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植物多酚的微生物合成

生物工程学报 2021年第6期37卷 2050-2076页

作者：李玲玲刘雪邱泽天赵广荣天津大学化工学院教育部合成生物学前沿科学中心系统生物工程教育部重点实验室天津300350

植物多酚属于苯丙烷衍生物,包括酚酸类、茋类、姜黄素类和黄酮类等。它们具有抗氧化、扩血管、抗血凝、抗炎、抗肿瘤、抗病毒等生理药理活性,在医药、食品、化妆品、化工等领域具有巨大的应用市场。微生物具有生长快、培养简单、可工业... 详细信息

植物多酚属于苯丙烷衍生物,包括酚酸类、茋类、姜黄素类和黄酮类等。它们具有抗氧化、扩血管、抗血凝、抗炎、抗肿瘤、抗病毒等生理药理活性,在医药、食品、化妆品、化工等领域具有巨大的应用市场。微生物具有生长快、培养简单、可工业化等优点,成为异源合成天然产物的重要宿主。近年来,合成生物学的发展促进了植物天然产物的微生物合成,并取得了实质性进展。文中综述了植物多酚代谢途径在工程大肠杆菌、酿酒酵母等微生物中的构建、表达和产物合成现状,讨论了提高产量的前体工程、动态调控、共培养等优化策略,并就未来的多酚途径工程提出展望。

关键词：植物多酚微生物合成生物学代谢工程酚酸类芪类姜黄素类黄酮类

Streptomyces coelicolor A3(2)中新颖Ⅰ型羊毛硫肽的挖掘及异源表达

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微生物学报 2022年第10期62卷 3899-3912页

作者：钱润泽罗云孜天津大学化工学院合成生物学前沿科学中心系统生物工程教育部重点实验室天津300072

【目的】Ⅰ型羊毛硫肽通常具有广泛的生物活性,且抑菌机制独特,较少产生耐药性,因而在临床上具有很好的应用前景。本文对Streptomyces coelicolor A3(2)基因组上2个新颖的Ⅰ型羊毛硫肽生物合成基因簇进行研究,以实现目标羊毛硫肽的表达... 详细信息

【目的】Ⅰ型羊毛硫肽通常具有广泛的生物活性,且抑菌机制独特,较少产生耐药性,因而在临床上具有很好的应用前景。本文对Streptomyces coelicolor A3(2)基因组上2个新颖的Ⅰ型羊毛硫肽生物合成基因簇进行研究,以实现目标羊毛硫肽的表达。【方法】首先,通过antiSMASH分析*** A3(2)基因组序列,挖掘羊毛硫肽生物合成基因簇,使用BLAST进行基因功能注释,选择可能参与生物合成过程的基因;然后利用基因组装技术构建异源表达质粒,通过接合转移在链霉菌底盘细胞中进行异源表达;最后对发酵产物进行高效液相色谱、质谱及生物活性检测。【结果】通过添加启动子元件重构*** A3(2)上基因簇3(8.9 kb)和基因簇24(9.0 kb),得到pYES-ColE1-SCO-cluster3和pYES-ColE1-SCO-cluster24。pYES-ColE1-SCO-cluster3在底盘细胞Streptomyces coelicolor M1152和Streptomycessp.A14中成功表达,得到潜在目标化合物coelin 3;pYES-ColE1-SCO-cluster24在底盘细胞Streptomyces ***13中成功表达,得到潜在目标化合物coelin 24。其中coelin 3对Bacillus subtilis 168和Escherichia coli ATCC 25922具有抑制作用,并且抑菌圈均达到28 mm。【结论】本研究成功使用启动子激活和异源表达策略实现了coelin 3和coelin 24的表达和活性测试,为后续新颖的羊毛硫肽结构解析和作用机制研究奠定了基础。

关键词：羊毛硫肽链霉菌异源表达

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合成芳香族化合物的酵母底盘改造策略

中国生物工程杂志 2022年第10期42卷 80-92页

作者：李慧敏贾斌李霞刘夺天津大学化工学院教育部合成生物学前沿科学中心系统生物工程教育部重点实验室天津300072

芳香族化合物种类丰富,在多个行业具有广泛的用途,需求量大。通过构建微生物细胞工厂合成芳香族化合物具有独特的优势和工业化应用前景,其中酵母底盘因其清晰的遗传背景、完善的基因操作工具以及成熟的工业发酵体系等优势,常被用于构建... 详细信息

芳香族化合物种类丰富,在多个行业具有广泛的用途,需求量大。通过构建微生物细胞工厂合成芳香族化合物具有独特的优势和工业化应用前景,其中酵母底盘因其清晰的遗传背景、完善的基因操作工具以及成熟的工业发酵体系等优势,常被用于构建细胞工厂。目前改造酵母底盘生产芳香族化合物的研究取得了一系列进展,并针对关键问题提出了一些可行的解决策略。针对酵母合成芳香族化合物的策略与挑战,从芳香族化合物合成路径改造、多样化碳源利用及转运系统改造、基因组多靶点改造、特殊酵母底盘及混菌系统构建、合成生物学高通量技术的应用这五个方面进行系统地梳理和阐述,为生产芳香族化合物的酵母底盘构建与改造提供思路。

关键词：芳香族化合物酵母底盘改造基因组重排合成生物学

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黄素介导的胞外电子转移研究与工程改造

中国生物工程杂志 2021年第10期41卷 89-99页

作者：李媛媛李妍曹英秀宋浩天津大学化工学院/合成生物学前沿科学中心系统生物工程教育部重点实验室天津300072

产电微生物的胞外电子转移在能源、环境等诸多领域有着非常重要的应用价值。希瓦氏菌(Shewanella oneidensis)作为模式产电微生物,其电催化系统引起了广泛的研究。黄素作为***重要的电子载体,其介导的胞外电子转移是电子传递过程中的一... 详细信息

产电微生物的胞外电子转移在能源、环境等诸多领域有着非常重要的应用价值。希瓦氏菌(Shewanella oneidensis)作为模式产电微生物,其电催化系统引起了广泛的研究。黄素作为***重要的电子载体,其介导的胞外电子转移是电子传递过程中的一个限速步骤。然而自然环境中野生型***的黄素分泌量极低,对其工程改造也存在一定的局限性,因而严重阻碍了胞外电子的传递过程,这已成为限制其电子转移的主要瓶颈。基于***黄素介导的电子转移机制,系统地从黄素的合成路径及转录调控的角度阐明了黄素合成的调控因素,并综述近年来利用代谢工程、合成生物学以及电极材料修饰等方法来提高黄素介导电子转移的工程化策略,未来可利用一些系统的研究方法和表达工具来加速产电微生物黄素介导的胞外电子转移。

关键词： S.oneidensis 核黄素细胞色素胞外电子转移代谢工程

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生物合成槲皮素糖苷类衍生物的研究进展

化工学报 2020年第7期71卷 2945-2955页

作者：封悦洋王颖姚明东肖文海丁明珠天津大学前沿技术研究院天津301700 天津大学合成生物学前沿科学中心天津300072 天津大学系统生物工程教育部重点实验室天津300072

糖苷类天然产物是植物中次级代谢产物的主要存在形式,具有重要的生物活性。通过糖基化修饰可以改变其水溶性、稳定性,产生特殊的生物活性和功能,因此易于商品化应用,具有重要的药用价值和工业价值,尤其在抗癌药物和日化用品中有着广泛... 详细信息

糖苷类天然产物是植物中次级代谢产物的主要存在形式,具有重要的生物活性。通过糖基化修饰可以改变其水溶性、稳定性,产生特殊的生物活性和功能,因此易于商品化应用,具有重要的药用价值和工业价值,尤其在抗癌药物和日化用品中有着广泛应用。近年来糖苷类产物的生物合成也取得了重大的进展。以重要的糖苷化合物槲皮素为例介绍了糖苷化合物的生物合成,从糖基转移酶和前体供应等角度阐述了生物高产糖苷类化合物的工程策略,为利用合成生物学技术获得植物糖苷的高产菌株提供了技术参考。

关键词：植物糖苷槲皮素 UDP-糖代谢分子生物学酶

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微生物tRNA与密码子系统应用研究进展

中国生物工程杂志 2021年第4期41卷 64-73页

作者：廖丹妮张昭旸靳瑾李霞贾斌天津大学化工学院教育部合成生物学前沿科学中心系统生物工程教育部重点实验室天津300072

tRNA作为生命中心法则中翻译过程的重要参与分子,其种类、丰度都会对蛋白质的正常合成产生巨大影响。近年来通过对微生物tRNA的结构功能以及合成修饰过程的解析获得诸多启发,开展密码子扩展的研究,实现将非天然氨基酸引入特定位置从而... 详细信息

tRNA作为生命中心法则中翻译过程的重要参与分子,其种类、丰度都会对蛋白质的正常合成产生巨大影响。近年来通过对微生物tRNA的结构功能以及合成修饰过程的解析获得诸多启发,开展密码子扩展的研究,实现将非天然氨基酸引入特定位置从而获得新功能蛋白。同时,通过化学合成微生物基因组开展的密码子重编码工作将释放更多的密码子与tRNA用于更加广泛的密码子扩展研究。对微生物tRNA与密码子系统在合成生物学中的最新应用研究进展进行了综述,并讨论其未来的发展趋势。

关键词： tRNA 密码子扩展非天然氨基酸氨酰tRNA合成酶

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极端环境下自愈合仿生材料的研究进展

表面技术 2022年第6期51卷 14-26,35页

作者：李瑞琪田澍杨静张雷天津大学化工学院天津300072 天津大学教育部合成生物学前沿科学中心天津300072 天津大学系统生物工程教育部重点实验室天津300072

自愈合材料是受动物天然皮肤的启发,可识别损伤并自我修复的一种新兴材料。这类材料可应用于工程装备的表面或智能设备的基底,修复开裂与机械损伤,延长设备的工作寿命。而在极端环境(低温、水下、强酸、强碱等)下可以自主愈合的材料更... 详细信息

自愈合材料是受动物天然皮肤的启发,可识别损伤并自我修复的一种新兴材料。这类材料可应用于工程装备的表面或智能设备的基底,修复开裂与机械损伤,延长设备的工作寿命。而在极端环境(低温、水下、强酸、强碱等)下可以自主愈合的材料更具工业应用前景,但同样也是材料领域的难点。梳理了目前可在极端环境下实现自主愈合的本征型弹性体材料的研究情况。首先,深入总结了弹性体聚合物网络中动态共价键与超分子相互作用通过可逆断裂实现本征自愈合的机制,具体包括在自主愈合弹性体设计中应用最广的二硫键/二硒键、亚胺键、氢键和金属配位键;并梳理了弹性体在不同极端环境下自愈合的研究进展,主要介绍了它们的制备方法和自愈合性能。而后,总结了极端自愈合仿生材料在防护涂层、柔性电子、储能装置和密封元件等工程装备及智能设备领域的应用。最后,对该领域现存的挑战以及未来发展进行了分析。

关键词：极端环境仿生材料本征型自愈弹性体动态共价键超分子相互作用

合成类胡萝卜素细胞工厂的快速构建和定向进化

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化工进展 2021年第3期40卷 1187-1201页

作者：王颖曲俊泽梁楠郝鹤元英进天津大学教育部合成生物学前沿科学中心天津300072 天津大学系统生物工程教育部重点实验室天津300072 天津大学化工学院天津300072

类胡萝卜素具有丰富的颜色和强抗氧化活性,这赋予了该类产品较高的商业价值,加速了该类产品合成路径在异源底盘中的构建进程,使之成为发展非理性设计策略的有效研究对象。本文主要针对微生物合成类胡萝卜素细胞工厂构建中的瓶颈问题,从... 详细信息

类胡萝卜素具有丰富的颜色和强抗氧化活性,这赋予了该类产品较高的商业价值,加速了该类产品合成路径在异源底盘中的构建进程,使之成为发展非理性设计策略的有效研究对象。本文主要针对微生物合成类胡萝卜素细胞工厂构建中的瓶颈问题,从增强合成类胡萝卜素前体GGPP的供给利用以及缓解各类胡萝卜素产品对微生物底盘细胞的胁迫压力两个角度,系统综述非理性设计策略对元件优化、模块适配和多维调控等路径构建优化方法的丰富,以及对不同尺度的DNA变异和适应性进化等底盘进化手段的推动作用。并从扩展类胡萝卜素合成底盘物种的多样性和丰富非天然类胡萝卜素产品结构的可获得性的需求出发,对构建合成该类产品微生物细胞工厂自动化和智能化的发展趋势进行展望。

关键词：合成生物学细胞工厂类胡萝卜素非理性设计路径构建底盘进化

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毛发的梯度成熟实验对化石毛发的埋藏学启示

中国科学:地球科学 2025年第1期 62-74页

作者：李鑫周一擘赵涛何行健泮燕红南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室关键地球物质循环前沿科学中心生物演化与环境科教融合中心地球科学与工程学院云南大学古生物研究院云南省地球系统科学重点实验室云南省古生物学重点实验室

哺乳动物毛发作为与内温性、物理保护和伪装相关的关键特征,其地质历史记录可追溯至中生代.然而,关于毛发化石埋藏学的认识有限,阻碍了对其深时演化意义的理解.为此,我们对黑色毛发样品开展了梯度成熟实验来模拟化石毛发的埋藏过程.通... 详细信息

哺乳动物毛发作为与内温性、物理保护和伪装相关的关键特征,其地质历史记录可追溯至中生代.然而,关于毛发化石埋藏学的认识有限,阻碍了对其深时演化意义的理解.为此,我们对黑色毛发样品开展了梯度成熟实验来模拟化石毛发的埋藏过程.通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱技术记录了模拟过程中毛发的形态结构、微观特征和化学成分的变化.结果表明,毛发的形态在温度达到150～175℃时就出现了损伤,在更高温度(200℃)下,毛发的形态完全丢失转变为流体状物质.但是毛发中黑素体的形态结构则具有更高的保存潜力,其微观结构也更稳定.拉曼光谱和FTIR光谱显示,随着温度升高,黑色素和角蛋白的特征峰发生了变化.尽管化学信号并未完全丧失,但FTIR光谱中酰胺特征峰的变化表明,角蛋白在高温(>200℃)下严重降解,而拉曼光谱中的黑色素特征峰则在高温下仍可被识别.这些结果通过主成分分析(PCA)和主成分分析-线性判别分析(PCA-LDA)得到了进一步的验证.此外,所有毛发样品在模拟实验中的拉曼信号均可与常见的地质碳质材料(腐殖酸)信号相区分,这表明拉曼光谱可用于检测化石中的黑色素.

关键词：哺乳动物毛发黑色素角蛋白化石化模拟埋藏