为合成代谢途径选择宿主生物,并为合成代谢途径中的外源反应确定外源酶是合成生物学和代谢工程的两大挑战问题.自然界中存在成千上万种微生物和生物合成反应,仅通过生物实验来确定这些目标既昂贵又耗时.本文设计开发了一种名为RPS(recommend metabolic pathway's species)的新型生物推理软件系统,以辅助合成代谢途径的设计.RPS软件可根据竞争性内源反应的比例和途径末端代谢物的数量为合成代谢途径推荐合适的宿主生物,并通过酶的系统发育距离和反应动力学信息为宿主生物中的外源反应识别合适的外源酶.有别于已有的以宿主为中心的合成代谢途径设计工具,RPS软件以代谢途径为中心的特点可帮助研究人员以不同视角评估合成代谢途径设计.实验结果表明,RPS软件工具可准确识别合成代谢途径潜在的宿主生物,并为合成代谢途径中的外源反应发现合适的外源酶.用户可通过https://biolab.gxu.edu.cn/RPS在线使用RPS软件工具.

艾滋病是世界范围内的一类公共卫生问题和社会问题，目前主要采用抗反转录病毒治疗，虽然通过该方法在一定程度上达到了有效控制艾滋病的目的，但是并不能彻底清除潜伏状态的人类免疫缺陷病毒，并且患者耐药问题也日益严重。基于艾滋病治疗的现状，研究者利用免疫、细胞和基因工程技术发展了新型的防治方法。本研究基于辅助受体趋化因子受体5、跨膜蛋白gp41、TAT蛋白、p7核衣壳蛋白和核酸内切酶等在艾滋病治疗中较有潜力的靶点，阐述艾滋病治疗的研究现状和发展前景，为艾滋病的临床治疗提供参考。

乳腺癌发病率逐年上升,其发病机制十分复杂.肠道菌群功能紊乱与乳腺癌发生发展有密切关联.肠道菌群产生的β-葡萄糖醛酸酶,可通过肠肝循环调节雌激素水平,进而影响激素受体阳性乳腺癌的发生发展并导致他莫昔芬耐药;肠道菌群来源的短链脂肪酸(SCFAs)和石胆酸(LCA)等代谢产物可参与调节肿瘤细胞周期和细胞增殖;肠道菌群的定植维持了肠道屏障的完整性并调控T淋巴细胞介导的抗肿瘤免疫.维持肠道菌群稳态可提高肿瘤化疗和免疫治疗效果,并减轻抗肿瘤治疗中的不良反应.免疫治疗中工程益生菌的靶向作用可协助提升药物治疗精准度.肠道菌群对放射治疗的影响尚不明确,但调节肠道菌群可辅助治疗放射性肠病.现对肠道菌群与乳腺癌的相关性及影响进行综述,并分析其在乳腺癌治疗中的作用.

目的 构建异源二聚体 CK-MB重组蛋白并制备其特异性基因工程抗体,以此作为 CK-MB 定量检测试剂盒的诊断原料,从而辅助临床急性心肌梗死的早期诊断,提高诊断的准确性.方法 通过共表达载体获取异源二聚体 CK-MB并进行动物免疫,从而获取小鼠浆细胞;进一步使用单细胞光导系统分离抗原特异性小鼠单个 B 细胞,并通过单细胞 PCR获取抗体轻重链的可变区基因序列后构建基因工程抗体.基于初步的功能验证筛选出候选抗体,并进一步通过棋盘滴定法探究最佳的配对方案,并利用双抗夹心 ELISA 原理初步组装 CK-MB 定量检测试剂盒.结果 成功获取 CK-MB免疫原;通过单 B细胞光导技术筛选出 CK-MB抗原特异性小鼠单个浆细胞并制备出2 株小鼠源基因工程抗体,且均具有识别天然 CK-MB的能力;经由双抗夹心 ELISA法筛选出两种配对方案,其拟合曲线的 R2 均大于 0.99.结论 成功制备出靶向 CK-MB的小鼠源基因工程抗体,经由 ELISA初步验证抗体的特异性和亲和力,为进一步开发高特异性、高灵敏度的 CK-MB新型定量检测试剂盒奠定了坚实基础.

[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.

公认食品安全的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是合成生物学中被广泛研究的底盘细胞,常作为生产高值或大宗化学品的微生物细胞工厂.近年来,通过各种代谢工程改造策略,已有大量化学品的合成途径在酿酒酵母中建立并优化,且部分化学品具备了产业化价值.作为真核生物,酿酒酵母具有完整的细胞内膜系统及其组成的复杂细胞器区室,而这些细胞器区室往往含有某些化学品合成所必需的较高浓度前体底物(如线粒体中的乙酰辅酶A),或更加充足的酶、辅因子、能量等,可为目标产物的生物合成提供更适宜的物理、化学环境,但同时不同细胞器的结构特点有时也成为特定化合物合成的障碍.为此,研究人员在深入分析不同细胞器自身特点的基础上,结合目标化学品合成途径与细胞器之间的适配度,对细胞器开展了大量针对性改造工作以提高产物合成效率.本文详细综述了酿酒酵母中线粒体、过氧化物酶体、高尔基体、内质网、脂滴和液泡等细胞器的途径改造及优化策略,以及利用细胞器区室化合成化学品的研究进展,并对目前存在的困难和挑战以及未来研究方向进行了总结与展望.

L-缬氨酸作为一种支链氨基酸,广泛应用于医药和饲料等领域.本研究借助多种代谢工程策略相结合的方法,构建了生产 L-缬氨酸的微生物细胞工厂,实现了 L-缬氨酸的高效生产.首先,通过增强糖酵解途径、减弱副产物代谢途径相结合的方式,强化了L-缬氨酸合成前体丙酮酸的供给;其次,针对L-缬氨酸合成路径关键酶—乙酰羟酸合酶进行定点突变,提高了菌株的抗反馈抑制能力,并利用启动子工程策略,优化了路径关键酶的基因表达水平;最后,利用辅因子工程策略,改变了乙酰羟酸还原异构酶和支链氨基酸转氨酶的辅因子偏好性,由偏好NADPH转变为偏好NADH,从而提高了 L-缬氨酸的合成能力.在 5 L 发酵罐中,最优谷氨酸棒杆菌工程菌株Corynebacterium glutamicum K020 的L-缬氨酸产量、得率和生产强度分别达到了 110 g/L、0.51 g/g和 2.29 g/(L?h).

减少乳酸积累一直是哺乳动物细胞生物技术产业的一个目标.体外培养动物细胞时,乳酸积累主要是2种代谢途径作用的综合结果:一方面,葡萄糖在乳酸脱氢酶A(lactate dehydrogenase A,LDHA)的作用下生成乳酸;另一方面,乳酸可通过乳酸脱氢酶B(LDHB)或乳酸脱氢酶C(LDHC)氧化为丙酮酸重新进入三羧酸循环.本研究综合评估了乳酸代谢关键基因调控对人胚胎肾细胞(human embryonic kidney 293 cells,HEK-293)细胞生长、代谢和人腺病毒(human adenovirus,HAdV)生产的影响,有效提高了HEK-293 细胞的HAdV生产能力,并为哺乳动物细胞的乳酸代谢工程调控提供了理论基础.通过改造乳酸代谢关键调控基因(敲除ldha基因以及过表达ldhb和ldhc基因),有效改善了HEK-293 细胞的物质和能量代谢效率,显著提高了HAdV的生产.与对照细胞相比,3 个基因改造均能促进细胞生长,降低乳酸和氨的积累,明显增强细胞的物质和能量代谢效率,显著提高了HEK-293细胞的HAdV生产能力.ldhc基因过表达对HEK-293细胞的生长、代谢和HAdV生产调控最显著,最大细胞密度提高了约 38.7%,乳酸对葡萄糖得率和氨对谷氨酰胺得率分别下降了 33.8%和 63.3%,HAdV滴度提高了至少 16 倍.此外,相比于对照细胞株,改造细胞株的腺苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)生成速率、ATP/O2 比率、ATP 与腺苷二磷酸(adenosine diphosphate,ADP)的比值以及还原型辅酶Ⅰ(nicotinamide adenine dinucleotide,NADH)含量均有不同程度的提高,能量代谢效率明显改善.

脱落酸作为一种抑制生长的植物激素,是平衡植物内源激素和调节生长代谢的关键因子.脱落酸具有提高作物抗旱耐盐、减少果实褐变的作用,同时可降低疟疾发病率、刺激胰岛素分泌,因此在农业和医药领域有着广阔的应用前景.相较于传统的植物提取法和化学合成法,利用微生物合成脱落酸是一种经济、可持续的来源方式.目前利用天然微生物如灰葡萄孢霉菌、蔷薇色尾孢菌等合成脱落酸的研究已经取得了诸多进展,而脱落酸的异源微生物合成研究相对较少.酿酒酵母、解脂耶氏酵母、大肠杆菌等工程菌株作为天然产物异源合成的常用宿主,具有遗传背景清晰、易于操作、便于工业化生产等优势,因此利用微生物异源合成脱落酸是一种更具潜力的生产方式.本文着重从底盘细胞的选择、关键酶的筛选与表达强化、辅因子的调节、增强前体供应及促进脱落酸外排 5 个方面对微生物异源合成脱落酸的研究进行综述.最后,对该领域的未来发展方向进行了展望.

绿原酸(chlorogenic acid,CGA)是一类重要的酚酸类次生代谢物质,广泛存在于植物界中.绿原酸在植物的生长发育、抵御生物与非生物胁迫等方面扮演着重要的角色.另外,它还具有多种生物活性和药理功能,在抗炎、抗菌和降血糖等方面具有重要的应用潜力.然而,植物中绿原酸的含量通常很低,严重制约着其开发利用价值.因此,如何有效提高植物体中绿原酸的含量显得尤为重要.近年来,众多研究者通过基因工程、逆境胁迫及激素处理等手段在提高植株体内绿原酸含量方面取得了重要进展.在此基础上,研究者们对绿原酸的生物合成及其分子机制研究也开启了新的探索,以期为提高植物中体内绿原酸含量提供新的思路.鉴于此,本文对绿原酸的结构与功能、生物合成以及调控等相关研究进展进行了综述,系统分析了绿原酸合成途径中关键限速酶如苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonialyase,PAL)、肉桂酸-4-羟化酶(cinnamic acid 4-hydroxylase,C4H)和 4-香豆酸-辅酶A连接酶(4-coumarate-CoA ligase,4CL)等对绿原酸合成的影响;并进一步阐述了MYB、WRKY和bHLH等转录因子调控绿原酸生物合成的作用机制.与此同时,系统归纳总结了生物胁迫、非生物胁迫、植物激素以及光质和光周期等外源因素对植株体内绿原酸含量及其合成调控的影响,并介绍了绿原酸在改善动物健康和人体健康中的作用机理.最后,对绿原酸研究中尚未解决的问题和未来研究方向进行了分析和展望,旨在为绿原酸的合理开发利用以及提高作物抗逆性方面提供有益的参考.