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新型一氧化氮比率型纳米探针的构建及性能研究

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分析测试学报 2024年第2期43卷 247-253页

作者：王晓丽刘浩杜龙啸吴可馨张雨婷周楠迪江南大学生物工程学院糖化学与生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122

该文首先通过两步化学反应合成NO识别分子3,4-二氨基苯硫醇(DABT),然后制备具有强表面拉曼增强散射(SERS)效应的银包金纳米星(AuNSs@Ag)材料,并通过Ag—S键对其进行DABT修饰,制备了比率型SERS纳米探针AuNSs@Ag-DABT。利用透射电子显微... 详细信息

该文首先通过两步化学反应合成NO识别分子3,4-二氨基苯硫醇(DABT),然后制备具有强表面拉曼增强散射(SERS)效应的银包金纳米星(AuNSs@Ag)材料,并通过Ag—S键对其进行DABT修饰,制备了比率型SERS纳米探针AuNSs@Ag-DABT。利用透射电子显微镜、水合粒径、Zeta电位以及紫外吸收光谱对纳米探针进行表征,并开展了NO的定量检测。结果表明:构建的AuNSs@Ag-DABT纳米探针表面有尖锐突出的星状结构,尺寸约为80 nm。NO存在时,DABT与NO发生反应并在541 cm^(-1)附近出现一个新的拉曼峰(三唑环),而在1078 cm^(-1)处的拉曼峰(C—S离面弯曲峰)强度保持不变,因此可以根据I_(541)/I_(1078)的比值定量检测NO。在最优条件下,I541/I1078的比值与NO浓度在10~60 nmol/L范围内表现出良好的线性响应,检出限为3.89 nmol/L。选择性实验表明该比率型SERS纳米探针对NO响应具有良好的专一性和抗干扰性。

关键词：一氧化氮表面拉曼增强散射纳米探针定量检测

利用光驱动的生物杂合系统实现CO_(2)转化生产化学品

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 294-303页

作者：干雅梅柴甜甜张健高聪宋伟吴静刘立明陈修来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苏无锡214122 江南大学生命科学与健康工程学院江苏无锡214122

太阳能作为清洁能源之一,为缓解化石燃料枯竭和温室气体排放等问题提供了一种高效、经济、可持续的解决方案.自然界中的植物和光合微生物通过自身的光合系统收集并转化太阳能,从而生产生物燃料和生物化学品.然而,由于自然光合系统存在... 详细信息

太阳能作为清洁能源之一,为缓解化石燃料枯竭和温室气体排放等问题提供了一种高效、经济、可持续的解决方案.自然界中的植物和光合微生物通过自身的光合系统收集并转化太阳能,从而生产生物燃料和生物化学品.然而,由于自然光合系统存在光吸收范围相对较窄、光生电子在传输过程中易损耗等问题,限制了太阳能到化学品的转化效率.为了解决上述难题,科研人员模仿自然光合作用中的关键部分,探索构建人工光合系统,相关研究引起了广泛关注.本文通过将碲化镉量子点(CdTe QDs)与大肠杆菌(E.coli)相耦合,构建了一种光驱动无机-生物杂合系统(IBPHS),用于捕获太阳能并驱动CO_(2)转化合成高价值化学品.该系统主要由光催化模块和生物催化模块组成.在光催化模块中,通过生物合成CdTe QDs进行光能捕获,并将其转化为电子.通过敲除E.coli的Cd2+外排蛋白(ZNTA)编码基因,实现了E.coli胞内Cd2+过量积累.通过“时空耦合”方式,并借助共聚焦显微镜、高分辨率透射电镜和X射线能谱分析,确认了CdTe QDs在E.coli胞内的组装合成.利用紫外-可见分光光度计研究了光催化模块对光子的吸收能力.结果表明,光催化模块的吸收峰位于400-420 nm.利用瞬时光电流,评估了光催化模块的光生电子能力.实验发现,该模块可以产生0.07μA光电流,表明完成了光催化模块的构建.在生物催化模块中,将光催化模块产生的电子用于还原NAD+再生NADH.采用NADH生物传感器,分析了E.coli胞内NADH含量,结果表明,在蓝光照射下E.coli胞内NADH含量比黑暗条件下提高了5.1倍.在此基础上,通过表达NADH依赖型乳酸脱氢酶(LDH)将丙酮酸还原为乳酸,在蓝光光照下乳酸积累量达到了0.44 g/L,而黑暗条件下无乳酸积累,从而验证了生物催化模块的有效性.基于光催化模块和生物催化模块,进一步组装构建了IBPSH,用于驱动CO_(2)还原合成甲酸和丙酮酸.在蓝光照射下,IBPHS能够合成0.65 g/L甲酸和0.18 g/L丙酮酸,其CO_(2)利用速率分别达到51.98 mg/gDCW/h和21.92 mg/gDCW/h,超过了光合细菌.综上所述,本文利用光催化模块与生物催化模块相耦合的方式,组装构建了一种新型的人工光合系统,实现了光驱动CO_(2)还原合成高附加值化学品,为理性设计材料-生物杂合系统提供了借鉴,同时也为挖掘绿色生物制造潜力、开发太阳能化学制造平台提供参考.

关键词：人工光合系统 CO_(2)利用光能转换 CdTe生物合成 NADH再生

工程菌-酵母耦合高密度发酵生产乳糖-N-二糖

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食品与发酵工业 2024年

作者：李竹英张洪涛李嘉怡张子梦韩成许淳江南大学生物工程学院糖化学与生物技术教育部重点实验室

乳糖-N-二糖（lacto-N-biose，LNB)是母乳寡糖（(human milk oligosaccharides， HMOs）的主要组成部分，也是双歧因子候选者之一，但是目前缺少经济的大规模合成技术。该研究利用蔗糖磷酸化酶和LNB磷酸化酶的非依赖能荷再生优势，以酿... 详细信息

乳糖-N-二糖（lacto-N-biose，LNB)是母乳寡糖（(human milk oligosaccharides， HMOs）的主要组成部分，也是双歧因子候选者之一，但是目前缺少经济的大规模合成技术。该研究利用蔗糖磷酸化酶和LNB磷酸化酶的非依赖能荷再生优势，以酿酒酵母为能源供给细胞，建立了双菌共培养高效合成LNB方法。首先构建了E.coli JM109(DE3)/pET28a-GalT1、E.coli JM109(DE3)/pET28a-GalT2、E.coli JM109(DE3)/pET28a-BLUSP的工程菌，筛选出合成二磷酸尿苷葡萄糖（UDP-Glc）产量高达10.5 g/L的最优菌株E.coli JM109(DE3)/pET28a-GalT1。然后与构建的工程菌E.coli JM109(DE3)/pET28a-SPase、E.coli JM109(DE3)/pET28a-GalE和E.coli JM109(DE3)/pET28a-BiGalHexNAcP四菌耦合发酵，LNB产量为6.78 g/L。最后构建了共表达菌株E.coli JM109(DE3)（含有质粒pRSFDuet1-SPase-GalT1和pETDuet1-GalE-BiGalHexNAcP），外源添加辅因子UMP（浓度为20 mmol/L），将其与酵母耦合发酵，LNB最高产量为28.66 g/L，与四菌株耦合发酵相比，产量提高了423%。这是目前关于LNB产量的最高报道。研究结果为低成本生产乳糖-N-二糖提供了1条新的技术路线。

关键词：乳糖-N-二糖蔗糖蔗糖磷酸化酶耦合发酵母乳寡糖

细菌酪氨酸酶高效异源表达及其在生物染发和丝素多肽多巴修饰中的应用

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生物工程学报 2024年

作者：郑依琳胥睿睿王阳方承格堵国成康振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未来食品科学中心江南大学生物工程学院糖化学与生物技术教育部重点实验室江南大学化学与材料工程学院

酪氨酸酶是一种含铜的多酚氧化酶，广泛应用于食品、日化、医药等领域。目前商品化酪氨酸酶主要依赖于真菌提取，存在价格高、纯度低、比酶活低和稳定性差等问题。本研究旨在获得高效表达并具有工业化应用前景的细菌酪氨酸酶。通过在大... 详细信息

酪氨酸酶是一种含铜的多酚氧化酶，广泛应用于食品、日化、医药等领域。目前商品化酪氨酸酶主要依赖于真菌提取，存在价格高、纯度低、比酶活低和稳定性差等问题。本研究旨在获得高效表达并具有工业化应用前景的细菌酪氨酸酶。通过在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中异源表达5种不同来源的细菌酪氨酸酶，筛选获得了巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)和多刺疣微菌(Verrucomicrobium spinosum)来源的酪氨酸酶TyrBm和TyrVs，酶活分别为(16.1±0.2) U/mL和(48.6±0.9) U/mL。纯化后通过比较TyrBm与TyrVs的酶学性质，证明了TyrVs具有更高的热稳定性和底物专一性。在表征TyrVs高催化性能的基础上，建立了基于TyrVs催化的酶法生物染发体系，实现了原位催化染发，水洗色牢度试验测得模拟14 d清洁后的色差值△E低于7.38 ± 0.64。为便于催化产物与酶快速分离，成功构建了依赖于自组装标签CipA的固定化酶TyrVs-CipA催化体系并应用于水解丝素多肽(Hydrolysed silk fibroin， HSF)的多巴修饰(DOPA modification)，酶连续催化达7次以上，单次DOPA修饰度超过70%。进一步研究表明，DOPA修饰使HSF对DPPH自由基与O2-自由基清除活性分别提高了507.8%与78.23%。本研究为基于酪氨酸酶的绿色生物染发剂及组织工程生物材料开发提供了技术基础。

关键词：细菌酪氨酸酶固定化酶生物染发剂水解丝素 DOPA修饰

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

基因工程改造促进大肠杆菌发酵纤维素水解液合成1,2,4-丁三醇

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化工进展 2024年第2期43卷 1063-1068页

作者：佘丹王舒婷陆信曜宗红诸葛斌江南大学生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室工业微生物研究中心江苏无锡214122

1,2,4-丁三醇(BT)是广泛应用于各领域的高附加值化合物之一,利用纤维素水解液发酵生产BT需要一株能够耐受其中抑制物的菌株。在水解液中常见抑制因子糠醛存在下,大肠杆菌的发酵严重受限。本研究首先在含有BT合成途径的大肠杆菌中过表达... 详细信息

1,2,4-丁三醇(BT)是广泛应用于各领域的高附加值化合物之一,利用纤维素水解液发酵生产BT需要一株能够耐受其中抑制物的菌株。在水解液中常见抑制因子糠醛存在下,大肠杆菌的发酵严重受限。本研究首先在含有BT合成途径的大肠杆菌中过表达四种糠醛耐受相关的基因:yghA、thyA、mdtJI和pntAB。在0.4g/L糠醛压力下,所有改造菌株的生长均有不同程度的提升,其中过表达pntAB基因的菌株生长最好,同时有助于BT合成酶的酶活力或转录水平的提高,BT产量达到11.0g/L。当以玉米芯纤维素水解液为底物时,过表达yghA、thyA和pntAB均明显促进了大肠杆菌的生长与BT产量的提高,其中yghA基因表现最好,在摇瓶中获得了3.36g/L的BT,在5L发酵罐中BT产量达到15.3g/L,转化率为63.8%。该策略为玉米芯纤维素水解液发酵生产BT提供了借鉴。

关键词：大肠杆菌玉米芯纤维素水解液糠醛耐受 1 2 4-丁三醇

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荧光微孔板法检测啤酒酵母胞内脯氨酸含量

食品与发酵工业 2024年

作者：于莹莹许睿琦钮成拓王金晶郑飞云刘春凤李崎江南大学生物工程学院酿酒科学与工程研究室江南大学生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室

高浓酿造是啤酒生产中一种常用的高效经济技术，而在高浓酿造过程中啤酒酵母会受到各个时期不同的环境压力。脯氨酸被认为是啤酒酵母中的一种应激保护剂，赋予了酵母细胞更高的胁迫耐受性。通过测定酵母胞内脯氨酸含量可以作为筛选环境... 详细信息

高浓酿造是啤酒生产中一种常用的高效经济技术，而在高浓酿造过程中啤酒酵母会受到各个时期不同的环境压力。脯氨酸被认为是啤酒酵母中的一种应激保护剂，赋予了酵母细胞更高的胁迫耐受性。通过测定酵母胞内脯氨酸含量可以作为筛选环境耐受能力强菌株的参考，因此需要建立一种能够快速检测啤酒酵母胞内脯氨酸含量的方法。该研究基于次氯酸钠氧化和邻苯二甲醛/N-乙酰半胱胺酸荧光检测脯氨酸的通用方法，结合细胞破碎的优化，成功建立了一种可以准确测定啤酒酵母胞内脯氨酸含量的荧光微孔板法，其线性范围和回收率分别为5～40 μmol/L（0.58～4.6 mg/L）和73.33%～105.5%。通过比较该检测方法与氨基酸专用高效液相色谱法，两者测定胞内脯氨酸含量绝对值相比无显著性差异，但是荧光微孔板法操作简便快捷。因此，该研究建立的荧光微孔板法为测定酵母胞内脯氨酸提供了一种新思路，同时为适应高浓酿造胁迫的啤酒酵母筛选提供了一种新策略。

关键词：脯氨酸荧光探针啤酒酵母高浓酿造

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代谢工程改造热带假丝酵母生产鼠尾草酸

食品与发酵工业 2024年第3期50卷 45-51,I0002,I0003页

作者：霍达陈献忠杨海泉曹钰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苏无锡214122

鼠尾草酸(carnosic acid,CA)是一种酚类二萜化合物,广泛存在于鼠尾草等唇科类植物中。CA具有抗肿瘤等多种生理以及药理活性,在日化、食品、医疗领域应用价值巨大。热带假丝酵母具有鲁棒性强、耐高温、产油脂等特性,因而在萜类化合物高... 详细信息

鼠尾草酸(carnosic acid,CA)是一种酚类二萜化合物,广泛存在于鼠尾草等唇科类植物中。CA具有抗肿瘤等多种生理以及药理活性,在日化、食品、医疗领域应用价值巨大。热带假丝酵母具有鲁棒性强、耐高温、产油脂等特性,因而在萜类化合物高效生产方面极具潜力。该研究根据热带假丝酵母密码子偏好性对来源于鼠尾草的铁锈醇合酶基因CYP76AH24和鼠尾草酸合酶基因CYP76AK6、来源于拟南芥的细胞色素还原酶基因ATR1进行全序列密码子优化以及基因合成。以生产鼠尾草酸前体次丹参酮二烯热带假丝酵母1C2PM04作为出发菌株,将上述基因整合到其基因组中成功合成鼠尾草酸。利用模块化工程与酵母不同亚细胞区室的空间组合,将上述3条基因以模块化的方式导入胞质和过氧化物酶体中进行表达,鼠尾草酸产量分别为10.25 mg/L和4.64 mg/L。通过下调角鲨烯合酶基因ERG9,降低法尼基焦磷酸池的消耗进而改变代谢通量进一步提高鼠尾草酸产量,效价达到26.3 mg/L。将细胞色素P450酶和细胞色素还原酶进行融合表达,测试以刚性linker(E3AK,E3AK×2,E3AK×3)和柔性linker(G4S,G4S×2,G4S×3)为连接肽,融合表达CYP76AH24和ATR1,鼠尾草酸产量提高1.54倍。该文通过增加CPR拷贝数,增加电子供体,进一步提高鼠尾草酸表达水平,产量达到78.24 mg/L。

关键词：热带假丝酵母鼠尾草酸细胞色素P450 融合蛋白代谢工程

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代谢工程改造酿酒酵母高效合成游离脂肪酸

食品与发酵工业 2024年第2期50卷 15-22页

作者：朱满志陈献忠沈微杨海泉夏媛媛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苏无锡214122

该文以酿酒酵母BY4741作为底盘细胞,通过系统代谢工程改造提高游离脂肪酸(free fatty acid,FFAs)的合成。首先,通过删除酰基CoA合成酶FAA1、FAA4以及FAT1的编码基因,提高FFAs的合成,酵母工程菌株FFAs达到384.4 mg/L。进一步,通过敲除PO... 详细信息

该文以酿酒酵母BY4741作为底盘细胞,通过系统代谢工程改造提高游离脂肪酸(free fatty acid,FFAs)的合成。首先,通过删除酰基CoA合成酶FAA1、FAA4以及FAT1的编码基因,提高FFAs的合成,酵母工程菌株FFAs达到384.4 mg/L。进一步,通过敲除POX 1、FAA 2和PXA 2基因,破坏了酵母细胞的β-氧化途径,使细胞外FFAs进一步提高,达到了394.9 mg/L。随后,通过敲除磷脂酸磷酸酶编码基因DPP 1,LPP 1,PAH 1,降低了磷脂酸(phosphatidic acid,PA)的去磷酸化水平,上调了获得的多基因缺失的酵母工程菌(Δfaa 1Δfaa4Δfat1Δpox1Δfaa2Δpxa2Δdpp1Δlpp1Δpah1)能够产生497.3 mg/L的细胞外游离脂肪酸,以及1332.2 mg/L的总脂肪酸。通过组合代谢工程产生的平台菌株,为未来发展脂质相关的细胞工厂提供了基础。

关键词：游离脂肪酸 β氧化酿酒酵母磷脂酸酰基CoA