目的:表达和纯化重组人Ⅲ型胶原蛋白（rhCol），并评价其性能。方法:构建重组基因工程菌pET30a（+）-1880/pACYCDuet-hy726/BL21（DE3），稳定共表达rhCol和脯氨酰羟化酶。通过大肠杆菌高密度发酵与盐析和柱层析蛋白纯化技术制备并纯化rhCol。十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳测定rhCol的纯度，全自动蛋白质多肽测序仪测定rhCol的N端氨基酸序列，紫外分光光度法测定rhCol中的羟脯氨酸含量，噻唑蓝法评价rhCol的细胞相容性。结果:高密度发酵最终菌体湿重约200 g/L，表达量约3 g/L，通过亲和层析获得的rhCol的纯度大于95%。rhCol的羟脯氨酸含量为11.44%，其水溶性及细胞相容性良好。结论:本研究制备的rhCol可作为一种优良的生物材料广泛用于皮肤护理及生物医药等领域。

视黄醇是维生素A的主要活性形式之一,对于机体的生长发育、眼部和皮肤功能维持至关重要,被广泛应用于化妆品、医药和饲料添加领域.动物体内不具备完整的维生素A合成途径,但可通过膳食直接摄入或将膳食中获得的β-胡萝卜素转化获得.为了推进视黄醇的生物法合成研究,首先以β-胡萝卜素合成平台CAR?1 为基础,筛选了 3 种不同来源的醇脱氢酶,确定了大肠杆菌来源的ybbO具有最高的催化活性,转化率可达 95.6%.为了进一步提高反应速率和产量,采用蛋白质融合技术将视黄醇合成模块中 2 个相邻酶blh和ybbO进行融合后,在高产β-胡萝卜素工程菌株CAR?3 中进行评估,获得了最优组合blh-GGGS-ybbO,其产量较融合前提高了 44.9%,达到(111.1±3.5)mg·L-1.进一步工作中,通过引入人源的视黄醇结合蛋白(RBP4)以及转甲状腺素蛋白(TTR),在酿酒酵母中模拟了人体肝脏细胞分泌视黄醇的过程,视黄醇产量增加至(158.0±13.1)mg·L-1.最后,采用过表达INO2 扩张β-胡萝卜素合成途径反应区室,提高血红蛋白VHb表达量以增强氧气的供给,强化PDR3m表达促进视黄醇的转运和开发 2 个阶段发酵工艺等方法,在 5 L发酵罐中成功将视黄醇的产量提升至(2 320.0±26.0)mg·L-1,为视黄醇产业化发展提供了重要基础.

[目的]为实现生物合成重要化合物 2-萘乙醇,探索利于 2-萘乙醇合成的基因组合.[方法]向酿酒酵母BY4741发酵液中外源添加 2-萘丙氨酸,运用高效液相色谱法进行产物检测;绘制BY4741 的生长曲线和产量曲线,添加不同浓度 2-萘丙氨酸到BY4741 发酵液中并检测BY4741 生长和生产情况;对BY4741 进行代谢工程改造,构建过表达Ehrlich途径 6 个基因的质粒并转化进BY4741 中;发酵 6 株改造菌株,检测产物产量.[结果]发酵液中检测到了推测产物 2-萘乙醇,代谢工程改造菌株相较于野生型BY4741 菌株产量均有所提升,其中过表达ARO9和ARO10基因使得 2-萘乙醇的产量在外源添加 1 mmol/L 2-萘丙氨酸的情况下达到 0.258 mmol/L,转化率达到野生型的 2.3 倍.[结论]在酿酒酵母中实现了 2-萘乙醇的生物合成,探索出ARO9 和ARO10 是利于 2-萘乙醇生物合成的基因组合,为工业生产 2-萘乙醇提供了一种新的生物合成方法.

熊果酸近年来由于其独特的药理活性以及宝贵的市场价值,逐渐引起人们的广泛关注.目前熊果酸大多从枇杷叶中提取,但植物提取法产率低,成本高,化学合成法又不易获得,因此生物合成法为熊果酸提供了一个新的来源.α-amyrin作为合成熊果酸的主要前体物质,其产量与熊果酸产量呈正相关性.氧化鲨烯环化酶(OSC)属于多基因家族,可以催化常见的前体 2,3-氧化鲨烯生成多种不同类型的三萜骨架,为三萜类物质的合成起决定性作用.但药用植物中催化合成α-amyrin的关键基因报道较少,且其催化产物中α-amyrin产量及占比一直是研究者们关注的重点.该文从鸢尾、苹果、青蒿和长春花中克隆出能够催化 2,3-氧化鲨烯生成α-amyrin的 4 种环化酶ItOSC2、MdOSC1、AaOSC2 和CrAS基因,系统地对 4 种环化酶进行序列比对以及进化树分析,并以质粒形式将其转化至酿酒酵母中进行异源表达.发酵 7 d后测定其催化产物中α-amyrin、β-amyrin以及麦角固醇的产量及占比,筛选出一个催化生成α-amyrin能力最好的AaOSC2,为后期构建高产α-amyrin及熊果酸的工程酵母菌株提供关键基因元件.

二十二碳六烯酸(DHA)作为人体必需的多不饱和脂肪酸,在维护心血管健康、抗癌、支持视觉和脑功能等方面至关重要.传统的深海鱼油提取DHA方法存在鱼腥味重、工艺繁琐等问题,迫使研究者寻求更为高效、环保的替代方案.破囊壶菌(Thraustochytrids)凭借其生长迅速、低重金属污染以及高DHA含量的特性,成为工业化生产DHA的潜力微生物之一.当前在破囊壶菌发酵生产DHA的过程中,依然需要解决一系列关键问题,包括提高发酵产量、降低成本等.本文旨在全面阐述破囊壶菌发酵生产DHA的研究现状,包括菌株筛选与改良、DHA生物合成途径、遗传转化及代谢工程、发酵控制策略等方面.首先,总结归纳了对野生型菌株的自然筛选和诱变改良等方法,不断提高破囊壶菌中DHA产油量.其次,详细介绍了破囊壶菌DHA合成途径的研究进展,着重分析了生物合成途径中关键辅助因子在DHA生产中的作用.此外,概述了外源DNA传递到破囊壶菌细胞的遗传转化技术的应用现状,为提高其遗传转化效率和稳定性提供重要参考.在DHA代谢调控方面,探讨了氮限制对DHA合成的促进作用以及温度和氧气供应对生产效率的影响.最后,对利用破囊壶菌生产DHA存在的主要瓶颈问题和未来发展趋势进行了总结,以推动其在医药、保健品和食品等领域的广泛应用,实现工业规模下的高效生产.

[目的]通过米曲霉中异源表达虫草素合成关键基因,构建米曲霉工程菌株合成虫草素.[方法]以米曲霉尿苷/尿嘧啶和组氨酸双营养缺陷型菌株AoΔpyrGΔHisB为背景菌株,利用农杆菌介导的转化方法对虫草素合成关键基因CmCns1-CmCns3 进行过表达;通过荧光显微镜观察CmCns1 和CmCns2 在米曲霉中的亚细胞定位;利用高效液相色谱法(HPLC)测定转基因米曲霉虫草素含量,同时对米曲霉发酵液添加合成虫草素的前体甘氨酸和腺嘌呤,探究其在米曲霉中对合成虫草素的影响.[结果]蛹虫草CmCns1 和CmCns2 在米曲霉中定位于脂滴;并且米曲霉中单独过表达CmCns1、共表达CmCns1 和CmCns2 以及共表达CmCns1-CmCns3 均能合成虫草素,发酵 48 h虫草素胞外产量最高达到 37.74 μg/mL;向米曲霉发酵液添加甘氨酸和腺嘌呤,不能有效提升虫草素的含量.[结论]成功在米曲霉异源表达合成虫草素.

为进一步优化胆南星炮制工艺,开发胆南星临床应用,在查阅了历代本草古籍、《中华人民共和国药典》、各省中药炮制规范等相关书籍,结合中国知网、万方数据、维普网、PubMed等数据库中的相关文献,对其中所载有关胆南星的炮制工艺、化学成分、药理作用及临床应用进行总结.胆南星传统炮制方法为发酵法、混合蒸制法及复制法,现代出现了利用微生物工程技术发酵的方法.胆南星化学成分包括多糖类、黄酮类、生物碱类、皂苷类、胆汁酸类等,具有解热抗炎、抗惊厥、镇痛、祛痰等药理作用.由于胆汁来源和炮制方法的不同,其所含的化学成分和药理作用有明显的区别,通过比较不同炮制方法、不同炮制条件下胆南星活性成分、药效学变化,为后续胆南星炮制工艺优化及其开发利用提供文献依据.

[目的]为解决在D-乳酸工业发酵生产中使用农业粗加工或废弃物等廉价原料(含有少量L-乳酸)而导致终产物D-乳酸光纯降低的问题.[方法]构建了带有不同启动子的L-乳酸脱氢酶基因lldD的表达质粒:pUC19-PLD(PpflBp6)、pUC19-NLD(PnirB)及pUC19-PNLD(PpflBp6-PnirB),并将它们分别转化入大肠杆菌D-乳酸工程菌HBUT-D中,得到菌株HBUT-D3、HBUT-D5 和HBUT-D7.通过LldD的酶活检测以及对NBS培养基(添加 1 g/L L-乳酸)发酵结果的TOPSIS多元评估,优选出可快速去除L-乳酸且不影响D-乳酸发酵的菌株,并使用农业廉价原料进行发酵.[结果]HBUT-D7 的LldD比酶活为64 U/g,L-乳酸的消耗速率为 34 mg/(L·h),D-乳酸的生产强度为 4.09 g/(L·h),综合评估为最优菌株.以玉米浆为原料进行发酵时,HBUT-D及HBUT-D7 的L-乳酸消耗速率分别为 10.41 mg/(L·h)及 34.75 mg/(L·h);D-乳酸生产强度分别为 4.24 g/(L·h)及 3.87 g/(L·h);D-乳酸光学纯度分别为 99.07%及 99.92%.以糖蜜为原料进行发酵时,HBUT-D及HBUT-D7 的L-乳酸消耗速率为6.87 mg/(L·h)和 17.18 mg/(L·h);D-乳酸生产强度分别为 1.93 g/(L·h)及 1.88 g/(L·h);D-乳酸光学纯度分别为 99.22%及 99.99%.[结论]厌氧诱导启动子的表达质粒可提高菌株HBUT-D7 的L-乳酸脱氢酶酶活,使其在使用廉价原料发酵时能有效消除L-乳酸,提高发酵终产物D-乳酸的光学纯度.

在"发酵工程的应用"单元教学中,以单元整体性目标为引导,通过创设真实性的情境、设置连续性的问题、开展探究性的活动、实施一体化的评价以及架构整体性的概念,加强教学内容之间的关联性和整体性,实现"教—学—评"一体化.在发现问题、分析问题和解决问题的深度学习过程中,学生逐步建构核心概念,发展生物学学科核心素养.

利用异源重组表达系统表达外源蛋白是基因工程研究的重点.巴斯德毕赤酵母(Pichia pastoris)是一种甲基营养型酵母,由于其易于遗传操作、高水平分泌外源蛋白、翻译后修饰等特点,已成为工业应用中蛋白质生产的重要菌株,常被用于酶制剂的生产.然而,部分外源蛋白在毕赤酵母系统中的表达水平较低,仍有待提升的空间.因此,进一步探索提升毕赤酵母中外源蛋白表达量的原理和方法,将对降低毕赤酵母表达系统工业化生产成本,提高经济效益,具有重要的意义.本文主要从基因水平、转录水平、翻译水平、折叠分泌水平、抗逆水平、发酵工艺六个方面归纳总结了近年来毕赤酵母提高外源蛋白表达的优化策略的研究进展,旨在为提高外源蛋白在毕赤酵母表达系统中的表达水平提供有益参考.