L-色氨酸研究进展

色氨酸作为一种必须氨基酸,广泛应用于医药、食品及饲料等方面。随着对色氨酸研究的不断深入,其生产方式也从蛋白水解及化学合成发展到微生物直接发酵等方法。而基因工程等生物技术的发展,使得代谢工程逐渐在色氨酸生产菌种的选育中成为研究热点。综述了色氨酸的生产方式、菌株构建以及应用等方面的研究进展。     

基因敲除技术在微生物代谢途径改造中的研究进展

微生物是生产多种高附加值天然产物的优良宿主,基因敲除技术有效地阻断或弱化了微生物的旁路代谢途径,使代谢通量集中流向目的产物。基因敲除技术在微生物中的应用带动了微生物代谢工程研究的不断深入,为微生物工业发酵及合成生物学的发展开辟了新道路。综述了常见的几种微生物基因敲除策略,总结了近年基因敲除技术在微生物代谢途径改造中的应用情况,并对基因敲除技术在微生物代谢途径改造中的应用前景进行了展望,以期为基因敲除技术的发展和微生物代谢工程的研究提供理论参考。     

产乙醇重组大肠杆菌的研究进展

利用微生物从低廉的纤维素、半纤维素及其水解产物生产生物燃料乙醇受到高度重视。代谢工程技术构建和改造高产乙醇重组菌成为研究的重点。着重概述了产乙醇重组大肠杆菌的研究进展。以大肠杆菌作为模式菌株进行乙醇代谢工程改造的研究和探索,将为新型的产乙醇重组微生物提供技术依据和借鉴。     

代谢工程在异亮氨酸生产中的应用研究进展

微生物生物合成特定氨基酸的能力,取决于人们对目标氨基酸代谢途径的了解及调控。该文概述了代谢工程在L-异亮氨酸生产中的应用进展,分别从代谢途径分析、切断分支代谢流、增加前体物质和限速酶基因以及消除途径抑制因素等方面论述代谢工程在L-异亮氨酸生产方面的研究状况。     

孵化过程中种蛋内色氨酸-烟酸的关系研究

选30周龄Arbor Acre种母鸡80只，设5个处理。各处理为16只鸡，在饲喂相同基础日粮条件下，分别添加烟酸0、15、30、60和120mg/kg。试验期为12周。于试验结束前两周收集种蛋，进行孵化试验。试验结果表明，随着日粮烟酸水平的提高，种蛋内烟酰胺含量依次递增。孵化后期种蛋内烟酰胺含量明显升高，出壳雏鸡体内烟酰胺含量比入孵种蛋高4-5倍。并发现增加的烟酰胺系由种蛋内色氨酸合成，而且这种转化似乎受到种蛋内烟酰胺含量的诱发，含量越高，诱发色氨酸转化为烟酰胺的效率越高。     

L-色氨酸对喜树愈伤组织中喜树碱合成的影响

喜树碱是一种从天然植物喜树中分离的抗癌活性物质,通过细胞培养合成喜树碱是喜树碱生产的一条重要途径。本试验利用喜树的顶芽、叶片、茎段为外植体,在B5培养基上(附加1.0 mg/l的NAA,0.5 mg/l的2,4-D和0.5 mg/l的KT)诱导喜树愈伤组织。同时考察L-色氨酸对喜树愈伤细胞培养中喜树碱积累的影响,结果表明,在B5培养基中添加0.001-0.002 mg/ml的L-色氨酸,对喜树愈伤细胞的生长没有明显影响,但是对喜树愈伤细胞合成喜树碱的促进作用明显,喜树碱含量比未添加L-色氨酸培养的愈伤增加了3倍。     

植物天然产物的异源合成研究进展

植物天然产物PNPs具有多种多样的生物学活性,并以其广泛的药用价值而受到关注。近年来合成药物较大的副作用使人们转而使用PNPs,其需求量日益增长。目前PNPs主要通过直接提取或化学合成与半合成的方法获得,但均受到了资源、成本和生产技术的限制,提取或合成的效率很低,导致PNPs供需失衡。将植物次生代谢途径经过遗传操作重组进入微生物宿主菌中异源合成PNPs的方法可以弥补以上两种方法的不足。本文总结了利用微生物平台成功合成萜类、苯丙素类和生物碱等PNPs的研究进展,探讨影响PNPs工业化生产的影响因素和该领域未来的发展趋势。     

莽草酸的应用及其微生物代谢合成

莽草酸是一种高价值的药用原初产物,其衍生物在抗炎、抗肿瘤、抗心血管疾病、抗禽流感等方面有重要的作用。通过综述莽草酸的理化性质、药理特性及生产方法,并结合国内外的最新研究进展,重点探讨微生物代谢合成在提高莽草酸生产效率中的应用。     

生物技术合成番茄红素的研究进展

番茄红素作为一种高价值类胡萝卜素，具有抗氧化、清除人体自由基、预防心脑血管疾病等生理功能，被广泛应用于食品、药品等领域。目前番茄红素主要来源于天然番茄提取，产能不足导致其市场应用受限。而以合成生物学为代表的生物技术为番茄红素的工业生产带来了曙光。本文基于国内外相关文献资料总结了番茄红素的理化性质、生理功能和生产方法，重点分析了当前利用生物技术生产番茄红素的代谢工程改造策略、发酵和提取方法的最新研究进展，并对目前番茄红素的合成生物学研究现状进行系统梳理，最后对未来生物技术生产番茄红素的研究方向及存在问题提出展望，旨在为番茄红素的生物合成技术研究提供参考。     

微生物莽草酸代谢途径的研究进展

莽草酸是莽草酸代谢途径的中间产物,是合成手型药物的关键原料,也是合成芳香族类氨基酸(L-苯丙氨酸、L-酪氨酸、L-色氨酸)、泛醌、叶酸、维生素K_2等芳香族化合物的关键中间体。通过基因改造微生物莽草酸代谢途径,可以使其大量积累莽草酸,进而为生物体内合成芳香族氨基酸奠定基础。本文综述了莽草酸代谢途径在重组大肠杆菌中的生物合成途径的研究进展,分析了莽草酸合成过程中关键酶基因改造对莽草酸积累的影响、辅因子再生对目的产物的影响,还讨论了减少莽草酸工程菌代谢副产物产生量的措施。随着代谢工程技术和合成生物学技术的发展,通过基因技术定向改造代谢途径,构建理想的高产菌株已经成为研究的新热点。     

Isoprenoid pathway optimization for Taxol precursor overproduction in Escherichia coli

Taxol (paclitaxel) is a potent anticancer drug first isolated from the Taxus brevifolia Pacific yew tree. Currently, cost-efficient production of Taxol and its analogs remains limited. Here, we report a multivariate-modular approach to metabolic-pathway engineering that succeeded in increasing titers of taxadiene--the first committed Taxol intermediate--approximately 1 gram per liter (~15,000-fold) in an engineered Escherichia coli strain. Our approach partitioned the taxadiene metabolic pathway into two modules: a native upstream methylerythritol-phosphate (MEP) pathway forming isopentenyl pyrophosphate and a heterologous downstream terpenoid-forming pathway. Systematic multivariate search identified conditions that optimally balance the two pathway modules so as to maximize the taxadiene production with minimal accumulation of indole, which is an inhibitory compound found here. We also engineered the next step in Taxol biosynthesis, a P450-mediated 5α-oxidation of taxadiene to taxadien-5α-ol. More broadly, the modular pathway engineering approach helped to unlock the potential of the MEP pathway for the engineered production of terpenoid natural products.     

花香的基因工程研究进展

 花香在许多植物的生长繁衍过程中起着重要作用,同时也能提高观赏植物的审美特性。10多年来,研究者在对花香生物化学和相关基因方面的研究上取得了一定进展,本文综述了控制花香产物合成的关键酶以及编码这些酶的基因、花香产物的调控和花香代谢工程方面的最新进展,同时对今后花香研究的发展方向进行了展望。     

植物皂苷生物合成及调控研究进展

皂苷是一类组成型存在于大多数高等植物中的次生代谢物,在医药、植物源农药、保健品、营养品开发领域有广阔的应用前景,但皂苷在植物中含量低且不稳定,严重影响了皂苷类物质的开发利用。因此,调控皂苷生物合成、提高皂苷产量引起了越来越多的关注。综述了皂苷的生物合成途径,以及栽培技术、细胞工程、基因工程和毛状根培养对其合成的调控方面的研究进展,并针对该领域存在的问题以及未来的研究方向等进行了总结和展望。     

光对园艺植物花青素生物合成的调控作用

花青素是植物中一类重要的类黄酮化合物,在植物花朵、果实等器官色泽形成和抗氧化过程中起着重要作用。植物组织中花青素的形成依赖于光信号,但是光信号对花青素生物合成的调控机制及信号网络很大程度上还不清晰。本文简述了花青素生物合成及运转过程的研究进展,简要归纳了MYB、bHLH、WDR三类主要因子对花青素合成的转录调控作用,重点阐释光信号（光强、光质、光照时长）对植物花青素合成的调控作用。研究表明,光环境（光强、光质、光照时长）主要通过不同的光受体（UVR8、CRYs、PHOTs、PHYs）影响光信号通路重要因子COP1的泛素化能力和HY5的稳定性,以及其他光信号转录因子如光敏色素互作因子PIFs的稳定性,进而调控花青素的生物合成过程。这些光信号因子一方面直接结合到调控花青素合成的MYB、bHLH、WDR三大类转录因子上,转录激活或抑制它们的表达进而调控花青素的合成;另一方面,这些光信号因子通过与MYB、bHLH、WDR三大类转录因子蛋白互作,影响它们形成的MBW复合体稳定性,进而调控花青素的合成。此外,这些光信号因子还可以通过不依赖于MBW复合体的通路调控花青素的合成,如HY5通过调控miR858影响花青素的生物合成;另外,一些未知的光响应因子可能以不依赖MBW通路的方式直接或间接地调控花青素合成基因和液泡膜上的运转蛋白,改变液泡酸化,调节花青素的合成。同时,光信号会影响光合电子传递,光合电子传递链中的一些因子也会通过依赖和不依赖MBW的途径影响植物花青素的合成。这些途径如何协调以及哪些信号因子优先受光环境（光强、光质、光照时间）调控?本文为深入研究光信号对花青素生物合成的调控机理提供参考,以探索光调控花青素积累的有效途径及靶标分子,为利用基因工程、代谢工程和光环境调控手段改良园艺植物花青素积累提供理论基础。     

加兰他敏合成途径的研究进展

加兰他敏是一种广泛用于治疗阿尔茨海默氏症等疾病的药物,但研究发现,植物中加兰他敏含量极少,故科研人员一直致力于加兰他敏的合成研究。迄今为止,研究工作者已提出多种加兰他敏化学合成策略,但因其化学合成方法存在产率低、成本高、步骤复杂等诸多缺陷,不利于投入实际生产,探索其生物合成途径是目前最有效替代办法。本文综述了近年来加兰他敏合成的相关研究,且着重介绍了其生物合成途径及其相关酶研究进展,并对其后续研究进行展望。     

Manufacturing molecules through metabolic engineering

Metabolic engineering has the potential to produce from simple, readily available, inexpensive starting materials a large number of chemicals that are currently derived from nonrenewable resources or limited natural resources. Microbial production of natural products has been achieved by transferring product-specific enzymes or entire metabolic pathways from rare or genetically intractable organisms to those that can be readily engineered, and production of unnatural specialty chemicals, bulk chemicals, and fuels has been enabled by combining enzymes or pathways from different hosts into a single microorganism and by engineering enzymes to have new function. Whereas existing production routes use well-known, safe, industrial microorganisms, future production schemes may include designer cells that are tailor-made for the desired chemical and production process. In any future, metabolic engineering will soon rival and potentially eclipse synthetic organic chemistry.     

Dispelling the myths--biocatalysis in industrial synthesis

Biocatalysis has emerged as an important tool in the industrial synthesis of bulk chemicals, pharmaceutical and agrochemical intermediates, active pharmaceuticals, and food ingredients. However, the number and diversity of the applications are modest, perhaps in part because of perceived or real limitations of biocatalysts, such as limited enzyme availability, substrate scope, and operational stability. Recent scientific breakthroughs in genomics, directed enzyme evolution, and the exploitation of biodiversity should help to overcome these limitations. As a result, we expect many new industrial applications of biocatalysis to be realized, from single-step enzymatic conversions to customized multistep microbial synthesis by means of metabolic pathway engineering.     

拟南芥花青素合成途径及其调控进展

花青素是植物的主要代谢产物,在植物的生长发育过程中扮演重要角色。其合成受多种结构基因和调控基因的控制。文中综述了模式植物拟南芥的花青素合成途径,着重介绍了调控花青素合成途径转录因子的最新进展,为植物代谢工程和观赏园艺植物分子育种提供参考。