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谷氨酸棒杆菌耐受胁迫机制及工业鲁棒性合成生物学研究进展 被引量:5
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作者 徐美娟 上官春雨 +3 位作者 陈鑫 张显 杨套伟 饶志明 《生物工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期831-845,共15页
谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum作为一般被认为具有生物安全性的一种模式工业微生物,不仅在发酵工业中成功用于大规模生产氨基酸,而且具有合成多种新型化学品的潜力。谷氨酸棒杆菌菌株在生产化合物时,经常会受到各种逆境条件... 谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum作为一般被认为具有生物安全性的一种模式工业微生物,不仅在发酵工业中成功用于大规模生产氨基酸,而且具有合成多种新型化学品的潜力。谷氨酸棒杆菌菌株在生产化合物时,经常会受到各种逆境条件的胁迫,从而降低细胞活力和生产性能。合成生物学的发展为提高谷氨酸棒杆菌的鲁棒性提供了新的技术手段。本文总结了谷氨酸棒杆菌应对发酵过程中各种胁迫的耐受机制。同时,重点介绍提高谷氨酸棒杆菌底盘细胞鲁棒性和耐受性的合成生物学新策略,包括挖掘新的抗逆元件、改造转录调控因子、利用适应性进化策略挖掘抗逆功能模块等。最后,从生物传感器、转录调控因子的筛选和设计、多种调控元件利用等方面对提高谷氨酸棒杆菌底盘细胞鲁棒性进行了展望。 展开更多
关键词 谷氨酸棒杆菌 底盘细胞 鲁棒性 耐受机制 合成生物学
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代谢改造重组谷氨酸棒杆菌C4途径高效合成5-氨基乙酰丙酸 被引量:5
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作者 王丽君 闫思翰 +5 位作者 杨套伟 徐美娟 张显 邵明龙 李华钟 饶志明 《生物工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第12期4314-4328,共15页
5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid,5-ALA)在医药和农业等领域有着广泛作用,目前主要采用大肠杆菌或谷氨酸棒杆菌以微生物发酵法合成。为了进一步提高谷氨酸棒杆菌合成5-ALA的能力,对其C4代谢途径进行了系统代谢改造。首先分别在谷... 5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid,5-ALA)在医药和农业等领域有着广泛作用,目前主要采用大肠杆菌或谷氨酸棒杆菌以微生物发酵法合成。为了进一步提高谷氨酸棒杆菌合成5-ALA的能力,对其C4代谢途径进行了系统代谢改造。首先分别在谷氨酸棒杆菌中异源表达荚膜红杆菌和沼泽红假单胞菌的5-氨基乙酰丙酸合成酶ALAS,选择酶活相对较高的沼泽红假单胞菌的RphemA基因作为关键合成酶基因,并筛选到能显著增强RphemA的酶活性的核糖体结合位点RBS5。重组菌株ALAS的比酶活可达(221.87±3.10)U/mg,且5-ALA产量提高了14.3%;随后通过敲除α-酮戊二酸脱氢酶抑制蛋白基因(odhI)和琥珀酸脱氢酶基因(sdhA),促进了前体琥珀酰CoA向5-ALA途径的流动;通过sRNA抑制hemB表达减少了5-ALA的降解;并且过表达半胱氨酸/O-乙酰丝氨酸转运蛋白eamA提高了5-ALA的输出效率;使用重组菌株C.glutamicum13032/?odhI/?sdhA-sRNAhemB-RBS5RphemA-eamA摇瓶发酵,5-ALA最高产量达11.90g/L,较出发菌株提高了57%。最后,在5L发酵罐中进行补料分批发酵,48h内5-ALA的产量达25.05g/L,为目前以葡萄糖为碳源发酵的最高产量。本研究构建了高产5-ALA重组谷氨酸棒杆菌,具有良好的工业应用前景。 展开更多
关键词 谷氨酸棒杆菌 5-氨基乙酰丙酸 代谢改造 C4途径
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双功能尿苷酰转移/去除酶GlnD在谷氨酸棒杆菌JNR中的功能 被引量:2
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作者 李静 徐美娟 +6 位作者 舒群峰 赵雅雯 唐蜜 张显 杨套伟 许正宏 饶志明 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2206-2217,共12页
【目的】通过改造谷氨酸棒杆菌JNR中双功能尿苷酰转移/去除酶GlnD,减弱尿苷酰去除酶的活性,增强NH4+的转运和利用,提高L-精氨酸的合成。【方法】本文对来源于谷氨酸棒杆菌的突变菌株JNR中的双功能尿苷酰转移/去除酶GlnD进行整合突变,采... 【目的】通过改造谷氨酸棒杆菌JNR中双功能尿苷酰转移/去除酶GlnD,减弱尿苷酰去除酶的活性,增强NH4+的转运和利用,提高L-精氨酸的合成。【方法】本文对来源于谷氨酸棒杆菌的突变菌株JNR中的双功能尿苷酰转移/去除酶GlnD进行整合突变,采用同源重组的方法将H414和D415位点突变为两个丙氨酸AA,在此菌株的基础上过量表达PII蛋白GlnK,并对其进行尿苷酰化研究,离子色谱检测摇瓶发酵过程中NH4+的浓度,并对最终的改造菌株进行连续流加发酵分析。【结果】该双功能尿苷酰转移/去除酶在谷氨酸棒杆菌中成功进行整合突变,有效减弱了尿苷酰去除酶的活性;同时过表达PII蛋白GlnK,其酰基化程度明显增强。摇瓶发酵结果表明菌株L4消耗NH4+增加,L-精氨酸产量为36.2±1.2 g/L,比对照菌株L3高出22.7%。5-L发酵罐实验结果显示改造菌株L4的L-精氨酸的产量为52.2 g/L,较野生型菌株L0提高了25.3%。【结论】谷氨酸棒杆菌合成L-精氨酸的过程中氮源是必不可少的。减弱GlnD尿苷酰去除酶的活性后,胞内尿苷酰化的GlnK-UMP增加,GlnK-UMP与氮转录调控因子AmtR结合,转运至胞内的NH4+浓度提高,促使L-精氨酸产量显著提高。 展开更多
关键词 谷氨酸棒杆菌JNR 双功能尿苷酰转移/去除酶GlnD NH4+ L-精氨酸 整合突变
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TCA循环关键节点对L-谷氨酸合成的影响 被引量:11
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作者 乔郅钠 徐美娟 +4 位作者 龙梦飞 杨套伟 张显 中西秀树 饶志明 《生物工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期2113-2125,共13页
谷氨酸是一种重要的氨基酸,其衍生出来的高值化产品具有广泛的应用,市场需求量巨大。文中通过对出发菌株谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum E01和谷氨酸高产菌C.glutamicum G01进行转录组测序与重测序分析,挑选中心代谢途径中转... 谷氨酸是一种重要的氨基酸,其衍生出来的高值化产品具有广泛的应用,市场需求量巨大。文中通过对出发菌株谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum E01和谷氨酸高产菌C.glutamicum G01进行转录组测序与重测序分析,挑选中心代谢途径中转录水平和基因水平上存在差异的基因进行研究,以挖掘出对谷氨酸合成影响较大的基因进一步提高谷氨酸的产量。草酰乙酸节点和α-酮戊二酸节点在谷氨酸合成中扮演着重要角色,探索研究了草酰乙酸节点和α-酮戊二酸节点对谷氨酸生产的扰动影响。综合以上实验结果构建的整合菌株,5 L发酵罐发酵过程中其菌体生长速率较原始菌略有降低,但48h的谷氨酸产量高达(136.09±5.53)g/L,较原始菌的(93.53±4.52)g/L提高了45.5%;糖酸转化率提高至58.9%,较原始菌的45.2%提高了13.7%。可见,上述实验策略的应用在一定程度上提高了谷氨酸产量和糖酸转化率,为谷氨酸棒杆菌的代谢工程改造提供了理论基础。 展开更多
关键词 谷氨酸棒杆菌 谷氨酸 草酰乙酸节点 α-酮戊二酸节点 CRISPR/dCas9 核糖体结合位点优化
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重组枯草芽孢杆菌全细胞催化合成2-O-α-D-甘油葡糖苷 被引量:5
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作者 段培枫 尤甲甲 +4 位作者 徐美娟 杨套伟 邵明龙 张显 饶志明 《生物工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1918-1928,共11页
2-O-α-D-甘油葡糖苷是一种在食品、化妆品、保健品及医药领域有着重大应用前景的高附加值产品,但国内仍未实现2-O-α-D-甘油葡糖苷的工业化生产,且鲜有关于2-O-α-D-甘油葡糖苷合成的相关报道。文中旨在开发一种利用食品安全级重组枯... 2-O-α-D-甘油葡糖苷是一种在食品、化妆品、保健品及医药领域有着重大应用前景的高附加值产品,但国内仍未实现2-O-α-D-甘油葡糖苷的工业化生产,且鲜有关于2-O-α-D-甘油葡糖苷合成的相关报道。文中旨在开发一种利用食品安全级重组枯草芽孢杆菌全细胞催化合成2-O-α-D-甘油葡糖苷的方法,通过构建一株异源表达肠膜明串珠菌蔗糖磷酸化酶(Sucrose phosphorylase,SPase)的重组枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis 168/pMA5-gtfA,并将其用作全细胞催化剂合成2-O-α-D-甘油葡糖苷,通过优化培养温度、时间及全细胞转化条件,提高其转化合成2-O-α-D-甘油葡糖苷的产量。结果表明,重组枯草芽孢杆菌B. subtilis 168/pMA5-gtfA在30℃下培养20 h,菌体裂解物酶活力最大达1.43 U/mL,并且在1 mol/L蔗糖、2.5 mol/L甘油、pH 7.0、菌体OD600为40、30℃下全细胞转化反应48h,共生成2-O-α-D-甘油葡糖苷189.3g/L,平均转化速率为15.6mmol/(L·h),蔗糖转化率约为75.1%,是目前报道的利用重组枯草芽孢杆菌催化合成2-O-α-D-甘油葡糖苷的最高产量,这为2-O-α-D-甘油葡糖苷的工业化生产及应用奠定了理论和实验基础。 展开更多
关键词 2-O-α-D-甘油葡糖苷 异源表达 枯草芽孢杆菌 蔗糖磷酸化酶 全细胞催化
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天蓝色链霉菌海藻糖合酶的异源表达、活性分析及重组菌全细胞转化合成海藻糖的条件优化 被引量:4
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作者 吴傲 张显 +3 位作者 徐美娟 杨套伟 李华钟 饶志明 《生物工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1348-1358,共11页
从天蓝色链霉菌Streptomyces coelicolor克隆得到海藻糖合酶基因(ScTreS),在大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)中进行了异源表达,通过Ni-NTA亲和柱对表达产物进行分离纯化得到纯酶,经SDS-PAGE测定其分子量约为62.3 kDa。研究其酶学性... 从天蓝色链霉菌Streptomyces coelicolor克隆得到海藻糖合酶基因(ScTreS),在大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)中进行了异源表达,通过Ni-NTA亲和柱对表达产物进行分离纯化得到纯酶,经SDS-PAGE测定其分子量约为62.3 kDa。研究其酶学性质发现该酶最适温度35℃;最适pH7.0,对酸性条件比较敏感。通过同源建模和序列比对分析,对该基因进行定点突变。突变酶K246A比酶活比野生酶提高了1.43倍,突变酶A165T相对提高了1.39倍,海藻糖转化率分别提高了14%和10%。利用突变体重组菌K246A进行全细胞转化优化海藻糖的合成条件并放大进行5L罐发酵,结果表明:在麦芽糖浓度300g/L、初始反应温度和pH分别为35℃和7.0的条件下,转化率最高达到71.3%,产量为213.93 g/L;当底物浓度增加到700g/L时,海藻糖产量仍可达到465.98g/L。 展开更多
关键词 海藻糖合酶 克隆表达 定点突变 全细胞转化
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大肠杆菌全细胞转化联产L-2-氨基丁酸和D-葡萄糖酸 被引量:4
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作者 张蔡喆 杨套伟 +4 位作者 周俊平 郑俊贤 徐美娟 张显 饶志明 《生物工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第12期2028-2034,共7页
以大肠杆菌BL21(DE3)为表达宿主,构建两株分别表达L-苏氨酸脱氨酶(LTD,基因来源大肠杆菌)和共表达亮氨酸脱氢酶(LDH,来源蜡样芽孢杆菌)/葡萄糖脱氢酶(GDH,来源枯草芽孢杆菌)的重组大肠杆菌,在此基础上,构建了一种以L-苏氨酸和D-葡萄糖... 以大肠杆菌BL21(DE3)为表达宿主,构建两株分别表达L-苏氨酸脱氨酶(LTD,基因来源大肠杆菌)和共表达亮氨酸脱氢酶(LDH,来源蜡样芽孢杆菌)/葡萄糖脱氢酶(GDH,来源枯草芽孢杆菌)的重组大肠杆菌,在此基础上,构建了一种以L-苏氨酸和D-葡萄糖为底物联产L-2-氨基丁酸(L-ABA)和D-葡萄糖酸的全细胞转化系统。通过转化条件(温度、p H、细胞通透性和菌体量)优化,并采用分批补料策略,164 g/L L-苏氨酸和248 g/L D-葡萄糖最终转化得到141.6 g/L的L-ABA和269.4 g/L的D-葡萄糖酸,时空得率分别达到7.1 g/(L?h)和13.5 g/(L?h),得率超过99%。本研究使用价格低廉的大宗化学品高效率生产出有较高附加值的产物,全细胞转化系统无需额外添加昂贵的辅酶,更适用于工业化生产。 展开更多
关键词 全细胞转化 L-2-氨基丁酸 D-葡萄糖酸 脱氨酶 脱氢酶
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亮氨酸脱氢酶C端Loop区域的理性设计及多酶级联高效合成L-2-氨基丁酸 被引量:2
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作者 陈佳杰 徐美娟 +4 位作者 杨套伟 张显 邵明龙 李华钟 饶志明 《生物工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第12期4254-4265,共12页
亮氨酸脱氢酶(Leucinedehydrogenase,LDH)是制备L-2-氨基丁酸的关键限速酶,针对该酶的Loop区域进行改造以提高关键酶的酶活及稳定性从而高效合成L-2-氨基丁酸。通过亮氨酸脱氢酶的分子动力学模拟分析均方根涨落(Root mean square fluctu... 亮氨酸脱氢酶(Leucinedehydrogenase,LDH)是制备L-2-氨基丁酸的关键限速酶,针对该酶的Loop区域进行改造以提高关键酶的酶活及稳定性从而高效合成L-2-氨基丁酸。通过亮氨酸脱氢酶的分子动力学模拟分析均方根涨落(Root mean square fluctuation,RMSF)值,对其波动非常明显的Loop区域合理设计以得到比酶活提高的截短突变体EsLDHD2,其比酶活为野生型的123.2%;此外,由于L-2-氨基丁酸制备过程中苏氨酸脱氨酶催化L-苏氨酸制备2-酮丁酸的速率过快导致多酶催化不平衡,因此双拷贝亮氨酸脱氢酶及甲酸脱氢酶以平衡多酶催化速率,构建多酶级联催化的单细胞E.coliBL21/pACYCDuet-RM,其摩尔转化率相较于E.coliBL21/pACYCDuet-RO提高74.6%;对菌株E. coli BL21/pACYCDuet-RM的全细胞转化条件进行优化,其最适pH、温度、底物浓度分别为7.5、35℃和80 g/L,此时摩尔转化率大于99%;在1 L转化体系和最适转化条件下分批加入L-苏氨酸80 g和40 g,L-2-氨基丁酸的产量达97.2g。总之,该策略为L-2-氨基丁酸的制备提供了绿色、高效的合成方法,具有工业化制备药物前体的巨大潜力。 展开更多
关键词 亮氨酸脱氢酶 L-2-氨基丁酸 Loop区域 多酶级联催化 全细胞转化
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米黑根毛霉来源L-天冬酰胺酶的分子改造及高效表达 被引量:1
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作者 朱曼迟 张显 +5 位作者 王志 林文萱 徐美娟 杨套伟 邵明龙 饶志明 《生物工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第9期3242-3252,共11页
L-天冬酰胺酶能够水解L-天冬酰胺生成L-天冬氨酸和氨,广泛存在于微生物、植物和部分啮齿类动物的血清中,在医药和食品行业中都具有重要应用。然而无论是在医药还是在食品行业中,L-天冬酰胺酶依然存在一些问题,如催化效率低、热稳定性差... L-天冬酰胺酶能够水解L-天冬酰胺生成L-天冬氨酸和氨,广泛存在于微生物、植物和部分啮齿类动物的血清中,在医药和食品行业中都具有重要应用。然而无论是在医药还是在食品行业中,L-天冬酰胺酶依然存在一些问题,如催化效率低、热稳定性差、产量低等。文中通过理性设计及5′非翻译区(5′untranslated region,5′UTR)改造提高米黑根毛霉Rhizomucor miehei来源的L-天冬酰胺酶(RmAsnase)的酶活及蛋白表达量。结果显示,通过同源建模结合序列比对分析构建的6个突变菌株中,突变酶A344E比酶活较野生酶提高了1.5倍。继而构建食品安全菌株枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis 168/pMA5-A344E,对其进行UTR改造,获得重组菌株B.subtilis168/pMA5 UTR-A344E,其酶活较原始菌提高了7.2倍,对重组菌B.subtilis 168/pMA5 UTR-A344E进行5 L罐研究,最终产量为489.1 U/mL。该酶活提高的重组菌株对L-天冬酰胺酶的工业化应用具有重要价值。 展开更多
关键词 L-天冬酰胺酶 定点突变 比酶活 UTR改造
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离子转运蛋白调控钝齿棒杆菌离子和pH稳态促进L-精氨酸合成 被引量:1
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作者 刘晶 徐美娟 +5 位作者 满在伟 高惠芳 张显 杨套伟 许正宏 饶志明 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期2277-2291,共15页
L-精氨酸是一种半必需氨基酸,广泛应用于食品、制药、饲料等行业。【目的】当前对L-精氨酸生产菌株的研究,极少涉及离子转运领域。在本研究中,发现在发酵时适量添加外源K+有利于促进钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum)SYPA5-5合成L-... L-精氨酸是一种半必需氨基酸,广泛应用于食品、制药、饲料等行业。【目的】当前对L-精氨酸生产菌株的研究,极少涉及离子转运领域。在本研究中,发现在发酵时适量添加外源K+有利于促进钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum)SYPA5-5合成L-精氨酸。【方法】在C.crenatum SYPA5-5发酵培养基外源添加0.5 g/L和2.5 g/L的K3PO4,取对数期发酵样品进行转录组数据分析,挖掘出K+转运相关的阳离子转运ATP酶CTAP1以及单价阳离子/H+逆转运蛋白Mrp1A,研究其在C.crenatum SYPA5-5快速合成L-精氨酸阶段,对菌株生长及L-精氨酸合成的影响。【结果】对基因ctap1和mrp1分别进行敲除和过表达,深入研究突变株对L-精氨酸合成的影响。研究发现同时过表达离子转运蛋白CTAP1和Mrp1A更有利于胞内离子、pH稳态和渗透压调节,最终提高L-精氨酸的产量。在补料分批发酵中分别过表达Mrp1A、CTAP1以及同时过表达Mrp1A和CTAP1的菌株L-精氨酸产量分别达到61.4 g/L、63.9 g/L和65.3 g/L,产率分别为0.383 g/g、0.392 g/g和0.395 g/g,比C.crenatum SYPA5-5分别提高了34.9%、38.0%和39.1%。【结论】CTAP1是特异性的K+转运ATP酶,可以将培养基中的K+运输到胞内。同时Mrp1A可将胞内K+和Na+等单价阳离子运输到胞外,将胞外H+运输至胞内,中和胞内L-精氨酸所导致的碱性环境,从而维持胞内pH稳定。CTAP1和Mrp1A的研究为解析离子转运机制和L-精氨酸合成之间的联系奠定了基础。 展开更多
关键词 钝齿棒杆菌SYPA5-5 阳离子转运ATP酶CTAP1 单价阳离子/H+逆转运蛋白Mrp1A 钾离子
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钝齿棒杆菌GlnK在氮代谢调控及L-精氨酸合成中的功能 被引量:1
11
作者 唐蜜 王晴 +3 位作者 杨套伟 张显 徐美娟 饶志明 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期2323-2340,共18页
【目的】钝齿棒杆菌是重要的氨基酸生产菌株,本研究针对氮代谢PⅡ信号转导蛋白GlnK展开相关功能研究,分析其在钝齿棒杆菌氮代谢调控及L-精氨酸合成中的作用。【方法】以GlnK蛋白为研究对象,通过基因敲除等遗传方法获得过表达、敲除及敲... 【目的】钝齿棒杆菌是重要的氨基酸生产菌株,本研究针对氮代谢PⅡ信号转导蛋白GlnK展开相关功能研究,分析其在钝齿棒杆菌氮代谢调控及L-精氨酸合成中的作用。【方法】以GlnK蛋白为研究对象,通过基因敲除等遗传方法获得过表达、敲除及敲弱glnK的重组钝齿棒杆菌,研究GlnK对NH4+吸收的影响,通过RT-qPCR和酶活测定,从转录水平和蛋白水平上揭示GlnK对氮代谢和L-精氨酸合成相关基因表达水平及酶活的影响,通过5-L发酵罐发酵产L-精氨酸研究GlnK对L-精氨酸合成的影响。【结果】过表达glnK能明显促进NH4+的吸收,而敲除glnK后则会抑制NH4+的摄取;RT-qPCR和酶活测定发现,相比于野生型菌株Cc5-5,glnK过表达菌株Cc-glnK中与铵吸收相关的基因,表达量平均上调约4.58倍,L-精氨酸合成基因簇中基因的表达水平平均上调1.50倍。Cc-glnK中氮代谢相关蛋白的酶活平均提高46.97%;L-精氨酸合成途径上7个关键酶的酶活平均提高30.00%;5-L发酵罐发酵各重组菌株结果表明,Cc-glnK菌株的产量可达49.53 g/L,产率为0.516 g/(L·h),相比于出发菌株Cc5-5,其L-精氨酸产量提高了28.65%。【结论】过表达GlnK能促进NH4+的吸收及利用,并通过影响L-精氨酸合成途径上关键基因的表达水平,提高关键酶的酶活,最终提高L-精氨酸的产量。本研究为后续探索钝齿棒杆菌氮代谢调控机制及代谢工程改造钝齿棒杆菌生产L-精氨酸提供了一种新的策略。 展开更多
关键词 L-精氨酸 钝齿棒杆菌 氮代谢 PⅡ信号转导蛋白GlnK
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基于多酶级联协调表达策略高效催化合成(S)-2-羟基丁酸
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作者 田灵芝 周俊平 +4 位作者 杨套伟 张显 邵明龙 徐美娟 饶志明 《生物工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第12期4231-4242,共12页
2-羟基丁酸(2-hydroxybutyric acid,2-HBA)是合成生物可降解材料和各种药物的重要中间体,化学法合成的外消旋2-HBA需要去消旋才能获得光学纯对映异构体,应用于工业。文中通过在大肠杆菌Escherichiacoli BL21(DE3)中共表达苏氨酸脱氨酶(T... 2-羟基丁酸(2-hydroxybutyric acid,2-HBA)是合成生物可降解材料和各种药物的重要中间体,化学法合成的外消旋2-HBA需要去消旋才能获得光学纯对映异构体,应用于工业。文中通过在大肠杆菌Escherichiacoli BL21(DE3)中共表达苏氨酸脱氨酶(Threoninedeaminase,TD)、L-乳酸脱氢酶(L-lactatedehydrogenase,LDH)和甲酸脱氢酶(Formatedehydrogenase,FDH),构建(S)-2-HBA的合成途径及其辅因子NADH的循环系统,实现了基于三酶级联反应催化底物L-苏氨酸合成(S)-2-HBA。为了解决多酶级联催化反应中中间产物2-酮丁酸的生成速率和消耗率不匹配的问题,文中通过启动子工程策略来调控TD和FDH的表达水平,获得了多酶催化速率平衡的重组大肠杆菌P21285FDH-T7V7827。在5 L发酵罐水平,全细胞催化反应16 h,(S)-2-HBA的最高产量为143g/L,摩尔转化率为97%,为迄今报道的最高产量的1.83倍,使其具有较强的工业化应用潜力。此外,结果表明,在单细胞中构建可调节的多酶协调表达系统对生物催化制备羟基酸类化合物具有重要意义。 展开更多
关键词 级联生物催化 (S)-2-羟基丁酸 多酶协调表达系统 NADH循环 启动子工程
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构建酿酒酵母细胞工厂高效合成摩尔酸
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作者 高惠芳 邵明龙 +5 位作者 周武林 张显 杨套伟 徐美娟 高晓冬 饶志明 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第11期3506-3519,共14页
【目的】摩尔酸作为齐墩果烷型三萜化合物具有抗HIV、抗炎等多种生物学活性,其前体物质是计曼尼醇,本研究基于合成生物学策略构建酿酒酵母细胞工厂高效合成摩尔酸。【方法】运用CRISPR/Cas9技术,首先分别整合不同来源的氧化鲨烯环化酶(O... 【目的】摩尔酸作为齐墩果烷型三萜化合物具有抗HIV、抗炎等多种生物学活性,其前体物质是计曼尼醇,本研究基于合成生物学策略构建酿酒酵母细胞工厂高效合成摩尔酸。【方法】运用CRISPR/Cas9技术,首先分别整合不同来源的氧化鲨烯环化酶(OSCs),筛选高产计曼尼醇底盘细胞;进一步异源表达长春花来源的细胞色素P450氧化酶(CYP716AL1)和麻风树来源的细胞色素P450还原酶(JcCPR),构建摩尔酸生物合成途径;并通过CYP716AL1和不同来源的CPR适配研究以及过表达甲羟戊酸(MVA)代谢途径中关键酶的方式提高摩尔酸的产量。【结果】整合苹果来源的氧化鲨烯环化酶MdOSC获得的重组菌株计曼尼醇产量最高,达68.3 mg/L;以此为底盘细胞进一步整合CYP716AL1和JcCPR实现了摩尔酸的生物合成,产量为15.0 mg/L;共表达CYP716AL1和拟南芥来源的CPR获得的重组菌株摩尔酸产量最高,达到24.3 mg/L;最后过表达MVA代谢途径中的关键酶法呢基焦磷酸合酶(ERG20)和鲨烯环氧酶(ERG1),获得的重组菌株摩尔酸产量高达34.1 mg/L。【结论】本研究实现了摩尔酸的高效生物合成,为构建高产齐墩果烷型三萜酿酒酵母细胞工厂提供了理论和技术依据。 展开更多
关键词 三萜 计曼尼醇 摩尔酸 合成生物学 酿酒酵母
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Abrogation of Hn RNP L enhances anti-PD-1 therapy efficacy via diminishing PD-L1 and promoting CD8^(+) T cell-mediated ferroptosis in castration-resistant prostate cancer 被引量:6
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作者 Xumin Zhou Libin Zou +12 位作者 Hangyu Liao Junqi Luo taowei yang Jun Wu Wenbin Chen Kaihui Wu Shengren Cen Daojun Lv Fangpeng Shu Yu yang Chun Li Bingkun Li Xiangming Mao 《Acta Pharmaceutica Sinica B》 SCIE CAS CSCD 2022年第2期692-707,共16页
Owing to incurable castration-resistant prostate cancer(CRPC)ultimately developing after treating with androgen deprivation therapy(ADT),it is vital to devise new therapeutic strategies to treat CRPC.Treatments that t... Owing to incurable castration-resistant prostate cancer(CRPC)ultimately developing after treating with androgen deprivation therapy(ADT),it is vital to devise new therapeutic strategies to treat CRPC.Treatments that target programmed cell death protein 1(PD-1)and programmed death ligand-1(PD-L1)have been approved for human cancers with clinical benefit.However,many patients,especially prostate cancer,fail to respond to anti-PD-1/PD-L1 treatment,so it is an urgent need to seek a support strategy for improving the traditional PD-1/PD-L1 targeting immunotherapy.In the present study,analyzing the data from our prostate cancer tissue microarray,we found that PD-L1 expression was positively correlated with the expression of heterogeneous nuclear ribonucleoprotein L(Hn RNP L).Hence,we further investigated the potential role of Hn RNP L on the PD-L1 expression,the sensitivity of cancer cells to T-cell killing and the synergistic effect with anti-PD-1 therapy in CRPC.Indeed,Hn RNP L knockdown effectively decreased PD-L1 expression and recovered the sensitivity of cancer cells to T-cell killing in vitro and in vivo,on the contrary,Hn RNP L overexpression led to the opposite effect in CRPC cells.In addition,consistent with the previous study,we revealed that ferroptosis played a critical role in T-cell-induced cancer cell death,and Hn RNP L promoted the cancer immune escape partly through targeting YY1/PD-L1 axis and inhibiting ferroptosis in CRPC cells.Furthermore,Hn RNP L knockdown enhanced antitumor immunity by recruiting infiltrating CD8^(+)T cells and synergized with anti-PD-1 therapy in CRPC tumors.This study provided biological evidence that Hn RNP L knockdown might be a novel therapeutic agent in PD-L1/PD-1 blockade strategy that enhanced anti-tumor immune response in CRPC. 展开更多
关键词 HnRNP L PD-L1 YY1 Ferroptosis Immune escape Immune checkpoint blockade Anti-PD-1 therapy Castration-resistant prostate cancer
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Cascade biocatalysis for production of enantiopure(S)-2-hydroxybutyric acid using recombinant Escherichia coli with a tunable multi-enzyme-coordinate expression system 被引量:1
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作者 Lingzhi Tian Junping Zhou +3 位作者 taowei yang Xian Zhang Meijuan Xu Zhiming Rao 《Systems Microbiology and Biomanufacturing》 2021年第2期234-244,共11页
Racemize 2-hydroxybutyric acid is usually synthesized by organic methods and needs additional deracemization to obtain optically pure enantiomers for industrial application.Here we present a cascade biocatalysis syste... Racemize 2-hydroxybutyric acid is usually synthesized by organic methods and needs additional deracemization to obtain optically pure enantiomers for industrial application.Here we present a cascade biocatalysis system in Escherichia coli BL21 which employed L-threonine deaminase(TD),NAD-dependent L-lactate dehydrogenase(LDH)and alcohol dehydrogenase(ADH)for producing optically pure(S)-2-hydroxybutyric acid((S)-2-HBA)from bulk chemical L-threonine.To solve the mismatch in the conversion rate and the consumption rate of intermediate 2-oxobutyric acid(2-OBA)formed in the multi-enzyme catalysis reaction,ribosome binding site regulation strategy was explored to control TD expression levels,achieving an eightfold alteration in the conversion rate of 2-OBA.With the optimized activity ratio of the three enzymes and using ADH for NADH regeneration,the recombinant strain ADH-r53 showed increased production of(S)-2-HBA with the highest titer of 129 g/L and molar yield of 93%within 24 h,which is approximately 1.65 times that of the highest yield reported so far.Moreover,(S)-2-HBA could easily be purified by distillation,making it have great potential for industrial application.Additionally,our results indicated that constructing a tunable multi-enzyme-coordinate expression system in single cell had great significance in biocatalysis of hydroxyl acids. 展开更多
关键词 Cascade biocatalysis (S)-2-hydroxybutyric acid Multi-enzyme-coordinate expression system NADH regeneration Ribosome binding site strength
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Comparative transcriptome analysis reveals metabolic regulation of prodigiosin in Serratia marcescens
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作者 yang Sun Lijun Wang +5 位作者 Tolbert Osire Weilai Fu Ganfeng Yi Shang-Tian yang taowei yang Zhiming Rao 《Systems Microbiology and Biomanufacturing》 2021年第3期323-335,共13页
Prodigiosin is a secondary metabolite mainly produced at 30°C in Serratia marcescens,but it can hardly be synthetized at 37°C or higher.In this study,we provide insight into the metabolic regulation of prodi... Prodigiosin is a secondary metabolite mainly produced at 30°C in Serratia marcescens,but it can hardly be synthetized at 37°C or higher.In this study,we provide insight into the metabolic regulation of prodigiosin synthesis in response to temperature through transcriptome sequencing.The analysis of the function of differentially expressed genes suggested that temperature resulted in significant alteration of the metabolic pathways between 30 and 37°C.Specifically,30°C favored transcriptional expression of the pig gene cluster.At the same time,the carbon flux was redistributed to pathways of pyruvate,proline,serine,especially homoserine,cystathionine,homocysteine,methionine,and s-adenosylmethionine metabolism,all involved in prodigiosin biosynthesis,and was finally increased towards the prodigiosin synthesis pathway in S.marcescens at 30°C.Interestingly,results further confirmed increased transcriptional level of five regulators(LuxS,RpoS,Hfq,EepR,CRP),and decreased content of hexS through qPCR.Finally,successful co-overexpression of mmuM and metK,related to homocysteine,methionine,and s-adenosylmethionine metabolism,in the chromosome of JNB5-1(JNB5-1/MK)resulted in increased prodigiosin titer up to 7.57 g/L in JNB5-1/MK at 30°C,which was 41.2%higher than that in JNB5-1.Our transcriptome analysis provides further insight into the strain’s response to temperature changes at the transcription level,which is of great significance for improving the production of prodigiosin. 展开更多
关键词 S.marcescens PRODIGIOSIN TRANSCRIPTOME TEMPERATURE-DEPENDENT Metabolic regulation
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