼乳制品中的乳酸菌资源,并研究其中微生物多样性,本研究分别采用纯培养方法与宏基因组测序技术进行分析。宏基因组分析表明:阿拉善地区鲜驼乳微生物多样性明显高于酸驼乳... 详细信息

内蒙古传统乳制品是乳酸菌的优质培养基,为保藏内蒙古阿拉善地区驼乳制品中的乳酸菌资源,并研究其中微生物多样性,本研究分别采用纯培养方法与宏基因组测序技术进行分析。宏基因组分析表明:阿拉善地区鲜驼乳微生物多样性明显高于酸驼乳,18份样品中共鉴定到157个种。鲜驼乳的优势菌种为乳酸乳球菌(13.22%)和桂林不动杆菌(10.65%);酸驼乳的优势菌种为瑞士乳杆菌(72.66%)、马乳酒样乳杆菌(8.32%)和乳酸乳球菌(4.28%)。纯培养进一步从鲜驼乳和酸驼乳中分离到121株乳酸菌,鉴定为4个属的14个种,其中鲜驼乳的优势菌株为乳酸乳球菌(62.00%),酸驼乳的优势菌株为瑞士乳杆菌(40.00%)、马乳酒样乳杆菌(19.00%),与宏基因组测序结果一致。宏基因组测序联合纯培养法可有效实现驼乳样品微生物多样性分析与乳酸菌资源挖掘,为驼乳的工业化生产与乳酸菌资源利用提供理论依据。

关键词：驼乳乳酸菌微生物多样性宏基因组

碳基非金属催化剂在有机合成领域的应用及机理研究

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有机化学 2024年第1期44卷 137-147页

作者：赵茜帆陈永正张世明遵义医科大学药学院贵州省绿色制药工程研究中心贵州省仿制药工程研究中心贵州省生物催化与手性药物合成重点实验室贵州遵义563000 遵义医科大学基础药理教育部重点实验室特色民族药教育部国际合作联合实验室贵州遵义563000

碳基非金属催化剂是指包括碳纳米管(CNTs)、氧化石墨烯(GO)、石墨烯(G)、活性炭(AC)及其掺杂或修饰后得到的材料作为用于涉及能量转换等关键反应过程的催化剂.碳基非金属催化剂由于具有来源丰富、成本低、对环境友好、后处理简单、可持... 详细信息

碳基非金属催化剂是指包括碳纳米管(CNTs)、氧化石墨烯(GO)、石墨烯(G)、活性炭(AC)及其掺杂或修饰后得到的材料作为用于涉及能量转换等关键反应过程的催化剂.碳基非金属催化剂由于具有来源丰富、成本低、对环境友好、后处理简单、可持续发展等优点,近年来被成功应用于有机合成领域.基于碳基非金属催化剂应用于氧化反应、还原反应、取代反应和偶联反应被成功报道,但针对碳基非金属催化剂应用于有机合成领域进行催化的活性位点的研究目前仍处于早期发展阶段.近年来,科学家们针对其机理的研究主要集中于对催化剂的表征分析和第一性原理计算,但未得出相对一致的实验结论.对碳基非金属催化剂在有机合成领域的应用及机理研究进行了综述.

关键词：碳基非金属催化剂有机合成机理研究

聚赖氨酸抗菌肽改性明胶多功能水凝胶的构建与应用

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高等学校化学学报 2024年第1期45卷 164-172页

作者：江云静黄童黛曹玉玉白荣先吴杰王祖曦孙红梅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国家细胞调控与分子药物“111”引智基地工业微生物湖北省重点实验室湖北省工业发酵协同创新中心武汉430068

将ε-聚赖氨酸(EPL)抗菌肽接枝到明胶上,合成ε-聚赖氨酸改性明胶(GEL-E)后,以GEL-E、羧甲基壳聚糖(CMC)和氧化硫酸软骨素(OCS)为原料,制备了一种具有可注射性、自愈合性及抗菌性的多功能快速凝胶化水凝胶——GEL-E/CMC/OCS水凝胶.该水... 详细信息

将ε-聚赖氨酸(EPL)抗菌肽接枝到明胶上,合成ε-聚赖氨酸改性明胶(GEL-E)后,以GEL-E、羧甲基壳聚糖(CMC)和氧化硫酸软骨素(OCS)为原料,制备了一种具有可注射性、自愈合性及抗菌性的多功能快速凝胶化水凝胶——GEL-E/CMC/OCS水凝胶.该水凝胶具有较高的储能模量、弹性形变性能、自愈合性能、可注射性能以及抗菌性能.将甘草酸二钾(DG)载入水凝胶,赋予水凝胶抗炎特性以及促伤口愈合能力.初步评价了水凝胶的释药行为.结果表明,药物释放可达100%.同时,评价了载药后水凝胶的细胞相容性以及促细胞迁移能力,发现水凝胶对细胞的毒性很低,且可以促进细胞迁移.研究结果表明,该水凝胶具有良好的力学性能、生物相容性以及促细胞迁移能力,在促进伤口愈合领域具有广阔的应用前景.

关键词：多功能水凝胶聚赖氨酸抗菌肽伤口敷料

鲁氏接合酵母对高盐和高温胁迫响应的差异性与共性分析

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食品科学 2024年第2期45卷 79-88页

作者：刘梦奇闫珍珍胡娜陈雄李欣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湖北省工业微生物重点实验室湖北省工业发酵协同创新中心湖北武汉430068

针对高温(40℃)和高盐(18%NaCl)逆境设计了最低营养需求全合成培养基,分析了鲁氏接合酵母(Zygosaccharomyces rouxii)在长期逆境下生长的营养需求差异,重点解析了酵母细胞从生长适应期到对数生长初期阶段有机酸、氨基酸和糖类物质的代... 详细信息

针对高温(40℃)和高盐(18%NaCl)逆境设计了最低营养需求全合成培养基,分析了鲁氏接合酵母(Zygosaccharomyces rouxii)在长期逆境下生长的营养需求差异,重点解析了酵母细胞从生长适应期到对数生长初期阶段有机酸、氨基酸和糖类物质的代谢及基因表达差异。研究结果显示,遭遇高盐压力的鲁氏接合酵母细胞更需要外源氨基酸,而补充维生素和氨基酸有助于缓解酵母细胞的高温压力。鲁氏接合酵母针对高盐和高温逆境采用了差异明显的有机酸、氨基酸和糖代谢策略。MSN4(逆境转录子基因)和HOG1(高渗调控蛋白基因)响应高盐,而HSF1(热激调控蛋白基因)和SOD1(超氧化物歧化酶基因)对高温响应。本研究加深了对耐盐鲁氏接合酵母耐温机制的理解,有助于双抗新能力酿造酵母菌株的研制。

关键词：鲁氏接合酵母高盐逆境高温逆境全合成培养基营养需求代谢差异基因表达