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L-精氨酸的微生物合成研究进展 被引量：1
1
作者 王倩 果士婷 +2 位作者 辛波 钟成 王钰 《合成生物学》 北大核心 2025年第2期290-305,共16页
L-精氨酸是一种碱性氨基酸,是护肤产品中常用的中和剂、保湿剂和抗氧化剂,此外,L-精氨酸还广泛应用于饲料、医药、食品等领域。以工程化的谷氨酸棒杆菌和大肠杆菌等微生物为催化剂,以可再生的淀粉糖为原料,通过微生物发酵的方法生产L-... L-精氨酸是一种碱性氨基酸,是护肤产品中常用的中和剂、保湿剂和抗氧化剂,此外,L-精氨酸还广泛应用于饲料、医药、食品等领域。以工程化的谷氨酸棒杆菌和大肠杆菌等微生物为催化剂,以可再生的淀粉糖为原料,通过微生物发酵的方法生产L-精氨酸是目前该产品最主要的生产方法。为创制高效的工程微生物菌种,早期研究者通常采用诱变筛选的方法,但由于突变的不确定性和非定向性,育种效率较低。随着合成生物技术的发展,人工设计L-精氨酸的合成途径和调控机制,并通过基因编辑理性创制工程微生物菌种成为研究的主流。本文综述了不同微生物中发现的L-精氨酸合成途径及调控机制,以谷氨酸棒杆菌和大肠杆菌为主,介绍了设计创制L-精氨酸高产菌种的合成生物学代谢改造策略,以及基于生物传感器的高通量筛选在L-精氨酸高产菌种筛选中的应用。最后,展望了进一步提高L-精氨酸生物合成水平的潜在策略,以及一碳原料等新型非粮碳资源在未来L-精氨酸生产中的应用前景。 展开更多
关键词 L-精氨酸 代谢工程 合成生物学 一碳原料 谷氨酸棒杆菌 大肠杆菌
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化学-生物级联转化CO_(2)合成单细胞蛋白研究进展
2
作者 吴孟勤 王佳瑶 +1 位作者 徐友强 王钰 《化工进展》 北大核心 2025年第5期2429-2440,共12页
工业发展导致CO_(2)大量排放,加剧了全球温室效应和环境污染。此外,全球人口的不断增长将会导致蛋白质供应不足。通过化学催化CO_(2)还原合成甲醇等有机一碳化合物,进一步通过微生物将甲醇转化为多碳产物,是一条高效的CO_(2)固定和转化... 工业发展导致CO_(2)大量排放,加剧了全球温室效应和环境污染。此外,全球人口的不断增长将会导致蛋白质供应不足。通过化学催化CO_(2)还原合成甲醇等有机一碳化合物,进一步通过微生物将甲醇转化为多碳产物,是一条高效的CO_(2)固定和转化利用路线。因此,从原料和产品层面考虑,本文提出了利用化学-生物级联转化CO_(2)生产单细胞蛋白(single cell protein,SCP)的策略,即将CO_(2)通过化学转化生产甲醇,再进一步利用微生物细胞工厂代谢甲醇和无机铵生产SCP,SCP产品有望应用于饲料和食品工业。本文首先介绍了CO_(2)加氢可持续生产甲醇的反应过程及反应机制,总结了相关催化剂的研究进展。其次,介绍了自然界中发现的可利用甲醇的微生物及甲醇代谢途径,以及利用甲醇生产SCP的研究进展。最后,对CO_(2)化学-生物级联转化工业化制造SCP的瓶颈和解决方案进行了展望。 展开更多
关键词 一碳化工 甲醇 级联转化 单细胞蛋白 微生物细胞工厂
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紫杉醇生物合成机制研究进展 被引量：3
3
作者 刘晓楠 李静 +3 位作者 祝晓熙 徐子硕 齐健 江会锋 《合成生物学》 CSCD 北大核心 2024年第3期527-547,共21页
紫杉醇是目前已发现的最具抗癌活性的天然广谱抗癌药物之一,其生产方式主要依赖于从珍稀植物红豆杉中进行分离提取以及化学半合成,因其含量稀少,生产能力受到严重的限制。随着红豆杉基因组的全解析和合成生物学的迅速发展,通过合成生物... 紫杉醇是目前已发现的最具抗癌活性的天然广谱抗癌药物之一,其生产方式主要依赖于从珍稀植物红豆杉中进行分离提取以及化学半合成,因其含量稀少,生产能力受到严重的限制。随着红豆杉基因组的全解析和合成生物学的迅速发展,通过合成生物技术,构建重组工程细胞合成紫杉醇及其关键前体成为解决当前供需不平衡和资源有限的有效方法。本文针对紫杉醇生物合成途径解析、红豆杉组学分析、底盘细胞构建、关键前体合成、紫杉醇合成途径关键酶的改造及催化机理解析等相关研究进展开展系统性的综述,尤其对近期发表的关于氧杂环丁烷环形成的相关突破性研究进行了详细介绍,并基于相关进展探讨当前紫杉醇合成生物学研究面临的关键酶催化效率低下、产物杂泛性严重、具体反应顺序未知等技术挑战及生物合成紫杉醇关键中间体的未来前景。助力加强对紫杉醇合成通路和催化过程的理解,进一步实现紫杉醇的绿色、高效生物合成。 展开更多
关键词 紫杉醇 途径解析 P450酶 酶改造 合成生物学
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ω-氨基酸与内酰胺的生物合成研究进展 被引量：1
4
作者 刘益宁 蒲伟 +1 位作者 杨金星 王钰 《合成生物学》 CSCD 北大核心 2024年第6期1350-1366,共17页
以可再生碳资源为原料,以工程微生物为核心工具,通过生物制造的方式生产生物基材料等化学品,具有绿色、低碳的优势,已经成为目前研究的热点。ω-氨基酸是氨基和羧基分别位于支链碳链两端的一种非天然氨基酸,其自身环化的产物内酰胺是合... 以可再生碳资源为原料,以工程微生物为核心工具,通过生物制造的方式生产生物基材料等化学品,具有绿色、低碳的优势,已经成为目前研究的热点。ω-氨基酸是氨基和羧基分别位于支链碳链两端的一种非天然氨基酸,其自身环化的产物内酰胺是合成聚酰胺材料(又名尼龙)的关键单体。聚酰胺材料具有广泛的应用与巨大的市场,目前主要通过石化路线生产,生物合成路线仍处于研究阶段,但是近年来进展迅速。本文系统介绍了ω-氨基酸与内酰胺的生物合成研究进展。为合成生物基聚酰胺材料,研究者设计了ω-氨基酸的人工合成途径,挖掘了可环化ω-氨基酸合成内酰胺的关键酶,通过在微生物底盘细胞中组装合成途径,调控和优化代谢流量,开发内酰胺生物传感器并进行高通量筛选,实现了C_(4)~C_(6)的ω-氨基酸和内酰胺的生物合成。尤其以葡萄糖为原料合成戊内酰胺的产量超过70 g/L,生产强度达到约1 g/(L·h),接近可工业化的水平。最后,本文也讨论了目前ω-氨基酸与内酰胺生物合成面临的途径原子经济性低、关键环化酶限速、一碳等非粮原料开发利用不足等挑战。 展开更多
关键词 ω-氨基酸 内酰胺 聚酰胺 生物基材料 生物合成
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酶法合成(S)-3-羟基四氢呋喃
5
作者 李润通 李旭 +3 位作者 袁波 郭敬功 曲戈 孙周通 《生物学杂志》 北大核心 2025年第2期1-6,51,共7页
(S)-3-羟基四氢呋喃是一种重要的医药中间体,其化学法合成面临手性控制不好、成本高等挑战,作为替代方案,醇脱氢酶可一步催化底物二氢-3(2H)-呋喃酮的不对称还原反应,生成相应的醇产物。研究通过筛选醇脱氢酶库,获得来源于Aromatoleum a... (S)-3-羟基四氢呋喃是一种重要的医药中间体,其化学法合成面临手性控制不好、成本高等挑战,作为替代方案,醇脱氢酶可一步催化底物二氢-3(2H)-呋喃酮的不对称还原反应,生成相应的醇产物。研究通过筛选醇脱氢酶库,获得来源于Aromatoleum aromaticum EbN1的醇脱氢酶PED,能够不对称催化还原二氢-3(2H)-呋喃酮合成(S)-3-羟基四氢呋喃。通过反应条件优化,PED催化该反应的转化率>99%,催化效率(k cat/K_(m))为0.40 L/(mmol·s),产物ee值为90%,且维持较好的热稳定性(T_(m)=67℃)。通过计算分析酶关键残基与底物的相互作用,揭示了PED催化底物还原的立体选择性控制机制,即S141、Y151和Y154关键残基与底物形成氢键相互作用网络,促进形成(S)-前手性构象,辅酶NADH中氢负离子转移至羰基碳原子,将底物还原为(S)-产物。此外,放大反应实验表明PED可耐受400 mmol/L底物浓度,并可在5 h内实现完全转化。通过分离纯化,产物收率为74.7%,ee值为90%。研究挖掘到一个新颖醇脱氢酶PED,并对其酶学性能进行表征,拓展了生物法合成(S)-3-羟基四氢呋喃的酶工具箱。 展开更多
关键词 醇脱氢酶 生物催化 不对称催化还原 (S)-3-羟基四氢呋喃 辅酶再生
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电能辅助二氧化碳生物转化 被引量：2
6
作者 刘伟松 张坤城 +3 位作者 崔会娟 朱之光 张以恒 张玲玲 《合成生物学》 CSCD 2023年第6期1191-1222,共32页
CO_(2)排放带来全球性气候变化问题,为此世界各国纷纷采取了一系列减排固碳措施。我国于2020年提出“碳达峰,碳中和”发展目标,推进固碳技术发展迫在眉睫。受益于近年来合成生物学领域的迅猛发展,基于酶或微生物催化的CO_(2)生物转化研... CO_(2)排放带来全球性气候变化问题,为此世界各国纷纷采取了一系列减排固碳措施。我国于2020年提出“碳达峰,碳中和”发展目标,推进固碳技术发展迫在眉睫。受益于近年来合成生物学领域的迅猛发展,基于酶或微生物催化的CO_(2)生物转化研究在酶元件、途径和系统的人工设计改造等方面取得一系列重要进展,典型产物代表有燃料、氨基酸、淀粉、单细胞蛋白、生物塑料及其他多种生化产品。为此,CO_(2)也被认为是第三代生物原料。CO_(2)转化的关键在于外加能量活化CO_(2)分子,相比于光能、热能和化学能等,电能在成本投入和小型便捷方面优势突出,因此更受科学界和产业界青睐。CO_(2)生物转化利用电能分为两种方式,即生物直接利用电能固定CO_(2)和利用电能间接辅助CO_(2)生物转化[包括电催化CO_(2)还原、电再生辅因子(如NADH)、电解水制氢]。本文全面介绍了这两种方法在CO_(2)生物转化方面的研究进展,分析了可能的固碳机制,并讨论了不同方法的优点和缺点。此外,还提出了合成生物技术应对低效CO_(2)生物转化时的可能策略如挖掘高活性固碳酶、酶工程改造提高酶与电极之间的电子传递效率、代谢工程改造丰富固碳微生物的产物种类和提高固碳效率等,以期相关研究能真正走向实际应用,助力我国双碳目标的实现。 展开更多
关键词 CO_(2)生物转化 电催化 甲酸脱氢酶 一氧化碳脱氢酶 固碳微生物
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糖磷酸酶的挖掘及其酶学性质研究 被引量：1
7
作者 乔烨 张楠 +2 位作者 杨建花 张翠英 朱蕾蕾 《生物技术通报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期299-306,共8页
【目的】在以淀粉或糊精为底物合成具有高附加值的单糖的多酶级联反应中,利用糖磷酸酶催化发生不可逆的脱磷反应可以高效拉动整个反应朝产物生成的方向进行。本研究旨在挖掘新的糖磷酸酶并对酶学性质进行鉴定。【方法】通过基因挖掘的... 【目的】在以淀粉或糊精为底物合成具有高附加值的单糖的多酶级联反应中,利用糖磷酸酶催化发生不可逆的脱磷反应可以高效拉动整个反应朝产物生成的方向进行。本研究旨在挖掘新的糖磷酸酶并对酶学性质进行鉴定。【方法】通过基因挖掘的手段筛选得到一种来源于嗜热菌Thermoproteus sp.CIS_19的未知功能的基因TsPase具有糖磷酸酶活性,在E.coli BL21(DE3)中实现异源可溶性表达及纯化,进一步对其酶学性质进行表征。【结果】最终确定糖磷酸酶TsPase的最适反应温度是70℃,T_(m)值为(80.3±1.3)℃,最适反应pH为4,金属离子Mg^(2+)对TsPase有较强的促进作用。针对底物为塔格糖6磷酸盐的动力学常数K_(m)为(2.40±0.98)mmol/L,催化常数k_(cat)为(102.50±8.60)min^(-1)。将TsPase应用于体外多酶合成体系中,以10 g/L麦芽糊精为底物,一锅法生产D-塔格糖,反应平衡体系中D-塔格糖产量为(4.26±0.03)g/L,转化率可达42.6%±0.3%。【结论】TsPase不仅具有较好的热稳定性和活性,在体外多酶合成体系中也具有优势,这些特征在以后的理论研究及工业生产中具有一定的科学价值。 展开更多
关键词 糖磷酸酶 酶学特性 热稳定性 基因挖掘
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嗜热毁丝霉果胶酯酶MtCE12-1的克隆表达及其酶学性质和应用研究
8
作者 张曼玉 董嘉诚 +7 位作者 苟福凡 弓朝晖 刘倩 孙文良 孔臻 郝捷 王敏 田朝光 《生物技术通报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期291-300,共10页
【目的】挖潜新型果胶酯酶的酶资源,在嗜热毁丝霉(Myceliophthora thermophila)中高水平表达烟草生物质诱导显著上调的同源果胶酯酶,对其进行酶学性质研究,并探究该果胶酯酶在协同降解烟草生物质过程中的作用。【方法】利用RTqPCR的方... 【目的】挖潜新型果胶酯酶的酶资源,在嗜热毁丝霉(Myceliophthora thermophila)中高水平表达烟草生物质诱导显著上调的同源果胶酯酶,对其进行酶学性质研究,并探究该果胶酯酶在协同降解烟草生物质过程中的作用。【方法】利用RTqPCR的方法分析嗜热毁丝霉在烟草生物质中果胶酯酶MtCE12-1的表达水平,通过2A肽介导的表达筛选系统,在嗜热毁丝霉菌株ATCC 42462中高表达果胶酯酶基因Mtce12-1,对高活性的阳性转化子进行产酶培养和蛋白纯化,表征了果胶酯酶MtCE12-1的酶学性质;以两种烟草生物质烟草压棒和烟草梗丝为底物,通过检测纤维素的剩余含量,分析了与纤维素酶的协同作用效果。【结果】与葡萄糖培养条件相比较,烟草生物质条件下果胶酯酶基因Mtce12-1的转录水平显著上调109-110倍,SDS-PAGE电泳分析、拷贝数和Western检测显示,重组蛋白MtCE12-1成功进行了表达和分泌,表达水平达到464.08 U/mL。该酶在75℃、pH 8.0时表现出最佳酶活力,在50-85℃和pH 7.0-9.0的范围内表现出较好的酶活力,具有良好的热稳定性。将100-300μg的MtCE12-1添加至降解体系后,烟草生物质中纤维素降解效率分别提高了18.5%-30.7%和14.6%-30.5%。【结论】用2A肽介导的表达系统在嗜热毁丝霉中可以高效表达和纯化制备目标蛋白,碱性果胶酯酶MtCE12-1不仅具有良好的温度稳定性,在烟草生物质降解过程中也具有突出的作用效果,为烟草工业生产应用提供了潜在的优质酶资源。 展开更多
关键词 嗜热毁丝霉 果胶酯酶 基因表达 酶学性质 烟草生物质
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多基因同步调控结合高通量筛选构建高产L-苯丙氨酸的谷氨酸棒杆菌工程菌株 被引量：2
9
作者 薛宁 王瑾 +5 位作者 李世新 刘叶 程海娇 张玥 毛雨丰 王猛 《生物技术通报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期268-280,共13页
L-苯丙氨酸(L-Phe)是重要的食品及医药中间体,但由于其生物合成途径较长且调控机制复杂,仅依靠质粒或者周期漫长的基因组逐轮改造,难以实现各个模块之间的通量平衡,在一定程度上限制了其产量的进一步提升。本研究将L-Phe生物合成途径中... L-苯丙氨酸(L-Phe)是重要的食品及医药中间体,但由于其生物合成途径较长且调控机制复杂,仅依靠质粒或者周期漫长的基因组逐轮改造,难以实现各个模块之间的通量平衡,在一定程度上限制了其产量的进一步提升。本研究将L-Phe生物合成途径中的7个携带组成型启动子PF11及核糖体结合位点(ribosome binding site,RBS)为GGGGGGGG的关键基因ppsA、tktA、aroF^(fbr)、aroE、aroL、pheA^(fbr)和tyrB,整合到谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)的基因组中;利用课题组前期研发的基于CRISPR/Cas系统和胞苷脱氨酶的无模板基因表达调控技术(base editor-targeted and template-free expression regulation,BETTER),对每个关键基因的RBS进行同步编辑,生成富含G/A的RBS突变文库;利用前期开发的荧光蛋白型L-Phe生物传感器结合液滴微流控系统(droplet microfluidics)对RBS突变文库进行高通量筛选。最终,从大约7万个RBS突变文库中筛选到4株L-Phe产量提升不同程度的突变菌株,其72 h摇瓶发酵产量分别为2.06、1.30、4.42和7.44 mmol/L,相比对照菌株C.g-2(0.6 mmol/L)分别提高了2.43、1.17、6.37、11.40倍。利用碱基编辑器同时调节多基因的表达水平并筛选组合文库,可以为L-Phe工程育种提供一种可行策略。 展开更多
关键词 多基因同步调控 碱基编辑技术 L-苯丙氨酸 谷氨酸棒杆菌 代谢工程改造 高通量筛选 液滴微流控 生物传感器
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代谢工程改造大肠杆菌生产氢咕啉酸 被引量：1
10
作者 董宁 房欢 +4 位作者 赵莹 姜平涛 赵江华 张同存 张大伟 《食品与发酵工业》 CAS CSCD 北大核心 2023年第19期44-52,共9页
维生素B_(12)是唯一含有金属离子的维生素,其合成途径尤为复杂。大肠杆菌工程菌是生成维生素B_(12)的新菌种。氢咕啉酸作为维生素B_(12)合成途径重要的稳定中间体,通过代谢工程提高大肠杆菌氢咕啉酸的产量具有重要意义。经过不同宿主的... 维生素B_(12)是唯一含有金属离子的维生素,其合成途径尤为复杂。大肠杆菌工程菌是生成维生素B_(12)的新菌种。氢咕啉酸作为维生素B_(12)合成途径重要的稳定中间体,通过代谢工程提高大肠杆菌氢咕啉酸的产量具有重要意义。经过不同宿主的对比发现BW25113(DE3)是生产氢咕啉酸的合适宿主。利用CRISPR/Cas9介导的基因组编辑技术将氢咕啉酸生物合成基因在染色体上表达,氢咕啉酸产量提高12倍,达到6.38 mg/L。增加前体尿卟啉原Ⅲ供应,氢咕啉酸产量再次提高,达到11.61 mg/L。敲除ackA-pta对氢咕啉酸产量提高没有效果。经过引入运动发酵假单胞菌来源的Entner-Doudoroff途径提高还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)水平,1株无抗菌株的氢咕啉酸产量提高到14.60 mg/L。该研究为大肠杆菌高效生产维生素B_(12)奠定了基础。 展开更多
关键词 氢咕啉酸 大肠杆菌 适配筛选 代谢工程 Entner-Doudoroff途径
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