附子具有回阳救逆、补火助阳、温经散寒等功效,但对心脏、肝脏等多系统具有毒性作用,如何在保证疗效的同时降低毒性值得探究.目前,对附子的药理研究主要集中在其强心、保护血管、抗肿瘤、抗炎镇痛及保护神经系统等方面,并在不断挖掘新的方向,如调节免疫及改善糖尿病等.作用机制主要为通过多成分、多靶点、多途径地调控相关信号通路、离子通道等,在生物体内发生细胞水平、组织水平和系统水平的改善.对附子的减毒增效的研究主要是在炮制方法的革新和药物配伍的作用机制等方面.随着科技发展,无胆炮制、微生物发酵技术等逐渐推广应用,不仅能在降低附子毒性的同时维持甚至提升附子的药理作用,还研发出某些疾病的专属性炮制品,对附子的毒理及配伍后药物成分研究也有了长足发展.本文对附子近年来的药理作用及减毒增效的研究进展进行综述,并总结阐述了现有研究的不足之处,以期更好地利用附子资源.

L-苹果酸是一种重要的四碳二羧酸,以可再生生物质为原料,通过微生物发酵高效制备L-苹果酸具有重要意义.本研究首先考察了氮限制条件、温度和pH对有氧条件下L-苹果酸合成的影响,结果表明氮限制条件是苹果酸大量积累的重要条件,最适的温度为35℃,最优pH为6.8.进一步分析辅因子水平及呼吸链相关基因的转录水平变化后发现,苹果酸的溢出可能是由于电子呼吸链效率下降,导致NADH的氧化不足,NAD+供给不足最终无法催化苹果酸进一步转化为草酰乙酸.通过敲除大肠杆菌中呼吸链NADH脱氢酶Ⅱ编码基因ndh,可降低电子呼吸链效率.最终重组菌E.coli AFP111(Δndh)在氮源充足条件下,丁二酸也能被大量代谢并以苹果酸为主要产物,收率达到 0.65 g/g.本研究成果将为通过呼吸链改造提高中间代谢产物的积累提供理论支持和借鉴.

灵菌红素是一种天然的红色三吡咯色素,主要源自于微生物的次级代谢过程,其具有抗菌、抗肿瘤等功能,在医药、环境、染料等领域具有广阔的应用前景.随着合成生物学技术的不断发展,利用微生物发酵法合成灵菌红素是实现灵菌红素工业化生产的有效途径之一.目前,生产灵菌红素的微生物主要以粘质沙雷氏菌为主.本文系统介绍了灵菌红素的结构性质和应用潜力,重点阐述了粘质沙雷氏菌中灵菌红素的合成路径,总结了通过高产菌株选育与改造、发酵工艺优化和转录因子调控等策略提高灵菌红素合成的最新研究进展,分析了不同提取纯化工艺的效率,并对未来灵菌红素的高效合成进行了展望,以进一步提高灵菌红素的工业化生产效率.

木质纤维素生物质是一种量大面广且廉价易得的可再生资源,已逐步实现由生物质向生物燃料、饲料原料和其他附加值产品的开发及应用,这样的高值转化与综合利用成为"走绿色发展道路、构建绿色生产体系"的重要部分.然而,木质纤维素的天然抗降解屏障及其独特的理化性质,纤维素-半纤维素-木质素三大组分的刚性网络一直是高效转化的瓶颈所在,合理有效的预处理技术则是资源化进程的关键步骤.本文落脚于木质纤维素生物质的基本组成和结构特性分析,在总结物理法、化学法、生物法等传统预处理方法优劣势的基础上,着重阐述了蒸汽爆破的发展历程、加工类型、适用范围、工作原理、反应阶段、技术特点、影响因素、主要参数和可能的副产物效应等,以及在生物质的纤维改性、结构变化、溶解特性、低聚糖制备、活性成分提取与反刍饲料化利用层面的研究进展.此外,还指出蒸汽爆破辅以真菌、细菌为主的微生物发酵,以及糖酶外源添加的后处理流程的发展趋势.最后,归纳了蒸汽爆破在未来商业化、工业化和规模化生产推广中可能面临的困难和挑战,分析提出相应的突破点和解决策略.并就蒸汽爆破技术对常见副产物类型饲料原料的降解效果,及其在单胃动物日粮中的合理应用进行展望,以期为该技术对生物质资源的开发、增值、饲料化应用的诸多潜能提供新思路和技术指导.

氨基酸是蛋白质的基本组成单元,对人和动物的营养健康十分重要,广泛应用于饲料、食品、医药和日化等领域.目前,氨基酸主要通过微生物发酵可再生原料生产,氨基酸产业是我国生物制造的重要支柱产业之一.氨基酸菌株主要通过随机诱变和代谢工程改造结合筛选获得.菌株生产水平进一步提高的核心限制之一是缺乏高效、快速和准确的筛选方法,因此,发展氨基酸菌株的高通量筛选方法对关键功能元件挖掘及高产菌株的创制筛选至关重要.本文综述了氨基酸生物传感器的设计,及其在功能元件、高产菌株的高通量进化筛选和代谢途径动态调控中的应用研究进展,讨论了现有氨基酸生物传感器存在的问题和性能提升改造策略,并展望了开发氨基酸衍生物生物传感器的重要性.

当前的线性经济发展模式依赖化石能源且增加二氧化碳的排放,加剧全球变暖和环境污染.因此,亟需开发碳捕获和利用的技术,建立循环经济.利用产乙酸菌进行碳一气体(一氧化碳和二氧化碳)转化是一项前景广阔的技术,具有较高的碳源灵活性和产物选择性,能够合成多种化学品和燃料.本文聚焦产乙酸菌在碳一气体转化过程中的生理代谢机制、遗传和代谢工程改造、发酵工艺优化以及提升碳原子经济性等方面的研究进展,以期为产乙酸菌气体发酵的工业规模放大及"负碳"生产提供参考.

S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl-L-methionine,SAM)广泛存在于生物体内,主要参与生物体内的转甲基过程、转硫过程及转氨丙基过程,具有重要的生理功能,其生产备受重视.目前SAM生产的研究主要集中于微生物发酵法,该方法与化学合成法和酶催化法相比,成本较低且更容易实现工业化生产.随着需求量的迅速增加,通过菌种改良提高SAM产量备受关注.当前SAM生产菌种改良的主要策略包括常规育种和代谢工程.本文综述了提高微生物生产SAM能力的近期研究进展并探讨了SAM生产中的瓶颈问题及解决方法,以期为进一步提高SAM产量提供思路.

L-甲硫氨酸又名 L-蛋氨酸,是人体必需 8 种氨基酸之一,在饲料、医药、食品领域具有重要应用.以实验室前期构建的M2(Escherichia coli W3110 ?IJAHFEBC/PAM)为出发菌株,以模块化代谢工程策略构建了一株 L-甲硫氨酸高产菌株.首先通过过表达亚甲基四氢叶酸还原酶(methylenetetrahydrofolate reductase,MetF)和 筛 选 不 同 来 源 的 丝 氨 酸 羟 甲 基 转 移 酶(hydroxymethyltransferase,GlyA),增强了一碳模块甲基供体的生成,优化了一碳模块.随后针对一碳模块的前体供应,过表达了胱醚裂解酶(cysteamine lyase,MalY)和半胱氨酸内运基因(fliY),有效地提高了 L-高半胱氨酸和 L-半胱氨酸的供应.最终摇瓶发酵 L-甲硫氨酸的产量由 2.8 g/L提高至4.05 g/L,5 L发酵罐中达到 18.26 g/L.研究结果表明,一碳模块对 L-甲硫氨酸的生物合成具有十分重要的影响,在细胞内通过优化一碳模块,可以实现 L-甲硫氨酸的高效生物合成.本研究为进一步提高微生物发酵生产 L-甲硫氨酸的水平奠定了基础.

肠道微生物发酵产生的短链脂肪酸不仅在肠道健康中发挥重要作用,并且能够进入体循环直接影响宿主的代谢与功能.非酒精性脂肪性肝病与2型糖尿病密切相关,胰岛素抵抗为二者的共同发病机制.本文以短链脂肪酸对胰岛素抵抗的影响为着重点,探讨短链脂肪酸作为代谢靶点在非酒精性脂肪性肝病和胰岛素抵抗预防和治疗中的潜在临床价值.

木质纤维素类生物质是前景广阔的化石原料替代品,其生物炼制可生产生物能源、生物基化学品和生物材料等多种产品,可降低碳排放,有助于实现"双碳"目标,因此受到越来越多的关注.然而,木质纤维素生物炼制需要经过预处理、微生物发酵和产物纯化等多个步骤,其中,预处理过程产生的多种化合物抑制微生物的细胞生长和发酵性能,是制约生物转化效率的瓶颈之一.大肠杆菌是木质纤维素生物炼制常用的宿主,被广泛应用于多种化合物的生产,研究其对木质纤维素水解液中抑制物的耐受性,对于提高木质纤维素生物炼制效率具有重要意义.本文首先介绍了木质纤维素的主要成分和基本结构,对木质纤维素的预处理方法以及预处理后水解液中的主要抑制物种类进行了简单阐述;随后,总结了木质纤维素水解液中几类主要抑制物呋喃类、羧酸类和酚类对大肠杆菌细胞的毒性,以及大肠杆菌对上述抑制物的胁迫响应机制和基于机制的菌株改造靶点;最后,综述了提高大肠杆菌对上述抑制物的胁迫耐受性的菌株改造策略,包括随机突变、实验室适应性进化和组学辅助的理性设计等,为利用代谢工程构建用于木质纤维素生物炼制的高效大肠杆菌菌株提供参考.