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代谢工程改造克雷伯氏菌生产1,3-丙二醇

生物工程学报 2024年第8期40卷 2386-2402页

作者：张少伦高聪李晓敏刘佳陈修来刘立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

1,3-丙二醇是生产聚对苯二甲酸丙二醇酯(polytrimethylene terephthalate, PTT)的重要单体，目前主要通过微生物发酵法生产，但这种方法生产效率低下，限制了1,3-丙二醇的高效生物制造。为解决这一问题，本研究首先利用常压室温等离子(a... 详细信息

1,3-丙二醇是生产聚对苯二甲酸丙二醇酯(polytrimethylene terephthalate, PTT)的重要单体，目前主要通过微生物发酵法生产，但这种方法生产效率低下，限制了1,3-丙二醇的高效生物制造。为解决这一问题，本研究首先利用常压室温等离子(atmospheric room temperature plasma, ARTP)诱变技术，经过高通量筛选，成功获得了一株具有较高渗透压耐受性的菌株，其1,3-丙二醇产量达87 g/L。在此基础上，进一步筛选出了适合克雷伯氏菌的基因表达元件，并通过代谢工程改造，阻断冗余代谢支路(敲除ldhA、budA、aldA基因)，同时强化合成路径(过表达dhaB、yqhD基因)，使得改造后的工程克雷伯氏菌的1,3-丙二醇产量提升至107 g/L。最终，在5 L发酵罐中，通过优化发酵过程参数，最优工程菌株KP-FMME-6的1,3-丙二醇产量达到118 g/L，甘油转化率为42%，生产强度达到2.46 g/(h·L)。本研究为1,3-丙二醇的工业化生产提供了有效的借鉴和参考。

关键词： 1,3-丙二醇克雷伯氏菌高通量筛选代谢工程

高温大曲中大曲慢生芽孢杆菌的分离鉴定与特性分析

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微生物学通报 2024年

作者：刘续陆震鸣张晓娟柴丽娟王松涛张宿义沈才洪龚劲松史劲松许正宏江南大学生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室江南大学粮食发酵与食品生物制造国家工程研究中心国家固态酿造工程技术研究中心江南大学生命科学与健康工程学院四川大学先进酿造科技创新中心轻工科学与技术学院

【背景】随着细菌新物种的陆续报道，原先被注释为枝芽孢杆菌（Virgibacillus）的高温大曲优势16S rRNA基因序列被重新归类为大曲慢生芽孢杆菌（Lentibacillus daqui），但对该物种在制曲过程中的发酵特性和代谢功能尚不了解。【目的】... 详细信息

【背景】随着细菌新物种的陆续报道，原先被注释为枝芽孢杆菌（Virgibacillus）的高温大曲优势16S rRNA基因序列被重新归类为大曲慢生芽孢杆菌（Lentibacillus daqui），但对该物种在制曲过程中的发酵特性和代谢功能尚不了解。【目的】研究大曲慢生芽孢杆菌在高温大曲中的分布规律、生长和代谢特性；【方法】采用高通量测序技术分析大曲慢生芽孢杆菌在三类高温大曲中的分布规律；采用纯培养技术分离大曲慢生芽孢杆菌，研究其生长的温度、pH、NaCl浓度等范围；采用小麦固态发酵试验，研究大曲慢生芽孢杆菌在不同温度（30、45、60 ℃）的产酶和产香特征。【结果】从48个高温大曲样品中测序获得3条属于大曲慢生芽孢杆菌的16S rRNA基因扩增子序列变体（amplicon sequence variant， ASV）序列，平均相对丰度之和为21.4%，均存在于大曲慢生芽孢杆菌ZS110521T的基因组上，共有6个基因拷贝。ZS110521T生长的温度范围10-55 ℃，pH 5.5-10.0，NaCl浓度范围0%-20%。ZS110521T具有产生糖化酶、纤维素酶与蛋白酶的能力，在45 ℃实验组酶活最高。与30 ℃实验组相比，45 ℃和60 ℃发酵试验组的吡嗪类、酚类、酸类、酮类、酯类化合物含量均显著升高，而醇类化合物含量显著降低（P研究结果为了解大曲慢生芽孢杆菌的发酵功能与应用潜力提供了依据。

关键词：高温大曲大曲慢生芽孢杆菌生长特性固态发酵挥发性化合物

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无机材料的“化学剪刀”结构编辑策略

无机材料学报 2024年第2期39卷 115-128页

作者：丁浩明陈科李勉李友兵柴之芳黄庆中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进能源材料工程实验室宁波315201 宁波杭州湾新材料研究院宁波315336 苏州大学苏州医学院放射医学与防护学院苏州215123

受到生物基因工程中“基因剪刀”的启发,“化学剪刀”作为一种重要的研究工具在材料结构编辑及应用研究中发挥着重要作用。本文对“化学剪刀”在材料结构编辑及应用方面的研究进展进行了评述。首先,介绍了“化学剪刀”的概念和基本原理... 详细信息

受到生物基因工程中“基因剪刀”的启发,“化学剪刀”作为一种重要的研究工具在材料结构编辑及应用研究中发挥着重要作用。本文对“化学剪刀”在材料结构编辑及应用方面的研究进展进行了评述。首先,介绍了“化学剪刀”的概念和基本原理,即指在保持初始材料主结构不变的条件下,通过化学反应敲除、置换、修复或重构目标原子或结构单元,从而定制化编辑材料晶格中的组成元素、晶体结构以及微观形貌,最终实现特定的材料结构与功能。随后,详细回顾了“化学剪刀”在材料结构编辑中的具体应用,即如何利用化学剪切、化学修饰、化学合成和化学刻蚀与化学插层等结构编辑方法对材料结构进行精确调控和功能设计。最后,对“化学剪刀”未来在材料结构编辑及应用的研究方向进行了展望。本评述详细介绍了“化学剪刀”在材料结构编辑及应用研究方面的研究进展和巨大潜力,为探索和开发“化学剪刀”在材料领域的应用提供了有力的理论和实验支撑,并有望推动相关材料领域的发展。

关键词：化学剪刀无机材料结构编辑专题评述

利用代谢工程在酿酒酵母中高效合成2-萘乙醇

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生物技术通报 2024年第7期40卷 99-107页

作者：何玙冰付振浩李仁瀚刘秀霞刘春立杨艳坤李业白仲虎江南大学生物工程学院无锡214122 江南大学粮食发酵与食品生物制造国家工程研究中心无锡214122

【目的】为实现生物合成重要化合物2-萘乙醇,探索利于2-萘乙醇合成的基因组合。【方法】向酿酒酵母BY4741发酵液中外源添加2-萘丙氨酸,运用高效液相色谱法进行产物检测;绘制BY4741的生长曲线和产量曲线,添加不同浓度2-萘丙氨酸到BY4741... 详细信息

【目的】为实现生物合成重要化合物2-萘乙醇,探索利于2-萘乙醇合成的基因组合。【方法】向酿酒酵母BY4741发酵液中外源添加2-萘丙氨酸,运用高效液相色谱法进行产物检测;绘制BY4741的生长曲线和产量曲线,添加不同浓度2-萘丙氨酸到BY4741发酵液中并检测BY4741生长和生产情况;对BY4741进行代谢工程改造,构建过表达Ehrlich途径6个基因的质粒并转化进BY4741中;发酵6株改造菌株,检测产物产量。【结果】发酵液中检测到了推测产物2-萘乙醇,代谢工程改造菌株相较于野生型BY4741菌株产量均有所提升,其中过表达ARO9和ARO10基因使得2-萘乙醇的产量在外源添加1 mmol/L 2-萘丙氨酸的情况下达到0.258 mmol/L,转化率达到野生型的2.3倍。【结论】在酿酒酵母中实现了2-萘乙醇的生物合成,探索出ARO9和ARO10是利于2-萘乙醇生物合成的基因组合,为工业生产2-萘乙醇提供了一种新的生物合成方法。

关键词： 2-萘乙醇代谢工程生物合成酿酒酵母 Ehrlich途径

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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

基于线粒体COⅠ基因序列的梭鲈野生群体遗传结构

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水产学报 2024年第1期48卷 84-94页

作者：鲁翠云孙志鹏曹顶臣耿龙武那荣滨吴学工郑先虎中国水产科学研究院黑龙江水产研究所淡水鱼类育种国家地方联合工程实验室农业农村部淡水水产生物技术与遗传育种重点实验室

为了解梭鲈种群的遗传结构，实验利用线粒体细胞色素c氧化酶Ⅰ亚基(COⅠ)基因部分序列分析了中国6个和中亚2个群体的遗传差异，并与欧洲群体的单倍型序列进行了比较。结果在640 bp的COⅠ基因序列中检测到5个变异位点，定义了7种单倍型... 详细信息

为了解梭鲈种群的遗传结构，实验利用线粒体细胞色素c氧化酶Ⅰ亚基(COⅠ)基因部分序列分析了中国6个和中亚2个群体的遗传差异，并与欧洲群体的单倍型序列进行了比较。结果在640 bp的COⅠ基因序列中检测到5个变异位点，定义了7种单倍型，发现Hap1为8个梭鲈群体的共享单倍型，且与欧洲群体的HapA相同，在中国群体所占比例(93.36%)高于中亚群体(72.58%)和欧洲群体(53.85%);Hap2和Hap3是中国群体的特异单倍型，而Hap4～Hap7为中亚群体的特异单倍型。单倍型序列的聚类图和网络图均显示Hap1/A为梭鲈群体的原始单倍型，中国和中亚群体的特异单倍型相对于原始单倍型仅有1～2个位点的变异，属于Hap1/A的亚型，与欧洲群体的特异单倍型具有较大的差异。每个群体检测到1～4种单倍型，斋桑湖(ZS)群体单倍型最多，而中国的腾格里湖(NX)、兴凯湖(XK)和鸭绿江(YJ)群体仅有1个单倍型(Hap1)；塔什干(TS)群体的单倍型多样性(Hd)和核苷酸多样性(π)最高(Hd=0.514±0.069;π=0.000 79±0.000 11)，其次是ZS群体，而中国梭鲈群体的多样性参数较低。AMOVA分析结果显示，梭鲈群体间遗传变异占20.74%，群体间遗传分化程度较高(0.15≤Fst=0.207 360.25)，中国群体中仅黑河(HH)群体与其他群体的遗传分化较大，而中国其他5个群体间无遗传分化。基于群体间遗传距离的系统进化树显示，来自中国的6个梭鲈群体与哈萨克斯坦的ZS群体聚为一支，而乌兹别克斯坦的TS群体独立为一支。研究结果为梭鲈群体的繁殖及放流管理提供了参考。

关键词：梭鲈线粒体COⅠ基因野生群体遗传结构

合成微生物的环境风险防控与检测技术研究进展

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环境科学研究 2024年第10期37卷 2247-2259页

作者：孙韬宋洁董姗姗张振华王钰章嫡妮陈磊张卫文天津大学生物安全战略研究中心天津300072 天津大学化工学院天津300072 生态环境部南京环境科学研究所生态环境部生物多样性与生物安全重点实验室江苏南京210042 中国科学院天津工业生物技术研究所中国科学院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300308

合成微生物(基因改造、修饰和重建的微生物)在生物制造、疾病诊疗、环境修复等领域展现出巨大应用潜力。与此同时,合成微生物的规模化应用可能存在环境生物安全风险问题,造成物种入侵、多样性丧失和生态系统破坏等不可预计的后果。为此... 详细信息

合成微生物(基因改造、修饰和重建的微生物)在生物制造、疾病诊疗、环境修复等领域展现出巨大应用潜力。与此同时,合成微生物的规模化应用可能存在环境生物安全风险问题,造成物种入侵、多样性丧失和生态系统破坏等不可预计的后果。为此,本文总结了合成微生物环境释放后潜在的生物安全风险,围绕合成生物学建立的环境防御与检测技术展开讨论,并对未来如何更好地避免工程微生物的环境风险问题提出展望。经梳理发现:①合成微生物释放引发的环境风险主要包括危害环境生物安全、水平基因转移及生态位占据和破坏等,这主要与合成微生物改造后的特性及携带的外源片段有关。②通过营养缺陷型或环境敏感型微生物、基因线路、使用非天然元件、限制质粒异源复制等技术可避免合成微生物在环境中的存活或核酸扩散,针对不同微生物的特性可采取相应策略。③分子标记、生物传感、快速核酸检测等针对合成微生物的特异性检测方法,以及微生物条形码与高通量测序等通用性检测技术可用于合成微生物的环境追踪。鉴于此,提出今后重点研究方向:一是升级高效、稳定型生物封存策略以应对微生物的快速进化;二是分析合成微生物的环境生存能力及分级预估其潜在风险;三是研究合成微生物与环境生物的互作机制及其对环境生物的影响;四是开发环境消减技术建立以确保合成微生物失控释放后的高效清除。

关键词：合成微生物生物安全环境风险生物技术生物封存

5-羟甲基糠醛对秀丽隐杆线虫影响的量效关系及其机制初探

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食品与发酵工业 2024年第3期50卷 93-99页

作者：楚阳阳张怡琳游春苹上海海洋大学食品学院上海201306 光明乳业股份有限公司乳业研究院上海乳业生物工程技术研究中心乳业生物技术国家重点实验室上海200436

利用秀丽隐杆线虫这一与人类基因组高度同源的模式生物探究不同浓度的5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural,5-HMF)对机体的作用及其可能的机制。将实验分组设定为对照组和实验组(5-HMF质量浓度分别为0.010、0.100、1.000 mg/mL)。通... 详细信息

利用秀丽隐杆线虫这一与人类基因组高度同源的模式生物探究不同浓度的5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural,5-HMF)对机体的作用及其可能的机制。将实验分组设定为对照组和实验组(5-HMF质量浓度分别为0.010、0.100、1.000 mg/mL)。通过显微镜观察线虫寿命、产卵情况、基础运动指标以及通过实时荧光定量PCR分析寿命信号通路:胰岛素/胰岛素样生长因子相关基因表达情况,并拟合出与寿命相关的量效关系。结果显示,高(1.000 mg/mL)、中(0.100 mg/mL)质量浓度组5-HMF可显著减少线虫产卵数量、咽泵频率、头部摆动和身体弯曲次数,并通过上调基因Daf-2的表达,下调基因Daf-16、Sod-3以及Sir-2.1的表达,显著缩短线虫寿命周期,而低(0.010 mg/mL)质量浓度组的5-HMF则完全相反。由量效关系曲线可知0.035 mg/mL是5-HMF影响线虫平均最长寿命的临界质量浓度值,0.056 mg/mL是5-HMF影响线虫最长寿命的临界质量浓度值。5-HMF作用于基因Daf-2、Daf-16、Sod-3以及Sir-2.1的临界质量浓度分别为0.067、0.067、0.075、0.052 mg/mL。结果表明,5-HMF对秀丽隐杆线虫的正、负向影响与浓度和作用时间密切相关,并存在一定量效关系。该文为进一步研究5-HMF对机体的影响提供了初步参考,并为5-HMF的毒理分析和安全应用提供理论依据。

关键词： 5-羟甲基糠醛秀丽隐杆线虫寿命基础运动指标寿命信号通路

沙棘LBD基因家族鉴定及其在花芽发育过程中的表达分析

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生物工程学报 2024年

作者：李昕娟杨盼盼张恬任乾丹周武新疆大学生命科学与技术学院新疆生物资源与基因工程重点实验室青海大学生态环境工程学院

外侧器官边界域(lateral organ boundaries domain， LBD)转录因子广泛存在于高等植物中，并在植物生长发育和逆境胁迫等过程中发挥了非常重要的作用。沙棘(Hippophae rhamnoides L.)作为一种抗旱、耐寒、耐盐碱的灌木，具有一定的生态... 详细信息

外侧器官边界域(lateral organ boundaries domain， LBD)转录因子广泛存在于高等植物中，并在植物生长发育和逆境胁迫等过程中发挥了非常重要的作用。沙棘(Hippophae rhamnoides L.)作为一种抗旱、耐寒、耐盐碱的灌木，具有一定的生态价值和经济价值。为了分析LBD基因家族在中国沙棘雌雄花芽发育过程中的作用，本研究利用生物信息学方法从沙棘全基因组数据中鉴定出了11个LBD基因。LBD基因家族不均匀分散在5条染色体上，编码159-302个氨基酸，分子质量18 249.91-33 202.01 Da。亚细胞定位预测表明蛋白质分布于细胞核或叶绿体中；LBD序列较为保守，具有高度相似的基序、基因结构和蛋白质三维结构；将沙棘与拟南芥(Arabidopsis thaliana)、大麦(Hordeum vulgare)的LBD基因进行系统发育分析发现，HrLBD基因家族均可细分为Class Ⅰ和Class Ⅱ两大亚家族；转录组及RT-qPCR结果显示，HrLBD基因在沙棘雄性花芽发育过程中表达量更高，并随着花芽发育过程表达量逐渐升高，推测HrLBD基因在特定时期影响沙棘雄性花芽发育。本研究为初步阐明HrLBD基因在沙棘雌雄花芽生长发育中的作用和性别分化机制奠定了理论基础。

关键词：沙棘外侧器官边界域基因家族花芽发育基因表达实时荧光定量PCR