微生物合成丙二酰辅酶A衍生物的代谢工程

丙二酰辅酶A是一种重要的微生物胞内代谢中间产物,由于其独特的结构,可衍生为几类具有独特结构的化合物,包括:脂肪酸类化合物、生物基化学品和植物源黄酮及聚酮类天然产物等。这些化合物广泛应用于食品、医药、化工和能源等领域。目前,微生物大量合成上述丙二酰辅酶A衍生物的限制性因素是其胞内较低的丙二酰辅酶A含量。本文中,笔者以提高微生物合成丙二酰辅酶A衍生物为核心,综述了提高其前体丙二酰辅酶A导向目标产物的代谢工程策略,包括丙二酰辅酶A合成途径的强化、竞争支路途径的消减以及其含量的精细调控等,以期为微生物合成丙二酰辅酶A衍生物的进一步研究提供参考。

产2S-甲基丙二酰辅酶A的基因工程假单胞菌的构建

目的假单胞菌是次级代谢产物生物异源表达的优良宿主菌,然而它缺少许多次级代谢产物生物合成所需的小分子前体2S-甲基丙二酸辅酶A(2S-mm-CoA),因此构建产生2S-mm-CoA的宿主菌将有利于次级代谢产物的异源表达。方法本研究将来源于大肠埃希菌的编码甲基丙二酰辅酶A变位酶的sbm基因和编码甲基丙二酰辅酶A变位酶复合物保护蛋白的argK基因以及来源于天蓝色链霉菌的编码甲基丙二酰辅酶A异构酶的epi基因通过同源重组整合到恶臭假单胞菌KT2440(Pseudomonas putida KT2440)基因组,得到基因工程菌株P.putida LS-MCM。结果气质联用(GC/MS)分析表明P.putida LS-MCM能产生达2.22nmol/mL的2S-mm-CoA。结论 P.putida LS-MCM可作为异源表达需要2S-mm-CoA作为前体单元的次级代谢产物的宿主菌。

丙二酰辅酶A轴——缺血性心脏病治疗的新靶点

心血管疾病是人类疾病死亡和残疾的主要原因,其中缺血性心脏病已成为心血管疾病的主要负担。目前缺血性心脏病的治疗主要包括:改善心脏血供、增加氧气供应以及减少心脏的需氧。尽管近来治疗有新的进展,但缺血性心脏病仍是一个主要健康问题。因此,新的治疗策略是必需的,而优化心肌能量代谢可使心脏更高效地产生能量,并更有效降低与缺血/再灌注相关的酸中毒程度。本文对近年来通过操控丙二酰辅酶A轴优化心肌能量代谢进行综述。

CRISPRi/ddCpf1促进大肠杆菌中丙二酰辅酶A的积累

丙二酰辅酶A是多种有价值化合物(包括食品、保健品等)合成的重要前体物质,其合成已成为大肠杆菌中生产目标代谢物的潜在瓶颈。为解决其生物合成的瓶颈问题,作者通过CRISPR干扰(CRISPR interference,CRISPRi)促进丙二酰辅酶A的积累。首先,构建了丙二酰辅酶A的生物传感器,实现了其快速、可视化的胞内测量。随后,构建了CRISPRi/ddCpf1系统,实现了基因转录的抑制,并尝试用ddCpf1(催化失活的Cpf1)和RNA聚合酶抑制蛋白Gp2融合表达(CRISPRi/ddCpf1-Gp2)。结果表明,Gp2虽然有一定的转录抑制效果,但是严重影响了生长。最后,利用CRISPRi/ddCpf1系统进行两组双靶点基因抑制,分别靶向乙醛脱氢酶和3-氧代酰基-酰基载体蛋白合酶II基因,以及3-氧代酰基-酰基载体蛋白合酶I和琥珀酰辅酶A合成酶基因,均实现了丙二酰辅酶A浓度的提高。

甲基丙二酰辅酶A变位酶表达载体的构建及初步表达

目的:克隆表达甲基丙二酰辅酶A变位酶(MCM)蛋白,为进一步研究相关基因突变对功能的影响机制奠定基础。方法:自人外周血淋巴细胞中提取总RNA、逆转录,并与pET32a构建融合蛋白原核表达载体;优化蛋白表达诱导条件;经SDS-PAGE、WesternBlot检测目的蛋白的表达。结果:经酶切鉴定并经测序证实获得全长2210bp的甲基丙二酰辅酶A变位酶基因(MUT),并成功构建融合蛋白原核表达载体,SDS-PAGE在102 kDa处获得目的条带,Western Blot检测确定为MCM表达蛋白。结论:成功克隆表达出MCM表达蛋白。

不同表达条件对Eimeria tenella丙二酰单酰辅酶A:ACP转移酶活性的影响

为探讨不同原核表达载体、不同表达温度对重组表达Eimeria tenella丙二酸单酰辅酶A:ACP转移酶活性的影响,以生物信息学技术预测的E.tenellaⅡ型脂肪酸合成代谢途径中的丙二酰单酰辅酶A:ACP转移酶(Et-MCAT)编码序列为基础,分别设计引物扩增完整ORF,采取截除信号肽而保留转导肽以及切除信号肽和转导肽的不同策略,选择pMAL-c2x、pET-32a(+)和pProExHTa3种不同表达载体分别构建重组表达质粒,转化大肠杆菌Rosseta(DE3)后,在不同条件下诱导表达,利用酮戊二酸脱氢酶(KDH)偶联系统测定表达产物的酶活性,以评价不同表达策略对表达效果和表达产物活性的影响。表达水平和酶活性分析结果显示,惟切除信号肽和转导肽后的功能蛋白编码区能表达,Rosseta(DE3)/pMAL-c2x-mcat体系的可溶性表达量高于Rosseta(DE3)/pET-32a(+)-mcat,但二者表达产物的酶活性相似,且均随着诱导温度的降低其可溶性蛋白表达量增加。但Rosseta(DE3)/pProExHTa-mcat体系仅能表达不溶性蛋白,且复性后无酶活性,改变诱导温度对表达效果无明显影响。结果表明不同表达载体和诱导温度对大肠杆菌所表达EtMCAT的活性及其表达形式有显著影响,其中融合标签和表达温度可能是主要的影响因素,包涵体表达的重组酶即使复性处理仍难达到酶活性分析的要求。

顶复门原虫与细菌Ⅱ型丙二酰单酰辅酶A:ACP转酰基酶研究进展

大部分顶复门原虫与人畜重要寄生虫病密切相关。近年来,由于各类药物在寄生虫与细菌病防治中的广泛应用,甚至是滥用,造成了这类寄生虫与细菌的严重抗药性,急需一些新型抗感染性药物的出现。由于在一些顶复门原虫与细菌中广泛存在的Ⅱ型脂肪酸代谢途径在其脊椎动物宿主中并不存在,而丙二酰单酰辅酶A:ACP转酰基酶(malonyl-CoA:ACP transacylase,MCAT)是由mcat基因编码的一种巯基酶,负责在起始步骤把丙二酰基团从丙二酰单酰CoA上的硫酯连接部位转移到ACP的磷酸泛酰巯基乙胺臂上而形成丙二酰单酰ACP,对于顶复门原虫和细菌的脂肪酸合成代谢至关重要,成为研究开发药物的理想靶位。文章对ACP转酰基酶的研究进展进行了综述。

腾冲嗜热菌甲基丙二酰辅酶A异构酶的2.0埃晶体结构

甲基丙二酰辅酶A在多个生物降解及合成途径中是一个重要的代谢中间产物。我们克隆了来源于Thermoanaerobacter tengcongensis的tteMMCE基因,通过表达、纯化,

乙酰辅酶A羧化酶在治疗肥胖中的潜在作用

肥胖作为一种疾病引起了世界各国越来越多的重视。目前,对乙酰辅酶A羧化酶的研究表明,该酶和肥胖的发生有着重大关系,脂肪的代谢异常是导致肥胖的重要原因之一。乙酰辅酶A羧化酶是脂肪代谢过程中的一种重要的调节酶,它的产物丙二酰辅酶A的含量在一定程度上控制着脂肪酸的代谢。因此对乙酰辅酶A羧化酶的深入研究很可能为肥胖的治疗提供新的医疗手段。该文介绍乙酰辅酶A羧化酶在脂肪代谢中的作用、分类与调控,以及当前国际上对其研究的最新进展。

15例甲基丙二酸血症患儿临床特征和基因突变分析

目的分析15例甲基丙二酸血症(MMA)患儿临床特征和基因突变,为家系遗传咨询、产前诊断和新生儿筛查提供依据。方法选择15例先证者MMA患儿,其中男性7例,女性8例;年龄63 h~11岁,中位年龄2岁;cblC型12例(1个月~11岁,中位年龄1岁6个月),mut型3例(年龄63 h、3 d和3岁)。分析其临床资料。应用液相色谱和串联质谱技术对患儿尿液和血液代谢物进行筛查,应用Sanger测序方法结合高通量测序对患儿家系进行相关基因检测和分析。结果15例MMA患儿临床表现各异,累及全身多系统,常见临床表型主要为癫痫、水电解质紊乱、贫血、粒细胞缺乏和呼吸性/代谢性酸中毒等。在12例cblC型患儿钴胺素代谢相关C基因(MMACHC)中共检测出8种基因突变,包括7种错义突变和1种缺失突变,其中最常见的为c.658-660delAAG、c.609G>A和c.80A>G,分别占25%(6/24)、20.83%(5/24)和20.83%(5/24)。在3例mut型患儿甲基丙二酰辅酶A变位酶基因(MUT)中共检测出5种基因突变,包括3种错义突变、2种剪接位点突变。结论MMA亚型cblC型与表型存在一定相关性,mut型临床表现比cblC型更为严重。该研究结果丰富了MMA相关基因突变谱,为遗传咨询、产前诊断和新生儿筛查提供了依据。

甲基丙二酸血症患儿MUT基因突变分析

目的检测甲基丙二酸血症（methylmalonicacidemia，MMA）患儿MUT基因突变类型及突变频率，探讨基因型与临床表型之间的关系。方法依据串联质谱检测血酰基肉碱、气相色谱质谱检测尿甲基丙二酸以及维生素B12负荷试验等，诊断21例单纯MMA患儿；采用聚合酶链反应和直接测序法对这些患儿进行MUT基因突变检测分析。结果在21例单纯MMA患儿中14例检测到17种MUT基因突变，其中8种为未报道突变。以c．323G〉A（R108H）、c.729_730insTT（D244LfsX39）与c.630_1631GG〉TA（G544X）较为常见，突变频率分别为14．3％、10．7％及14．3％，以错义突变多见（64．7％）。14例MUT突变患儿中10例为早发型，1例为迟发型，3例由新生儿出生筛查检出；11例为维生素B12无效型，3例为有效型。结论揭示了中国MMA患儿中MUT基因的部分突变谱，MUT基因突变患儿发病较早，多为维生素B12无效型。

下丘脑对脂类的营养感应及其参与食欲调控的机制

食欲的形成与机体健康密切相关,并受控于营养信号、活性氧以及一系列激素信号的调节,下丘脑是各种食欲信号整合的主要中枢。最新研究表明,脂类营养物质可以被下丘脑特化的能量敏感神经元所感应,脂肪酸及其在细胞内的代谢产物分别以非代谢依赖性和代谢依赖性的方式参与机体能量稳态的调节,对于食欲调节以及能量平衡具有重要影响。本文综述了下丘脑对脂类的营养感应及其参与食欲调控的机制。

乙酰辅酶A羧化酶反义寡核苷酸对非酒精性脂肪肝细胞模型的作用

目的观察乙酰辅酶A羧化酶(ACC)反义寡核苷酸(ASODN)对HL-7702肝细胞脂肪变性的影响。方法用计算机软件设计并合成特异性靶向ACC的硫代修饰ASODN。用静脉脂肪乳剂体外培养正常HL-7702肝细胞48 h,制备体外脂肪肝细胞模型。以脂质体法将ACC-ASODN转染至脂肪肝细胞模型,设置空白组(HL-7702肝细胞组)、模型组(脂肪肝细胞模型组)、低高2个浓度实验组(5,10μmol·L^(-1)ACC-ASODN转染组)。以ACC-ASODN转染入脂肪肝细胞模型24 h后,放射性同位素技术测定ACC酶活性,HPLC法测定丙二酰辅酶A含量,放射性同位素技术测定肉碱棕榈酰转移酶Ⅰ(CPT I)活性,用全自动生化分析仪测定4组肝细胞内三酰甘油(TG)含量。结果 ACC-ASODN转染入脂肪肝细胞模型24 h后,空白组、模型组及低、高2个浓度实验组的肝细胞ACC活性(U)分别是0.74,0.33,0.20,0.18;这4组的细胞内丙二酰辅酶A含量(nmol·L^(-1))分别是14.3,12.4,7.5,6.8;这4组的细胞CPTⅠ活性(U)分别是1.33,1.47,3.85,3.95;这4组的TG含量分别是0.20,0.52,0.37,0.28 mmol·L^(-1)。模型组与空白组的以上几项指标比较,差异均有统计学意义(均P<0.05);实验组与模型组的以上几项指标比较,差异均有统计学意义(均P<0.01)。结论 ACC-ASODN作用于肝细胞,通过抑制肝细胞ACC活性,使TG含量下降,从而减轻肝细胞脂肪变性。

MICT/HIIT对高脂膳食大鼠心肌和比目鱼肌超微结构的影响及机制探讨

目的:观察中等强度持续运动(MICT)与高强度间歇运动(HIIT)对高脂膳食大鼠心肌和比目鱼肌超微结构的影响并探讨其机制。方法:5周龄雄性SD大鼠随机分为普通膳食安静组(C)、高脂膳食安静组(F)、高脂膳食MICT组(M)和高脂膳食HIIT组(H),每组8只,高脂膳食饲料脂肪含量为45%。M和H组进行12周坡度为25°的跑台运动,M组进行70%VO_(2)max强度的持续运动,H组进行以5 min 40%~45%VO_(2)max和4 min 95%~99%VO_(2)max强度依次交替的间歇运动。干预结束后检测血清FFA、TG、HDL、LDL含量;透射电镜观察大鼠心肌和比目鱼肌超微结构;Western blot检测心肌和比目鱼肌AMPK、MCD及CPT-1的蛋白表达。结果:与C组比较,F组大鼠体重、Lee`s指数、血清LDL、TG和FFA含量均增加,HDL含量降低(P<0.05);心肌和比目鱼肌AMPK、CPT-1蛋白表达升高,MCD蛋白表达降低(P<0.05),超微结构损伤。与F组比较,M、H组大鼠体重、Lee`s指数降低、血清LDL、FFA含量降低(P<0.01);心肌AMPK、MCD、CPT-1蛋白表达增加,比目鱼肌AMPK、MCD蛋白表达增加(P<0.05),超微结构损伤减轻。与M组比较,H组大鼠血清HDL含量增加(P<0.01),心肌AMPK、MCD蛋白表达增加,超微结构损伤较轻;比目鱼肌AMPK蛋白表达降低,MCD蛋白表达增加(P<0.05),超微结构损伤较重。结论:MICT与HIIT可通过干预AMPK、MCD、CPT-1蛋白表达,对高脂膳食大鼠心肌和比目鱼肌超微结构产生不同影响。

患儿甲基丙二酸血症的临床研究现状

患儿甲基丙二酸血症(MMA)的发病率和病死率均较高,是一种罕见的常染色体隐性遗传性丙酸代谢障碍性疾病,由甲基丙二酸辅酶(MMA的最常见原因)缺乏或在合成腺苷钴胺(辅因子)过程中未能将L-甲基丙二酸辅酶A转化为琥珀酰辅酶A引起。迄今为止已经鉴定出272种不同的突变,其中大多数为错义/无义突变,此种代谢错误表现为血浆和尿液中积累了大量甲基丙二酸,伴有或不伴有高同型半胱氨酸血症(称为孤立性MMA)。患儿可经历反复和严重的急性代谢失代偿期,表现为代谢性酸中毒、高氨血症和进行性脑病等,如不及时治疗,将严重危害生命。本文旨在对MMA的流行病学特点、临床表现、诊断、治疗等作一综述。

高脂饮食大鼠脂肪肝脂质代谢轴的变化及中药对其的干预作用

目的探讨腺苷酸活化的蛋白激酶(AMPK)-乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)-丙二酰辅酶A(Malonyl Co A)脂质代谢轴在脂肪肝病理机制中的意义。方法采用大鼠脂肪肝模型,随机分正常组、模型组和中药干预组各8只。造模12周,中药干预组在第8周起按1 ml/100 g鼠重予中药(中药"HJJB"复方:红景天苷、绞股蓝总苷、姜黄素、白术多糖)灌胃治疗。观察项目:1肝组织HE染色;2生化法检测血清及肝脏甘油三酯(TG)含量,酶免法检测肝脏游离脂肪酸(FFA)、AMPK、ACCase、Malonyl CoA含量;3肝脏TG、FFA、AMPK、ACCase、Malonyl CoA含量间的相关性分析。结果 1模型组肝脏出现严重的脂肪变性,肝脏TG、FFA、ACCase、Malonyl CoA含量较正常组均显著升高(P<0.01),肝脏AMPK含量较正常组显著降低(P<0.01);中药干预组的肝脏TG、FFA、ACCase、Malonyl CoA含量均显著低于模型组(P<0.01),肝脏AMPK含量则显著高于模型组(P<0.01)。2肝脏TG、FFA含量与肝脏ACCase、Malonyl CoA含量之间均呈显著正相关(P<0.001),而与肝脏AMPK含量则呈显著负相关(P<0.001)。结论脂肪肝大鼠AMPK-ACCase-Malonyl CoA脂质代谢轴明显异常,在脂肪肝病理机制中有重要意义。

基于前体供给途径遗传改造提高褐黄孢链霉菌纳他霉素的产量

纳他霉素(natamycin)是一种高效、广谱、安全的抗真菌剂,广泛应用于食品防腐与医药领域。纳他霉素可由多种链霉菌发酵产生。它是以乙酰辅酶A、丙二酰辅酶A及甲基丙二酰辅酶A为前体经Ⅰ型聚酮合酶(polyketide synthase,PKS)催化合成的多烯大环内酯类化合物。本研究以纳他霉素产生菌——褐黄孢链霉菌为研究材料,分别对不同前体分子供给途径中的关键酶进行过表达,并确定影响纳他霉素产量的关键前体供给途径。研究结果发现:通过过表达乙酰辅酶A合成酶(acetyl-CoA synthase,ACS)加强乙酰辅酶A合成途径,以及通过过表达甲基丙二酰辅酶A变位酶(methylmalonyl-CoA mutase,MCM)加强甲基丙二酰辅酶A合成途径,重组菌株纳他霉素产量分别比野生型菌株提高了44.19%和20.51%。共过表达ACS和MCM,重组菌株纳他霉素产量获得进一步提升(达1123.34 mg/L),比野生型菌株提高了66.29%。上述发现为通过前体代谢工程的策略构建纳他霉素工业高产菌株提供了参考,也为其他聚酮类天然产物高产工程菌株的构建提供了借鉴。