转录因子在微生物细胞工厂构建中的应用

利用微生物作为底盘构建细胞工厂进行绿色可持续的生产已经成为当前备受关注的新型环保生产方式。随着合成生物学的发展,微生物细胞工厂的高效、“智能化”生产成为新的研究热点。微生物高效合成目的产物离不开代谢途径的调控与优化,而转录因子作为常见的调控元件,在构建微生物细胞工厂中发挥着重要的作用。同时,转录因子在生物传感器、高通量筛选及底盘细胞改造等方面有着广泛的应用。基于此,从转录因子的调控机制出发,本文综述了转录因子的挖掘、预测与鉴定方法,并对转录因子在微生物细胞工厂构建中的应用进行全面的总结与讨论,以期为相关的研究提供参考。

酿酒酵母菌中过量表达BAT2和缺失PDC6提高异丁醇产率

利用酿酒酵母发酵生产生物质能源异丁醇越来越受到学术界和工业界的重视。本研究通过DNA重组技术,提出一种提高酿酒酵母合成异丁醇的产率的方法。通过对酿酒酵母异丁醇合成代谢途径分析,过量表达了编码分支氨基酸转氨酶的BAT2基因和缺失编码内源性丙酮酸脱羧酶的PDC6基因,同时构建过量表达编码乙酰乳酸合酶ILV2基因和编码二羟基戊酸脱水酶的ILV3基因的表达质粒。将所构建突变株HAZL-7pILV2pILV3(W303-1A PGK1p-BAT2pdc6::R YEplac195-ILV3p-PGK1p-ILV3 YEplac181-PGK1p-ILV2)进行厌氧发酵。厌氧发酵60h,发酵液中异丁醇的产率从0.035g/L到0.4g/L,提高了11.4倍,乙醇的产率减少,乙酸的产率升高,甘油的产率基本稳定。酿酒酵母菌中过表达BAT2基因和缺失PDC6基因,同时过量表达ILV2和ILV3的表达质粒载体的基因修饰,对异丁醇的代谢流有明显的影响,异丁醇的产率提高11.4倍。这些研究为异丁醇产量的进一步提高奠定了理论基础。

过量表达酿酒酵母ZWF1基因对异丁醇产量的影响

以W303-1A为出发菌株,过量表达支链氨基酸转氨酶BAT2基因得到工程菌HZAL-2。通过过量表达编码乙酰乳酸合酶的ILV2基因、编码二羟异戊酸脱水酶的ILV3基因,得到工程菌HZAL-2pILV2pILV3。在工程菌HZAL-2pILV2pILV3的基础上进一步过表达编码葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的ZWF1基因,得到工程菌HZAL-2pILV2pILV3 22-ZWF1,其异丁醇产量比对照菌株提高6.81倍。结果表明,通过表达ZWF1基因提高NADPH产量可以解决菌体内部还原力不平衡的问题,从而提高异丁醇产量。

EMS诱变高异丁醇耐受性酿酒酵母的筛选

利用诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)对酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)W303-1A进行诱变,确定了诱变酿酒酵母最佳的EMS质量浓度为40μg/m L,筛选出1株遗传稳定、可耐3.0%(V/V)异丁醇的优势突变株EMS39。同时在菌株EMS39和W303-1A中过表达L-缬氨酸代谢途径中的关键基因ILV2、ILV5、ILV3和ARO10得到菌株EMS39 23510和W303-1A 23510,将对应的空载体转入菌株W303-1A中得到菌株W303-1A-EP作为对照菌,同时进行发酵性能检测。结果表明,菌株EMS39 23510异丁醇产量达到404.2 mg/L,比对照菌W303-1A-EP提高了529.6%,比菌株W303-1A 23510提高了3.9%,产率比对照菌W303-1A-EP提高了530.0%。其异丁醇及其他发酵产物的产量明显提高,有一定的研究和工业应用价值。

酿酒酵母的甘油和乙醇生物合成对异丁醇产率的影响

通过过表达酿酒酵母异丁醇合成途径中的相关基因,以及缺失编码合成甘油和乙醇的关键基因,来提高异丁醇产率。过表达酿酒酵母异丁醇合成途径中,乙酰乳酸合酶(Ilv2)和支链氨基酸转氨酶(Bat2)并缺失编码甘油合成的关键基因GPD2得到菌株HZAL-13(YEplac181-PGK1p-ILV2ORF),其厌氧发酵异丁醇产率比出发菌株增加3.91倍;在HZAL-13的基础上进一步缺失乙醇合成途径中编码丙酮酸脱羧酶的关键基因PDC6,得到菌株HZAL-14(YEplac181-PGK1p-ILV2ORF),其厌氧发酵异丁醇产率较出发菌株增加8.97倍。研究结果表明减少副产物甘油和乙醇的生物合成有助于提高异丁醇的产率,利用基因工程方法缺失GPD2基因为提高异丁醇产率提供了新方向。

国内首次用电除尘器净化高碱度烧结烟尘半工业试验成功

烧结机的机头废气净化,国外七十年代已基本上电除尘器化,但国内仍沿用机械除尘器,故达不到排放标准。为探索采用电除尘器净化机头废气(尤其是高碱度的烧结烟尘)的可能性,并为选型和确定主要设计参数提供依据,鞍山黑色冶金矿山设计研究院。

萜烯生物合成中关键酶的研究进展

萜烯类化合物是一类高度多样化的天然产物,具有抗肿瘤、抗氧化及免疫调节等生理活性,因此被广泛应用于医药健康、食品、化妆品领域。然而,直接从自然资源中获取萜烯类化合物效率低、成本高,且往往对生态环境产生不利影响,不能实现绿色可持续生产。微生物合成萜烯类化合物近年来备受关注,研究人员从合成途径的构建与调控、关键酶的理性及半理性改造、发酵工艺优化等多个方面进行了探究,取得了丰硕的成果。其中,合成途径中关键酶的催化效率是影响微生物生产萜烯类化合物的重要因素。针对关键酶的研究对于提高微生物合成萜烯类化合物的能力,推动该类天然产物微生物生产的大规模应用具有重要意义。对萜烯类化合物合成途径中的3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)、1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶(DXS)、异戊二烯基二磷酸合成酶(IDS)和萜烯合酶(TPS)4种关键酶的研究进行了综述,并总结讨论了如何通过代谢工程和蛋白质工程手段以及合成生物学技术调节关键酶的催化活性,提高微生物合成萜烯类化合物的效率,对未来利用微生物合成萜烯类化合物的发展进行了展望。