近年来，RNA被广泛应用于药物和疫苗等的研发之中，RNA在应用研究中遇到的困难可以尝试在合成RNA的过程中加入经过修饰的核苷酸来克服。基于酶合成的方法主要包括体内转录和体外转录，体内转录可以使用工程支架来促进RNA产物环状化，提高RNA的稳定性，相对经济也是其优点之一，而广泛的下游加工则是该方法的弊端；体外转录是目前RNA合成的最常用的方法，需要设计携带特异性噬菌体启动子片段(S6、T3、T7)的DNA模板，以便RNA聚合酶结合和提供转录启始信号，获得的寡核苷酸长度范围大，生产成本相对较低，可重复性强，但由于3′端存在异质性，可能导致产物末端不均匀。该方法中，仅T7 RNA聚合酶可以接受修饰的核苷酸。获得含有核苷酸类似物的短RNA分子的最佳方法是化学合成，常用的是磷酸酰胺固相合成法，主要步骤为脱三苯甲基(使用三氯或二氯乙酸溶液去除DMT基团)、缩合反应(游离的5′-羟基与活化的核苷3′-磷酸酰胺反应形成新的核苷酸间键)、加帽(使用乙酸酐/鲁替丁/N-甲基咪唑混合物将游离的5′-OH转化为乙酰酯)、氧化(不稳定的亚磷酸盐-P(III)氧化为P(V)磷酸)。化学合成可获得任何短RNA(<20 nt)的准确片段，便于引入修饰的核苷酸，但对于合成长RNA(>100 nt)效率低下，设备非常昂贵。核苷酸修饰可以调节RNA的功能，包括调控基因表达，参与一些病理过程或影响RNA的结构。获得含有修饰核苷酸的RNA分子最方便的方法是化学合成，优点是可以在RNA片段的每个位置加入修饰的核苷酸，将较多种类的修饰结合到两条RNA链中。每一种修饰都可以调节RNA的性质，这严格依赖于核苷酸单位内修饰的位置，包括核碱基、磷酸主链、核糖环等。

环状 RNA(circular RNA,circRNA)是一类非编码 RNA,多由外显子环化产生[1],具有丰度高,高度保守的特点.既往研究认为,cricRNA能够竞争性结合miRNA(microRNA)和蛋白,从而抑制其功能[1];circRNA能够调节其宿主基因的转录效率,或者作为假基因形成的来源[2].近期研究发现,circRNA能够与真核细胞的核糖体结合,启动翻译生成多肽,激活参与多种信号通路影响生物学功能.

[目的]从蛋白水平阐明水源拉梅尔芽孢杆菌(Rummeliibacillus suwonensis)的生长及己酸代谢机理,为水源拉梅尔芽孢杆菌的基因工程改造提供一定技术基础.[方法]以R.suwonensis 3B-1 为研究对象,应用串联质谱标签(tandem mass tags,TMT)蛋白组学技术对该菌在好氧与厌氧条件下的差异表达蛋白(differentially expressed proteins,DEPs)进行挖掘,并对鉴定到的DEPs进行亚细胞定位、GO功能富集、KEGG信号通路注释、蛋白相互作用等生物信息学分析.[结果]从比较组中共鉴定获得810 个DEPs,其中上调蛋白 423 个,下调蛋白 387 个,亚细胞定位到 6 个条目上,主要涉及细胞质蛋白,细胞膜蛋白和细胞壁等蛋白.GO功能富集分析结果显示,肽的生物合成、翻译和肽代谢过程等生物学过程;核糖体的结构组成和结构分子活性等分子功能;核糖体和核糖核蛋白复合物等细胞组分发生了显著变化.810 个DEPs 注释到 113 条KEGG信号通路,主要涉及辅因子生物合成,双组分系统,磷酸戊糖代谢,糖酵解/糖异生,以及氧化磷酸化等信号通路.苯丙氨酸-tRNA连接酶β亚基和核黄素生物合成蛋白RibD在蛋白互作网络中关联度最高.[结论]厌氧条件下,糖酵解途径中丙酮酸脱氢酶和丙酮酸激酶表达下调,氨基酸代谢和生物素蛋白连接酶等辅因子相关蛋白表达均呈现下调,表明该菌适合在好氧环境中生长.己酸合成方面,酰基辅酶A硫酯酶的表达量显著上调,同时,糖酵解/糖异生途径、三羧酸循环和磷酸戊糖途径为己酸合成提供了充足的前体物质和还原当量,共同促进了己酸合成.

单链抗体(single chain antibody fragment,scFv)是由抗体重链可变区(variable region of heavy chain,VH)和轻链可变区(variable region of light chain,VL)通过柔性短肽连接组成的小分子,是具有完整抗原结合活性的最小功能片段,包含抗体识别及抗原结合部位.相比于其他抗体,scFv具有分子量小、穿透性强、免疫原性弱、易构建表达等优点.目前,scFv最常用的展示系统主要有噬菌体展示系统、核糖体展示系统、mRNA展示系统、酵母细胞表面展示系统和哺乳动物细胞展示系统等.近年来,随着scFv在医学、生物学、食品安全学等领域的发展,使得其在生物合成和应用研究方面备受关注.本文对近年来scFv展示系统的研究进展作一综述,以期为scFv的筛选及应用提供理论基础.

L-谷氨酸是世界上第一大宗氨基酸产品,广泛应用于食品医药及化工等行业.以谷氨酸高产菌谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)G01 为出发菌株,首先通过敲除主要副产物丙氨酸合成相关基因-丙氨酸氨基转移酶编码基因(alaT),降低了发酵副产物丙氨酸含量.其次,α-酮戊二酸节点碳流量对谷氨酸合成起重要作用,因此,采用核糖体结合位点(ribosome-binding site,RBS)序列优化降低了α-酮戊二酸脱氢酶的活性,强化了谷氨酸合成代谢流.同时通过筛选不同来源的谷氨酸脱氢酶,加强了α-酮戊二酸内源转化为谷氨酸的能力.接着,对谷氨酸转运蛋白进行理性设计,提高了谷氨酸的外排能力.最后,对基于以上策略构建的整合菌株进行了 5 L发酵罐发酵优化,通过梯度升温结合分批补料策略,谷氨酸产量为(136.33±4.68)g/L,较原始菌的产量(96.53±2.32)g/L提高了 41.2%;糖酸转化率为 55.8%,较原始菌的 44.2%提高了 11.6%;且降低了副产物丙氨酸的含量.以上策略一定程度上提高了谷氨酸的产量与糖酸转化率,可为谷氨酸生产菌株的代谢改造提供参考.

Surfactin是由多种芽孢杆菌产生的一种脂肽,其由一个环七肽头基通过内脂键与链长 12-17 个碳原子的β-羟基脂肪酸连接组成,是一种非常有效的生物表面活性剂,并具有重要的生物学功能.本文介绍了surfactin家族的结构和生物合成模式,surfactin是由非核糖体肽合成酶催化合成,这种机制赋予了surfactin家族成员的结构多样性;综述了surfactin在植物病害生防中的作用及机制.已有的研究表明surfactin在生物防治中的作用机制主要有以下 4 种方式:(1)损伤病原菌细胞膜,引起细胞膜裂解或渗透压失衡;(2)抑制病原体繁殖;(3)诱导植株系统抗性;(4)促进生防菌株的定殖或生物膜的形成.进一步总结了利用基因工程技术研究surfactin的最新进展,以指导surfactin的生物合成及其新衍生物开发.Surfactin的高度结构多样性,使其具有丰富的物理化学特性,这些特性可以与多种生物活性联系在一起,将在不同的领域有更广泛应用.随着对surfactin生物合成研究的日益深入,将会有更多高性能和广阔应用前景的新型脂肽被研发,这为surfactin的进一步研究和生防应用提供依据.

mRNA 是一种单链核糖核酸,由一条 DNA 转录而成,携带蛋白质合成的编码信息,进一步转录并加工成功能蛋白.在基因工程的协同下,合成的 mRNA 在结构上类似于天然 mRNA,使患者能够在自己的身体中产生治疗性蛋白质,从而达到预防或治疗疾病的目的.mRNA 治疗避免了其遗传物质整合宿主基因组的风险,也不需要进入细胞核进行转染,它甚至可以在不分裂的细胞中表达.因此,基于 mRNA 的基因疗法成为极具潜力的临床治疗手段.高效、安全地递送 mRNA 是其临床应用的两个主要制约因素.目前虽然已有很多报道通过修饰 mRNA 的结构来提高其稳定性和耐受性,但 mRNA 的递送效果仍然有待提高.近年来,纳米生物技术取得的重大进展为 mRNA 纳米载体开发提供了技术支撑.纳米载体能够克服递送过程中的生理障碍,使 mRNA 到达目标部位.本文介绍了纳米给药系统的设计原则和研究热点.重点聚焦新兴纳米载体在 mRNA 传递中发挥的作用以及在递送功能研究方面的最新进展;最后,对 mRNA 的纳米载体递送技术发展前景进行了展望.

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、aroFfbr、aroE、aroL、pheAfbr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.

差向异构结构域作为非核糖体肽合成酶体系中重要组分,将L型氨基酸异构化为D型氨基酸,赋予了非核糖体肽独特的生物活性和对蛋白酶的抵抗力.本文结合近期研究阐述了差向异构结构域的蛋白结构特征和异构化过程中的去质子化/再质子化机制,此外还对差向异构结构域在非核糖肽合成中的调控作用进行了总结,展望了非核糖体肽合成酶的未来发展趋势,希望为非核糖体肽合成酶的工程改造和新药的研发提供理论基础和依据.

非核糖体肽(nonribosomal peptide,NRP)是由多种微生物通过非核糖体肽合成酶(nonribosomal peptide synthetase,NRPS)等催化合成的一类小分子多肽类次级代谢产物,具有抗菌、抗肿瘤、免疫抑制等多种生物活性,是一类重要的微生物药物,具有很高的临床应用价值.从目前已发现的小分子多肽类天然药物出发,综述了该类物质的生物功能、合成组装机制以及近年来在工程改造方面的进展,并提出了未来研究发展方向,对进一步通过组合生物合成等方式高效合成更多种类的小分子多肽类活性物质具有借鉴意义.