• 2023年第39卷第11期文章目次
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      2023, 39(11):0-0.

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      2023, 39(11):0-0.

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      摘要:

    • >导读
    • 导读

      2023, 39(11):4331-4334. DOI: 10.13345/j.cjb.230651

      摘要 (184) HTML (280) PDF 378.94 K (640) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >特邀综述
    • 生物活性物的生物制造:现状、挑战和发展趋势

      2023, 39(11):4335-4357. DOI: 10.13345/j.cjb.230334

      摘要 (521) HTML (3696) PDF 786.70 K (2282) 评论 (0) 收藏

      摘要:生物活性物的生物制造是指利用包括细胞、微生物和酶在内的生物系统生产具有生物活性的天然或合成分子的过程。这些分子可用于制药、化妆品、农业和食品工业等领域,对提高生命质量、延长生命长度具有重要意义。在合成生物学和自动化等技术的推动下,生物制造领域迅速发展,为创造新产品和替代传统产品提供了绿色可持续的生产模式,为生物经济的增长、创新作出了重要贡献。本文结合生物活性物研发及生产情况,简要梳理并分析了国内外生物活性物的现有市场和未来发展。生物制造作为一种绿色、可持续的生产方式,将在生物经济发展中持续发挥重要作用。

    • >综述
    • 酵母表面展示技术应用的最新进展

      2023, 39(11):4358-4375. DOI: 10.13345/j.cjb.230085

      摘要 (726) HTML (1176) PDF 776.95 K (1771) 评论 (0) 收藏

      摘要:酵母表面展示(yeast surface display, YSD)技术是一种将外源靶蛋白基因序列与特定的载体基因序列融合后导入酵母细胞,利用酵母细胞内蛋白转运机制将靶蛋白表达并定位于酵母细胞表面的技术,最常用的是α-凝集素表达系统。酵母细胞具有真核细胞翻译后修饰机制,能够帮助目的蛋白正确折叠,可以用来展示各种真核蛋白,包括抗体、受体、酶和抗原肽等。酵母表面展示技术已成为生物技术和生物医学领域的强大蛋白质工程工具,结合流式细胞分选可用于改善蛋白质性质,包括亲和力、特异性、酶功能和稳定性等。本文从文库构建与筛选、抗体工程、蛋白质工程、酶工程和疫苗开发等方面对酵母表面展示技术应用最新进展进行了综述。

    • 毕赤酵母细胞工厂工程化改造与应用

      2023, 39(11):4376-4396. DOI: 10.13345/j.cjb.230095

      摘要 (374) HTML (870) PDF 910.17 K (1129) 评论 (0) 收藏

      摘要:毕赤酵母作为细胞工厂在小分子代谢产物发酵和蛋白制品生物合成中扮演着重要角色,具有极其重要的工业应用价值。随着CRISPR/Cas9等新型编辑工具的开发和应用,对毕赤酵母细胞工厂进行多基因高效率的工程化改造已成为可能。本文首先对毕赤酵母工程化改造的遗传操作技术和目标方向进行了归纳总结,其次介绍了毕赤酵母作为细胞工厂的应用现状,同时探讨了毕赤酵母细胞工厂的优点及缺陷,并对其发展方向作出展望;以期为未来的毕赤酵母工程化改造研究提供参考和启示,推动毕赤酵母细胞工厂在生物产业中的创新应用。

    • 单酰基甘油脂肪酶的共价小分子抑制剂的研究进展

      2023, 39(11):4397-4412. DOI: 10.13345/j.cjb.230143

      摘要 (272) HTML (677) PDF 725.25 K (2996) 评论 (0) 收藏

      摘要:单酰基甘油脂肪酶(monoacylglycerol lipase, MGL)是一种丝氨酸水解酶,在降解内源性大麻素2-花生四烯酸甘油(2-arachidonoylglycerol, 2-AG)中起主要作用。MGL在部分癌症中的作用已经得到证实,抑制MGL的活性显示出对癌细胞增殖的抑制,这也使MGL成为治疗癌症的一种有前途的新药靶点。目前,MGL的共价抑制剂研发进展较快,此类药物的共价结合能力强,具有高亲合力、持续时间长、剂量低和耐药风险低等特点,因而备受科研人员的关注。本文介绍了MGL的结构功能、共价MGL抑制剂的特点、机制及进展,为新型MGL共价小分子抑制剂的开发提供了参考。

    • 多聚磷酸激酶及其在ATP再生体系构建中的进展

      2023, 39(11):4413-4427. DOI: 10.13345/j.cjb.230290

      摘要 (418) HTML (595) PDF 1.19 M (1653) 评论 (0) 收藏

      摘要:构建高效的腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate, ATP)再生体系可显著提高生物催化磷酸基团转移反应的效率。多聚磷酸激酶(poly phosphate kinase, PPK)能利用来源广、廉价且稳定的多聚磷酸(polyphosphate, Poly P)盐作为磷酸基供体,能够实现单磷酸腺苷(adenosine monophosphate, AMP)、二磷酸腺苷(adenosine diphosphate, ADP)、ATP、Poly P之间磷酸基的高效定向转移,已成为构建ATP再生体系的首选。本文介绍了不同类型PPK的结构特征、相关催化机制以及不同来源的PPK在酶活、催化效率、稳定性和底物偏好性的特征差异;归纳和列举了针对野生PPK酶学性质不足进行分子改造的实例,并对PPK在ATP再生体系构建的研究进展进行了总结。

    • 辅因子S-腺苷-L-甲硫氨酸甲基类似物及其应用

      2023, 39(11):4428-4444. DOI: 10.13345/j.cjb.230271

      摘要 (251) HTML (888) PDF 1.12 M (978) 评论 (0) 收藏

      摘要:甲基化在生物学过程中发挥着重要作用。S-腺苷-L-甲硫氨酸(S-adenosyl-L-methionine, SAM)作为一种广泛存在于生命体中的辅因子,是大多数生物甲基化反应的甲基供体。SAM依赖型甲基转移酶(methyltransferases, MTase)通过将甲基从SAM分子特异性转移到底物,从而改变底物分子的各种理化性质和生物活性。近年来,许多具有替代甲基取代基的SAM类似物被合成并应用于甲基转移酶,以将不同修饰的基团特异性地转移到甲基转移酶的底物上,从而引入标记官能团或者新的烷基修饰。本文主要综述了近年来该领域不同SAM甲基类似物在合成和应用方面取得的进展,并对这一领域未来的研究方向进行展望。

    • 聚对苯二甲酸乙二醇酯生物降解的研究进展

      2023, 39(11):4445-4462. DOI: 10.13345/j.cjb.230215

      摘要 (886) HTML (836) PDF 823.66 K (903) 评论 (0) 收藏

      摘要:塑料广泛存在于人类的日常生活中,在给人们生活带来便利的同时,大量塑料废物也给环境带来很大压力。聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate, PET)是一种以石油为原料的高分子热塑性材料,因其具有耐用、透明度高、重量轻等特性,已成为世界上使用最广泛的塑料之一。由于PET具有结构复杂以及难降解的特性,可在自然界中长期存在,不仅对全球生态环境造成严重的污染,而且已经威胁到人类健康。如何对PET废弃物进行降解已成为全球的难题之一,相较于物理法和化学法,生物降解法是目前处理PET废弃物最为绿色环保的方法。本文分别介绍了微生物和生物酶对PET生物降解的研究现状、PET的生物降解途径、PET生物降解机制以及PET降解酶的分子改造等方面的研究,并对如何实现PET的高效降解、寻找和改造可降解高结晶度PET的微生物或酶进行展望,为PET的生物降解微生物或酶的有效开发应用提供理论依据。

    • 肠道微生物资源库的构建:进展、方法和展望

      2023, 39(11):4463-4481. DOI: 10.13345/j.cjb.230026

      摘要 (383) HTML (523) PDF 679.78 K (1458) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于肠道微生物组的活体药物(live biotherapeutics, LBPs)开发、菌株与宿主互作的分子机制研究及新型抗菌肽、酶、代谢途径的挖掘使得肠道微生物资源库的构建成为必然。本文对近年来国内外不同研究团队肠道微生物资源库构建进行系统比较,分析了不同构建方法间的差异,以期为国内外不同研究者在构建和丰富现有肠道微生物资源库方面提供帮助。目前,肠道微生物资源库共有1 000多种肠道细菌,分属于12个门、22个纲、39个目、96个科和358个属,厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidota)、放线菌门(Actinomycetota)菌株最多。测序结果显示人肠道细菌物种丰富度在2 000左右,因此目前分离到的菌株远未达到饱和。在构建方法上,一般对粪便样本进行或不进行乙醇处理,使用非选择性培养基(以Gifu厌氧培养基为代表)进行涂布分离培养,最后进行纯化培养。使用较为简单的培养方法即可培养得到多数常见的重要肠道微生物类目,如双歧-乳杆菌属(Lactobacillus-bifidobacteria)菌株、阿克曼氏菌(Akkermansia muciniphila)、普拉梭菌(Faecalibacterium prausnitzii)、普雷沃氏菌属(Prevotella)及S24-7科菌株等。为满足功能研究和产品开发的需要,肠道微生物菌种资源库的样本来源应该进一步覆盖更多地域和生活习惯、疾病及健康状态具有显著差异的人群,从而进一步丰富肠道关键物种的菌株多样性。

    • 人源溶菌酶结构与功能的研究进展

      2023, 39(11):4482-4496. DOI: 10.13345/j.cjb.230241

      摘要 (206) HTML (708) PDF 816.49 K (1704) 评论 (0) 收藏

      摘要:人溶菌酶是一类人体内天然存在的能够溶解细菌细胞壁的碱性蛋白的总称。其作用特征是能够裂解肽聚糖中的N-乙酰氨基葡萄糖与N-乙酰氨基甲酸之间的β-(1,4)-糖苷键。人溶菌酶具有抗菌、抗炎、抗病毒和增强免疫力等多种特性,因此在国内外市场上应用广泛。本文就人溶菌酶的结构特点、表达部位、功能表达以及应用情况进行综述。

    • 放线菌环二肽类活性天然产物生物合成研究进展

      2023, 39(11):4497-4516. DOI: 10.13345/j.cjb.230068

      摘要 (203) HTML (563) PDF 1.60 M (884) 评论 (0) 收藏

      摘要:环二肽(cyclodipeptide, CDP)是一类由2个α-氨基酸缩合而成的最小环肽分子,也可称为二酮哌嗪类化合物(diketopiperazines, DKPs)。CDP具有稳定的DKP环状骨架结构,活性广泛而显著,药用前景良好,发掘意义重大。放线菌是重要的CDP生产菌,同时具有非核糖体肽合成酶(nonribosomal peptide synthetase, NRPS)与环二肽合酶(cyclodipeptide synthase, CDPS)两种DKP骨架合成催化酶,并从中发现多种骨架结构修饰酶,研究开发价值巨大。本文系统介绍了放线菌CDP类活性化合物的DKP骨架合成途径及其结构修饰机制两方面的研究工作,以期为新型CDP类天然产物的发掘、新颖CDP分子生物合成机制的阐明及合成生物学设计与应用等领域的研究与实践提供参考。

    • 厌氧颗粒污泥微生物群落结构与功能的研究进展

      2023, 39(11):4517-4533. DOI: 10.13345/j.cjb.230219

      摘要 (274) HTML (646) PDF 917.68 K (1008) 评论 (0) 收藏

      摘要:厌氧颗粒污泥(anaerobic granular sludge, AnGS)是由多种功能微生物组成的自固定化聚集体,具有容积负荷高、工艺简单、剩余污泥产量低等优点,在废水处理领域中显示出巨大的技术和经济潜力,被认为是一种很有前景的低碳废水处理工艺。本文系统总结了近年来厌氧颗粒污泥微生物结构和功能的研究成果,从微生物学角度讨论了厌氧颗粒污泥形成及稳定的影响因素,并对今后厌氧颗粒污泥的研究进行了展望,以期为后续厌氧颗粒污泥技术的深入研究和实际工程应用提供参考。

    • Ⅳ型菌毛可视化方法及其在菌毛功能研究中的应用

      2023, 39(11):4534-4549. DOI: 10.13345/j.cjb.230082

      摘要 (302) HTML (654) PDF 874.47 K (963) 评论 (0) 收藏

      摘要:IV型菌毛(type IV pili, TFP)作为细菌表面的重要蛋白结构,是细菌的感知器官及运动器官,在细菌生理学、细胞黏附、宿主细胞入侵、DNA摄取、蛋白质分泌、生物被膜形成、细胞运动和电子传递等方面发挥着多种作用。近年来,随着研究方法的深入和技术设备的发展,尤其是随着多种菌毛可视化工具的开发,越来越多的研究揭示了它在生命活动中的各种功能,大大加快了微生物单细胞领域的研究步伐。本文重点讨论了TFP可视化方法及在菌毛功能研究中的应用,为更好地研究和利用TFP功能提供更多的思路,为其未来在生物学、医学以及生态学中的应用提供一定的理论基础。

    • >工业生物技术
    • 分枝杆菌HGMS2甾醇降解中新C-23代谢产物的鉴定及其代谢途径分析

      2023, 39(11):4550-4562. DOI: 10.13345/j.cjb.230177

      摘要 (187) HTML (566) PDF 1.16 M (876) 评论 (0) 收藏

      摘要:新金分枝杆菌(Mycobacterium neoaurum)通过敲除羟酰基辅酶A脱氢酶(hydroxyacyl-CoA dehydrogenase, Hsd4A)或酰基辅酶A硫解酶(acyl-CoA thiolase, FadA5)基因来生产22-羟基-23,24-双降甾-4-烯-3-酮(22-hydroxy-23,24-bisnorchol-4-en-3-one, BA)甾体类药物中间体来受到广泛关注。本实验室前期发现,敲除fadA5基因后,发酵产物中出现了一种新的代谢产物。本研究通过对该物质的结构鉴定、fadA5基因的蛋白同源序列比对、M. neoaurum HGMS2的系统发育树分析和基因敲除等手段探究该物质的代谢途径。结果表明该物质为C23类代谢中间体,即24-norchol-4-ene-3,22-dione (将其命名为3-OPD)。该物质是通过硫酯酶(thioesterase, TE)催化3,22-dioxo-25,26-bisnorchol-4-ene-24-oyl CoA (22-O-BNC-CoA)生成侧链为β-酮酸结构的物质后通过生物体的自动脱羧反应生成的。这些结果对开发新的甾类中间体有重要价值。

    • 莱茵衣藻丝/苏氨酸蛋白激酶突变株蓝光响应的表征

      2023, 39(11):4563-4579. DOI: 10.13345/j.cjb.230185

      摘要 (141) HTML (481) PDF 1.32 M (776) 评论 (0) 收藏

      摘要:

      eee) 为研究莱茵衣藻丝/苏氨酸蛋白激酶(silk/threonine protein kinase, STK)介导藻细胞蓝光响应的分子机制,本文对蓝光胁迫下莱茵衣藻STK突变株系crstk11 (AphvIII盒反向插入stk11基因编码区)进行表型鉴定及转录组分析。表型鉴定显示,正常光(白光)下,野生型株CC5325与突变株crstk11的生长和色素含量差异较小;蓝光抑制了crstk11藻细胞生长和叶绿素合成,但显著促进类胡萝卜素积累。转录组分析显示,蓝光处理4 d,突变株(STK4) vs.野生型(wild type, WT4)共检测到差异表达基因(differential expression genes, DEGs) 860条(559个上调,301个下调)。高蓝光处理8 d,STK8 vs. WT8共获得1 088个DEGs (468个上调,620个下调)。KEGG富集分析发现,与CC5325相比,crstk11蓝光响应基因主要参与胞内光合作用催化活性、碳代谢和色素合成等。其中,上调基因包括psaApsaBpsaCpsbApsbBpsbCpsbDpsbHpsbLpetApetBpetD,以及编码ATP合成酶α、β和c亚基的基因。下调基因有petFpetJ等。研究揭示了莱茵衣藻蛋白激酶CrSTK11可能通过介导光合作用、色素合成和碳代谢参与藻细胞蓝光响应,这为深入解析藻类光胁迫抗性机制提供了新知识。

    • 多次补氮和增强蓝光促进三角褐指藻积累岩藻黄素

      2023, 39(11):4580-4592. DOI: 10.13345/j.cjb.230192

      摘要 (185) HTML (513) PDF 1.01 M (733) 评论 (0) 收藏

      摘要:本研究旨在优化多次补氮和增强蓝光模式,以促进光发酵三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)积累岩藻黄素。结果表明,在摇瓶中将含有胰蛋白胨和尿素的混合氮源(1:1,N mol/N mol;总氮浓度为0.02 mol/L)分6次加入培养系统是最佳的多次补氮模式;在5 L发酵罐中实施两阶段调光模式培养,在第二阶段增强蓝光(R:G:B=67.1:16.7:16.3)后,细胞密度、生物量生产率以及岩藻黄素的含量、产量和生产率分别达到1.12×108 cells/mL、330 mg/(d·L)、19.62 mg/g、69.71 mg/L和6.97 mg/(d·L)。与红蓝光(R:G:B=70.9:18.3:10.9)下分6次补氮的一阶段培养相比,岩藻黄素含量显著提高了7.68% (P<0.05),但生产率无显著差异(P>0.05);与红蓝光(R:G:B=70.9:18.3:10.9)下一次性加入氮源的一阶段培养相比,岩藻黄素含量和生产率显著提高了45.98%和48.30% (P<0.05)。因此,本研究开发的多次补氮和增强蓝光的两阶段培养模式,有效促进了岩藻黄素积累、提高了氮源利用效率,为三角褐指藻光发酵生产岩藻黄素提供了新技术支撑。

    • 黑曲霉β-木糖苷酶An-xyl的重组表达与木糖耐受性表征

      2023, 39(11):4593-4607. DOI: 10.13345/j.cjb.230206

      摘要 (200) HTML (446) PDF 1.11 M (642) 评论 (0) 收藏

      摘要:β-木糖苷酶催化低聚木糖水解在木质纤维素降解中起重要作用,但该酶活性易被产物木糖抑制,严重限制了其应用。基于分子对接,本文研究了茶梗发酵培养基差异表达显著的黑曲霉(Aspergillus niger) β-木糖苷酶An-xyl与木糖的亲和性,并对其进行克隆表达和性质表征,进一步探讨了该酶与纤维素酶对茶梗中木质纤维素的降解作用。分子对接结果表明,An-xyl与木糖的亲和性低于木糖耐受性较差的米曲霉β-木糖苷酶xylA。重组表达的An-xyl木糖抑制常数Ki值为433.2 mmol/L,与同为GH3家族的β-木糖苷酶相比木糖耐受性较高。以pNPX为底物时,KmVmax分别为3.6 mmol/L和10 000 μmol/(min·mL)。An-xyl最适温度65 °C,最适pH 4.0,65 °C处理300 min能保持约61%的酶活力,在pH 2.0-8.0的范围内处理24 h后酶活力仍能维持80%左右。添加An-xyl与纤维素酶共同水解茶梗,反应2 h和4 h产生还原糖含量比单独使用纤维素酶水解分别提高了19.3%和38.6%。本研究表明,通过差异表达挖掘的An-xyl具有高木糖耐受性和较好的催化活性和稳定性,可协同作用水解茶梗类木质纤维素,丰富了具有高木糖耐受性β-木糖苷酶的资源,为其应用提供了实验依据。

    • 电子传递链的适配提高孕酮17α羟基化生物催化效率

      2023, 39(11):4608-4620. DOI: 10.13345/j.cjb.230283

      摘要 (155) HTML (514) PDF 805.42 K (805) 评论 (0) 收藏

      摘要:17α羟化酶是转化孕酮制备各种孕激素药物中间体的关键酶。为提高该酶在生物催化中的特异性羟基化能力,本研究将来源于纤维素黏性细菌(Sorangium cellulosum) Soce56的羟化酶CYP260A1与大肠杆菌(Escherichia coli) K-12来源的Fpr和牛肾上腺来源的Adx4-108组建成新的电子传递系统,用于孕酮的生物转化。通过对CYP260A1进行选择性突变,获得17α羟化酶活性显著提高的突变体S276I,经体外催化体系的优化设计,使17α-OH孕酮的产率达到58%。此外,利用定点突变技术探究铁氧还蛋白Adx4-108的模拟磷酸化对17α羟化酶活性的影响,结果显示,突变体Adx4-108T69E向S276I传递电子,进一步增强了对孕酮C17位的特异性,17α-OH孕酮的产率最终提高到74%。本研究为细菌来源的17α羟化酶特异性转化生产17α-OH孕酮提供了新的方案,为孕激素类药物在工业上利用生物转化法生产奠定了理论基础。

    • 多细胞耦合转化N-乙酰氨基葡萄糖和乳糖生产唾液酸乳糖

      2023, 39(11):4621-4634. DOI: 10.13345/j.cjb.230152

      摘要 (251) HTML (485) PDF 1.09 M (875) 评论 (0) 收藏

      摘要:唾液酸乳糖是母乳寡糖(human milk oligosaccharides, HMOs)中含量最丰富的唾液酸化低聚糖之一,对婴幼儿的健康发育有重要作用,但是其目前缺乏高效、廉价的生产工艺。针对该问题,本研究建立了多菌株两步法耦合生物合成唾液酸乳糖方法。第一步构建2株工程菌,大肠杆菌JM109(DE3)/pET28a-BT0453和JM109(DE3)/pET28a-nanA,用于耦合合成中间产物N-乙酰神经氨酸,在2株工程菌株细胞生物量比为1:1,反应时间为32 h的条件下,得到的N-乙酰神经氨酸最高产量为20.4 g/L。第二步向上述发酵液中添加大肠杆菌JM109(DE3)/pET28a-neuA、JM109(DE3)/ pET28a-nst和面包酵母,通过三菌株耦合发酵合成3ʹ-唾液酸乳糖(3ʹ-sialyllactose, 3ʹ-SL)。在底物N-乙酰氨基葡萄糖、乳糖浓度均为200 mmol/L,面包酵母细胞生物量为150 g/L,辅因子Mg2+浓度为20 mmol/L的优化条件下,发酵24 h,发酵液中3ʹ-唾液酸乳糖的最高产量达到55.04 g/L,底物N-乙酰氨基葡萄糖的转化率为43.47%。研究结果为低成本生产3ʹ-唾液酸乳糖提供了一条新的技术路线。

    • >合成生物技术
    • 黄酮6位羟基化酶催化机制的理论研究与应用

      2023, 39(11):4635-4646. DOI: 10.13345/j.cjb.230224

      摘要 (216) HTML (523) PDF 1.01 M (705) 评论 (0) 收藏

      摘要:灯盏乙素发酵生产过程中,黄酮6位羟基化酶催化效率不足,导致产生至少约18%的副产物。本研究以2种黄酮6位羟基化酶CYP82D4与CYP706X为研究目标,通过分子动力学模拟与量子化学计算,对两种黄酮6位羟基化酶的催化机制进行解析。结果表明,CYP82D4与CYP706X在反应决速步的能垒几乎相同,应当具有相似的反应速率,而CYP82D4相对较小的底物结合能可能有利于产物释放,是其具有更高催化效率的直接原因。最后,基于对底物进出过程的研究,CYP82D4的L540A突变将催化效率提高了1.37倍,证明了理论计算指导黄酮6位羟基化酶改造优化的可行性。本研究揭示了黄酮6位羟化酶的催化机制,为对其进行改造优化以提高灯盏乙素的发酵生产效率提供了参考。

    • 代谢工程改造酿酒酵母合成柠檬烯及其衍生物

      2023, 39(11):4647-4662. DOI: 10.13345/j.cjb.230181

      摘要 (336) HTML (378) PDF 942.77 K (817) 评论 (0) 收藏

      摘要:柠檬烯及其衍生物紫苏酸作为重要的生物活性天然产物,广泛应用于食品、化妆品、保健品和医药等行业。然而,低效率的植物提取与高能耗的化工合成限制了柠檬烯和紫苏酸的工业合成。本研究在酿酒酵母中通过过氧化物酶体区室化表达绿薄荷来源的柠檬烯合酶,构建获得重组菌株,柠檬烯产量为0.038 mg/L。采用模块化工程分步表达参与柠檬烯合成的基因ERG10ERG13tHMGRERG12ERG8IDI1MVD1ERG20ww以及tLS,以研究其对柠檬烯产量的影响。通过增加前体模块,柠檬烯产量增加至1.14 mg/L。采用高拷贝数的质粒表达上述关键基因,柠檬烯的产量显著提高,达到86.74 mg/L,提高至初始菌株产量的4 337倍。以构建的柠檬烯生产菌株为出发菌株,通过表达丹参来源的细胞色素P450酶基因,实现了紫苏酸的生成,其产量达4.42 mg/L,为利用酿酒酵母构建高产单萜类天然产物的细胞工厂奠定了基础。

    • >环境生物技术
    • 不动杆菌Acinetobacter sp. TAC-1利用聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)的碳代谢机理

      2023, 39(11):4663-4681. DOI: 10.13345/j.cjb.230120

      摘要 (202) HTML (451) PDF 1.96 M (669) 评论 (0) 收藏

      摘要:为阐明异养硝化-好氧反硝化(heterotrophic nitrification-aerobic denitrification, HN-AD)菌株不动杆菌(Acinetobacter sp.) TAC-1利用聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯) [poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate), PHBV]的碳代谢途径,以乙酸钠(sodium acetate, SOA)为对照,考察TAC-1菌株基因水平上存在的碳水化合物代谢通路。全基因组测序结果表明,TAC-1菌株中存在gltAicdsucABacspckA等碳水化合物代谢酶编码基因;KEGG通路数据库注释进一步证实TAC-1菌株存在糖酵解途径(glycolytic pathway, EMP)、磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway, PPP)、乙醛酸循环(glyoxylate cycle, GAC)和三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle, TCA cycle)等碳水化合物代谢通路;不同碳源的代谢物差异表达,进一步证实TAC-1菌利用PHBV的碳代谢途径为:PHBV (通过磷酸戊糖途径)→葡萄糖酸盐(通过糖酵解途径)→乙酰辅酶A (进入三羧酸循环)→CO2+H2O (产生电子供体并释放能量)。本研究有望为基于HN-AD和固体碳源的脱氮新工艺的开发和应用提供理论依据。

    • >食品生物技术
    • 类芽孢杆菌来源D-甘露醇氧化酶的性质及制备D-甘露糖的应用

      2023, 39(11):4682-4693. DOI: 10.13345/j.cjb.230078

      摘要 (222) HTML (768) PDF 819.29 K (715) 评论 (0) 收藏

      摘要:D-甘露糖具有多种功能活性,在食品、医药、农业等行业应用广泛。D-甘露醇氧化酶可以高效地将D-甘露醇转化为D-甘露糖,在D-甘露糖的酶法制备中具有应用潜力。从类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.) HGF5中发掘出一个D-甘露醇氧化酶(PsOX),与天蓝链霉菌(Streptomyces coelicolor)来源的D-甘露醇氧化酶(AldO)氨基酸序列相似性为50.94%,分子量约为47.4 kDa,构建了重组表达质粒pET-28a-PsOX并在大肠杆菌BL21(DE3)中表达,PsOX对D-甘露醇的Kmkcat/Km值分别为5.6 mmol/L、0.68 L/(s∙mmol),最适pH和温度分别为7.0和35 ℃,在60 ℃以下保持稳定。PsOX对400 mmol/L D-甘露醇的摩尔转化率为95.2%。利用PsOX与AldO全细胞分别催化73 g/L D-甘露醇,PsOX反应9 h后反应完全,生成70 g/L D-甘露糖,相较于AldO具有更高的催化效率。PsOX作为新型D-甘露糖氧化酶为D-甘露糖的酶法制备提供了依据。

    • 嗜酸古菌Cuniculiplasma divulgatum来源的GH1家族中温β-葡萄糖苷酶CdBglA的原核表达及酶学性质分析

      2023, 39(11):4694-4707. DOI: 10.13345/j.cjb.230302

      摘要 (218) HTML (619) PDF 1.60 M (617) 评论 (0) 收藏

      摘要:β-葡萄糖苷酶在食品、医药、生物质转化等领域具有重要的应用价值,因此发掘适应性强、性质优良的β-葡萄糖苷酶是国内外研究的热点。本文对尚未报道的来源于嗜酸古菌(Cuniculiplasma divulgatum) GH1家族的葡萄糖苷酶进行了克隆表达和酶学性质测定,以期找到更优的β-葡萄糖苷酶。从NCBI数据库中获取了C. divulgatum来源的GH1葡萄糖苷酶氨基酸序列,然后制备重组质粒pET-30a(+)-CdBglA,并在大肠杆菌BL21(DE3)中诱导表达重组蛋白,对纯化后的CdBglA进行酶学性质研究。结果发现,重组酶CdBglA的分子量为56.0 kDa,最适pH为5.5,最适温度为55 ℃。该酶具有良好的pH稳定性,在pH 5.5-11.0范围内处理1 h,仍维持92.33%以上的酶活力。以pNPG为底物时的酶促反应动力学参数KmVmaxKcat/Km分别为0.81 mmol、291.99 μmol/(mg·min)和387.50 s-1 mmol-1。其在终浓度5 mmol/L重金属离子的影响下均能保持90.33%以上的酶活力;在15%的乙醇溶液中酶活力被提高了28.67%,在20%的乙醇溶液中酶活力保持不变,在30%的乙醇溶液中仍保持43.68%的酶活力;该酶在0-1.5 mol/L的NaCl溶液中具有明显的激活作用并且可以耐受0.8 mol/L葡萄糖。本研究表明,CdBglA是酸性中温酶,具有宽泛的pH稳定性,且对大部分金属离子、有机溶剂、NaCl和葡萄糖都具有很强的耐受性。这些特征在以后的理论研究及在工业生产中具有一定的科学价值。

    • >生物技术与方法
    • 双磁珠法质粒DNA提取技术及应用

      2023, 39(11):4708-4717. DOI: 10.13345/j.cjb.230277

      摘要 (332) HTML (413) PDF 810.83 K (2094) 评论 (0) 收藏

      摘要:质粒是基因合成与测序领域中使用最为频繁的基因运载工具,然而传统的质粒DNA提取方法面临提取通量低、生产成本高等问题,无法满足日益增长的需求。本研究基于质粒提取原理,开发了双磁珠法(double-magnetic-bead method, DMBM)质粒提取技术,探究了磁珠投入量、质粒DNA片段大小、菌液投入量等因素对质粒提取的影响,并且对比了本技术与商业化质粒DNA提取试剂盒提取DNA质量、提取通量及提取成本。结果表明,双磁珠法质粒DNA提取技术可满足不同细胞密度、不同片段长度的质粒DNA提取。此外,该技术搭载96通道全自动核酸提取仪,提取的质粒DNA纯度更高、提取时间缩短80%、提取成本缩减57.1%,从而实现了质粒DNA提取的高通量、低成本,有效助力基因合成与测序。

    • >高校生物学教学
    • 基于学科交叉实施生命科学基础类课程教学改革

      2023, 39(11):4718-4729. DOI: 10.13345/j.cjb.230205

      摘要 (161) HTML (390) PDF 864.80 K (695) 评论 (0) 收藏

      摘要:“生命科学基础”等生物学通识课程是了解生命科学研究方向和培养生命科学研究兴趣的重要窗口,基于学科交叉实施生命科学基础类课程教学模式改革,培养具有生物学交叉应用能力的复合型人才,对于推动我国生物经济快速发展至关重要。简单的学科叠加式教学方法已经难以让学生发现学科交叉的乐趣,为此,立足于北京理工大学理工类学科特色,针对“生命科学基础”课程,设计理工交叉的教学内容体系,进行理工特色的教学模式创新。围绕基础知识内容,设计专业背景导向的交叉教学内容,通过多学科、多元知识点的衔接转化,构建符合学生身心发展特色的教学体系。设计差异化的交叉教学模式,通过“1+N”混合沉浸式交叉思维训练,提升基本科学素养和交叉思辨能力。基于“教学中”和“教学后”数据模型反馈,评估个性化和精准化交叉教学的培养效果,推动交叉教学过程的循证式优化,进而提升生物交叉学科的课程智教能力。

    • 生物工程专业校企协同人才培养模式的创新与实践

      2023, 39(11):4730-4741. DOI: 10.13345/j.cjb.230112

      摘要 (173) HTML (648) PDF 617.96 K (581) 评论 (0) 收藏

      摘要:伴随着我国生物工程相关行业的高质量发展,与之相关的人才需求及培养质量也受到广泛关注。为解决高校生物工程专业人才培养工作未能紧密契合行业企业所需等方面的不足,切实发挥专业特色,有效深化校企合作,促使专业建设与产业发展相适应,南京多所高校生物工程专业围绕培养“品行正、学习好、能力强”人才,立足学科比较优势,大力推行并持续优化校企协同人才培养模式,突出科产教融合,注重创新教育教学方法、提质工程实践教育。前期育人成效表明,该模式提升了学生的工程实践能力和综合素养,得到了用人单位和学生等的认可。

    • 新农科背景下分子生物学实验课创新性教学的探索与实践

      2023, 39(11):4742-4749. DOI: 10.13345/j.cjb.230242

      摘要 (166) HTML (351) PDF 534.50 K (663) 评论 (0) 收藏

      摘要:新农科建设是面向新农业、新乡村、新农民和新生态发展而推出的深化高等农林教育改革的新思路和新举措。根据新农科的要求,如何将农林产业发展中的新技术和新方法及时引入实验课程教学,推进专业教育和创新创业教育的融合,是当前本科实验教学改革的必由之路。鉴于此,中南林业科技大学生命科学与技术学院根据分子生物学实验课程的教学要求和特点,结合教师科研成果,从实验项目、教学环节及考核方式等方面进行了探索和实践,极大地提升了学生的综合素质和创新能力,也为其他课程的创新实验教学提供了借鉴作用。

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