天然海水高盐条件对海绵相关细菌抗菌活性及次级代谢产物的影响

海洋微生物生活在高盐、高压、低温、低光照、寡营养、弱碱性的海洋环境中，因而形成了独特的生理特征和代谢机制，可产生与陆生微生物结构与活性迥然不同的次级代谢产物，如生物碱、萜类、环肽类和聚酮类等[1-2]，成为海洋药物的重要来源之一。从海洋放线菌中分离得到的salinisporamide A 已经完成了 I 期临床研究，用于治疗多发性骨髓瘤[3]。以从海洋真菌 Aspergillus sp. CNC-139中获得的化合物为模板合成的 plinabulin（NPI-2358）已经进入II 期临床研究，用于治疗非小细胞肺癌[4]。来自于卡纳里水域深海沉积物中的链霉菌 NTK937产生的 caboxamycin是一种新型的苯并噁唑抗生素，显示出较强的抗菌活性，对革兰阳性菌枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）IC50仅为8μmol/L[5]。海洋是一个特殊的生态系统，据文献报道，通过模拟海洋环境的拟生态培养，可以诱导海洋真菌产生新的活性代谢产物[6-9]。同时有研究表明，高盐条件造成的极端环境（如高渗透压和营养剥夺等）可以激活生物体内的沉默基因或次级代谢产物合成酶，进而使海洋等来源的耐盐真菌产生新的活性化合物[10-11]。另据文献报道，培养基盐度对海洋真菌的活性物质具有显著影响，其生物活性和活性物质的种类和产量可能有较大的差别[12-13]。但是，应用天然海水培养基探讨海洋来源细菌的抗菌活性、次级代谢产物的 HPLC化学指纹的报道较少，本实验室曾研究报道天然海水对海绵相关细菌的抗菌活性有影响[14]。另有文献对细菌 HPLC 化学指纹研究进行了报道[15-17]，此外，有文献报道天然海水可影响细菌的生长[18-19]。本文以海绵相关细菌为主要研究对象，初步开展了相关探索，以期获得具有良好抗菌活性且次级代谢产物丰富的菌株。

丰肉结海绵相关真菌产黄青霉HLS111菌株活性代谢产物研究

目的对我国南海水域丰肉结海绵相关真菌产黄青霉菌HLS111的活性代谢产物进行研究。方法采用HPLC-DAD技术与活性筛选相结合的方法,通过硅胶柱、凝胶柱及HPLC等色谱方法对HLS111发酵产物进行分离纯化;通过核磁共振、质谱等波谱分析手段对分离得到的化合物进行结构鉴定;并对单体化合物进行抗肿瘤、抗HIV、抗炎活性测定。结果分离得到12个化合物。其中2个黑麦酮酸类化合物:黑麦酮酸F(1)和D(2);4个生物碱类化合物:环(L-色氨酸-L-苯丙氨酸)(3)、citreoindole(4)、meleagrin(5)、脑苷脂B(6);4个甾体类化合物:麦角甾醇(7)、(22E,24R)-5α,8α-过氧化麦角甾-6,22-烯-3β-醇(8)、globosterol(9)、β-谷甾醇(10);1个三萜类化合物:24-亚甲基环木菠萝烷醇-反式阿魏酸(11);1个蒽醌类化合物:大黄素(12)。对化合物4的氢谱、碳谱数据进行了归属。初步的药理研究表明,黑麦酮酸类化合物表现出较强的抗肿瘤活性,化合物citreoindole表现出一定的抗HIV及抗炎活性。结论海绵相关真菌产黄青霉HLS111菌株体现了次生代谢产物化学结构的多样性;黑麦酮酸类化合物为产黄青霉HLS111的主要抗肿瘤活性成分。

生物发光共振能量转移技术在蛋白酶活性检测中的应用

生物发光共振能量转移（BRET）是20世纪中叶在海洋生物,例如维多利亚水母和软体珊瑚虫海肾中发现的一种自然现象[1],能量从生物发光蛋白如荧光素酶（供体）转移到荧光物质（受体）。在软体珊瑚虫海肾中海肾荧光素酶将腔肠素氧化,发出波长为480 nm的光,与近距离的海肾绿色荧光蛋白之间发生一个非辐射的能量转移,发出509 nm的光。

谷胱甘肽胞外发酵研究进展

谷胱甘肽（glutathione，GSH），即γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰甘氨酸，是广泛存在于生物体内的生物活性三肽化合物。半胱氨酸残基上的巯基使其在生物体内发挥重要的生理功能，如抗氧化、解毒和免疫调控吲等。谷胱甘肽已经被广泛应用于医药、食品和化妆品行业。有关谷胱廿肽生物合成和代谢的开拓性研究是由Meister和Andersonlol完成的。

酵母UDP-葡萄糖合成途径的优化及黄酮葡萄糖苷的合成

目的研究在酿酒酵母细胞内高表达大肠杆菌UDP-葡萄糖合成途径的2个关键酶对工程酵母细胞的葡萄糖苷化反应活性的影响。方法利用PCR方法获得大肠杆菌磷酸葡萄糖变位酶(PGM)和UDP-葡萄糖焦磷酸化酶(Gal U)基因,构建整合型表达载体,转化酵母;同时共表达具有催化黄酮葡萄糖苷化的UDP-葡萄糖转移酶,研究摇瓶培养条件下PGM和Gal U基因的表达对工程细胞生物催化黄酮类化合物葡萄糖苷化的影响。结果在酵母细胞内表达大肠杆菌UDP-葡萄糖合成途径的2个关键酶PGM和Gal U,提高了组合表达UDP-葡萄糖转移酶的工程菌生物催化合成野黄芩素-7-O-葡萄糖苷的效率,表明PGM和Gal U基因的高表达能促进UDP-葡萄糖的合成;所构建的工程菌也能催化木犀草素、柚皮素、白杨素、汉黄芩素、木蝴蝶素A、黄芩素、槲皮素以及大豆黄酮等黄酮类化合物的葡萄糖苷化。结论组合表达大肠杆菌PGM和Gal U基因能促进酵母细胞内UDP-葡萄糖的合成,进而提高了工程细胞催化合成黄酮葡萄糖苷的效率。

工程酵母细胞高压破碎、蛋白低温保藏和去糖基化处理对7-木糖紫杉烷糖基水解酶LXYL-P1-2活性的影响

紫杉醇主要来源于红豆杉，作为一种“重磅炸弹”式的抗肿瘤药物，自1992年12月被美国 FDA批准上市以来，一直是销售额最大的植物抗肿瘤药。但由于紫杉醇的天然含量极低，约占含量最高的树皮部位的万分之二，加之红豆杉生长缓慢，早期从野生红豆杉中获取紫杉醇曾给红豆杉资源造成毁灭性破坏。目前主要依靠化学半合成或苗圃栽培手段制取。苗圃栽培虽然对保护野生红豆杉资源具有积极意义，但栽培红豆杉中紫杉醇含量低微的本质没有发生改变。另一方面，红豆杉中存在着大量的紫杉醇结构类似物，其中包括含量数十倍于紫杉醇的7-木糖-10-去乙酰紫杉醇，而后者在脱除木糖基之后形成的10-去乙酰紫杉醇仅需在 C10位乙酰化即可产生紫杉醇[1]。如能将这类副产物转变成紫杉醇，不仅可以减少其对环境的污染，还可以“变废为宝”，大大提高红豆杉资源的利用率。脱除木糖基可用化学法或生物酶法来完成，其中后者的专一性强、环境友好。但由于天然细胞中β-木糖苷酶的酶量普遍偏低，用筛选得到的微生物直接进行转化效率不高[2-3]，本实验室已尝试用基因工程方法解决这一问题。我们已从具有转化7-木糖-10-去乙酰紫杉醇为10-去乙酰紫杉醇能力的真菌香菇中克隆得到了7-木糖紫杉烷糖基水解酶 LXYL-P1-2，该酶隶属于糖基水解酶的第3家族，是一种全新的和双功能的β-木糖苷酶和β-葡萄糖苷酶，能高效且专一性地水解包括7-木糖-10-去乙酰紫杉醇在内的7-木糖紫杉烷的木糖基，生成相应的7-羟基紫杉烷。已对该酶及其重组菌开展了酶的表征、高密度发酵与生物催化等研究[4-6]。本文报告工程酵母细胞高压破碎条件、蛋白低温保藏和去糖基化处理对 LXYL-P1-2酶活性的影响，为利用纯化的重组酶进行酶结构与功能关系等的研究提供保障。

溶酶体代谢酶甘露糖-6-磷酸糖基化修饰关键酶UCE的异源表达及功能鉴定

目的 利用大肠杆菌表达系统对溶酶体代谢酶甘露糖-6-磷酸(M6P)糖基化修饰的关键酶N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸二酯α-N-乙酰葡萄糖胺糖苷酶(UCE)进行异源表达和功能鉴定。方法 通过UCE的氨基酸序列分析,分别截去UCE的信号肽、前体肽、跨膜区、胞浆尾肽等结构域,形成不同形式的截短型UCE。利用促溶标签麦芽糖结合蛋白(MBP)的载体和大肠杆菌表达系统,对不同的截短型UCE进行表达。将表达的可溶性融合蛋白利用Ni离子琼脂糖凝胶进行亲和层析纯化,并利用UDP-Glo试剂盒测定融合蛋白的活性。结果 截短型的UCE-MBP融合蛋白能够被可溶性地融合表达,并且能够利用Ni离子琼脂糖凝胶进行亲和层析纯化。去掉其前体肽和仅保留核心区的UCE融合蛋白能够展现出较高的活性。结论 利用促溶标签蛋白能够实现UCE在大肠杆菌中可溶性地融合表达,从而能够快速制备大量的UCE,该酶可用于对溶酶体代谢酶体外糖基化的生物催化修饰。

转肽酶A在蛋白质和多肽修饰中的应用

在20世纪90年代末,Navarre和Schneewind首次在金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）中发现了转肽酶A（sortase A）,它催化了表面蛋白与多种革兰阳性菌的肽聚糖骨架的共价结合,从而开启了转肽酶A对蛋白质或多肽作用的研究。

基于外泌蛋白质组的酿酒酵母信号肽元件的分析及鉴定

目的分析鉴定酿酒酵母细胞内源性地促进重组蛋白外泌表达的信号肽元件,并应用于重组蛋白的高效合成。方法利用生物信息学软件SignalP4.1、Phobius、Wolf Psort0.2和ProP1.0对已报道的酿酒酵母外泌蛋白质组所对应的信号肽进行计算分析,确定目标信号肽功能元件;再构建融合表达载体,转化酵母细胞,对获得的阳性克隆在摇瓶培养条件下外泌蛋白的表达进行测定验证。结果通过生物信息学分析,从酿酒酵母外泌蛋白质组中确定了16个含有prepro区的信号肽功能元件,以敲除外切β-(1,3)-葡聚糖酶1(EXG1)基因的酿酒酵母W303-1b/(35)ES为宿主菌,采用酵母α-交配因子的信号肽功能元件作为对照,由EXG1的信号肽功能元件引导外泌的融合蛋白活性是α-交配因子的3倍。结论组合外泌蛋白质组和生物信息学分析的研究策略可以快速准确地分离鉴定促进异源蛋白分泌表达的信号肽功能元件,可应用于生物活性蛋白的高效表达。

CRISPR/Cas9介导的高产谷胱甘肽原养型酵母工程菌的构建

谷胱甘肽(Glutathione,GSH)是具有多种生理功能的非蛋白质类巯基化合物,已广泛应用于药品、食品等行业,且市场需求量逐年增加。遗传工程育种是提高细胞内GSH含量的重要策略,但在遗传操作过程中使用到的营养缺陷型遗传标记可能会影响菌株的正常生长,且不利于高密度发酵的进行。为回复工程菌株的营养缺陷型,利用g RNA转录表达框和靶基因同源DNA片段直接共转化酵母细胞,由细胞内表达的Ⅱ型CRISPR/Cas9(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats(CRISPR)-Cas9)介导的基因组编辑技术将营养缺陷型GSH工程菌株W303-1b/FGP回复为原养型菌株。结果显示,与营养缺陷型菌株相比,原养型菌株生长周期缩短,且可以利用简单的合成培养基进行培养,方便菌株的大规模培养。