微生物全基因组范围内的最小基因组研究进展

最小基因组是当前合成生物学研究的热点,从全基因组代谢网络研究入手,介绍了最小基因组研究的必要性和技术方法,并对其在工业微生物分子育种中的应用进行分析,综合阐述了最小基因组研究的发展前景。

细菌最小基因组研究进展

具有最小基因组的细菌只包含维持自我生命复制所必需的基因,其作为一种潜在的工业生产平台具有诸多优势。由于高通量DNA测序和合成技术的发展,目前已经构建了多种缩减基因组的菌株。本文首先介绍了最小基因组的概念,其次总结了细菌必需基因的相关研究进展,然后梳理了人工缩减与合成微生物基因组的相关工作,最后探讨了在设计和组装基因组的过程中遇到的技术障碍和限制,以期为人工合成基因组的实验与应用提供理论参考。

最小基因组研究进展

随着许多生物体全基因组测序的完成，兴起了最小基因组的研究，即一个能营独立生活的生物体最少需要多少个基因。已知最小细胞支原体基因组是研究最小基因组的重要内容，还通过比较多种已测序基因组 ＣＯＧ分析最小基因组，目前通过转座子插入基因突变和同源重组删除基因的分析，进行最小基因组研究。

细菌必需基因、最小基因组和合成细胞

单细胞原核生物是原始的细胞生命形式,确定细菌必需基因和最小基因组对理解生命的本质、细胞生命的起源和进化有非常重要的意义。文中简要介绍近年来有关细菌的必需基因、最小基因组和合成细胞的研究方法、理论和进展。还特别介绍人工建立最小细菌基因组的策略以及应用前景。

全基因组范围代谢网络的构建和最小基因组研究

全基因组范围代谢网络(genome-scale metabolic network,GSMN)的构建是合成生物学研究的一个重要研究手段。通过整合各种组学数据和借助计算机进行模拟分析,将基因型与表型的关系进行定量关联,从而为从全局的角度探索和揭示生物代谢机制,进而对生物进行合理的重新设计和工程改造提供了有效的框架。该方法在最小基因组研究中也有着突出的优势,通过计算机辅助的基因组最小化模拟与分析,能够系统鉴定微生物基因组基因的必需性。迄今为止,已有近百个基因组范围的代谢网络发表,覆盖的生物包括原核生物、真核生物和古生生物,并广泛应用于医药、能源、环境、工业和农业等多个领域,展现出了广阔的应用前景。将对全基因组范围代谢网络构建的方法、应用,特别是其在最小基因组研究中的应用作简要的综述。

大肠杆菌最小基因组分析和删减进展

大肠杆菌是基础研究最透彻、应用广泛的微生物,构建含减小甚至是最小基因组的大肠杆菌将为合成生物学的研究和应用提供理想的底盘生物。介绍了大肠杆菌最小基因组的生长与繁殖必需基因的生物信息学分析和实验鉴定,基因组敲除技术,以及删减基因组的大肠杆菌菌株的构建和应用等方面的研究进展。

大肠杆菌基因组减小研究进展

大肠杆菌是遗传重组领域广泛应用的宿主之一,用于生产重组蛋白、氨基酸和其他化学品。基因组减小可以减少代谢调节网络中的冗余,提高其预测性和可控性。我们介绍了最小基因组的研究策略、应用无痕敲除技术减小大肠杆菌基因组的方法,以及基因组减小后对菌体生长特性、附加体稳定性、重组蛋白表达和代谢的影响。

酿酒酵母基因组的研究进展

酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是第一个完成全基因组测序工作的真核生物,目前在结构基因组学、功能基因组学、模式生物、最小基因组、比较基因组学等方面的研究已经获得了重大的进展,为人类更深入地研究高等生物基因组打下了坚实的基础。本文将从这几个方面着手对酿酒酵母基因组的研究进展进行综述。

一种基于代谢网络分析最小化基因组的方法及其在大肠杆菌中的应用

最小生命体的合成是合成生物学研究的重要方向。最小化基因组的同时而又不对细胞生长产生影响是代谢工程研究的一个重要目标。文中提出了一种从基因组尺度代谢网络模型出发,通过零通量反应删除及对非必需基因组合删除计算获得基因组最小化代谢网络模型的方法,利用该方法简化了大肠杆菌经典代谢网络模型iAF1260,由起始的1 260个基因简化得到了312个基因,而最优生物质生成速率保持不变。基因组最小化代谢网络模型预测了在细胞正常生长的前提下包含最少基因的代谢途径,为大肠杆菌获得最小基因组的湿实验设计提供了重要参考。

合成生物学在医学领域的研究进展

合成生物学是一门新兴的结合了工程学和生物学的高度交叉学科,试图把工程学的概念运用到生物系统中,旨在创造具有新型性质的新生物体,在解决环境、能源、医疗问题中展现了颇具前景的表现力。2000年以来,合成生物学在基础医学和临床医学上有了非常大的突破,包括人工合成噬菌体、病毒、最小基因组、异染色质;在新药的研发,疑难疾病的诊断、治疗、新的合成技术有了喜人的成绩。

微生物基因组精简优化的研究进展

微生物基因组精简优化是构建合成生物学底盘细胞的重要策略。文中从基因组精简的整体设计出发,归纳了微生物的必需基因及其确定方法,重点介绍了各种微生物基因组精简策略,分析了多种基因组精简菌株的特点,充分展示了基因组精简优化在构建合成生物学底盘细胞中的重要作用。

合成生物学技术研究进展

合成生物学是一门将生物学工程化的应用学科,目的在于将生命元件标准化和模块化;也可用于生命起源等基础理论研究。对合成生物学进行了较为详细地介绍,主要综述了合成生物学领域新出现的方法及应用。

DBEncRNA:细菌必需非编码RNA数据库

细菌非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)是近年来在细菌基因组内新发现的一类基因表达调控因子,与必需基因概念类似,有一部分ncRNA是生物体生存所必不可少的,称之为“必需非编码RNA”。因此,细菌的必需ncRNA可以作为药物开发的潜在靶标,以降低致病菌的耐药性。同时,必需ncRNA也成为最小基因组研究的重要对象之一。目前已经通过湿实验系统地确定了10余种细菌的必需ncRNA,然而还没有一个专门的必需ncRNA数据库,导致对必需ncRNA的研究远远跟不上科学研究和药物设计的需要。因此,该研究构建了一个专门的细菌必需ncRNA数据库DBEncRNA,以帮助研究人员开发高效的必需ncRNA计算机识别方法,用于进一步研究抗菌药物靶标发现和最小基因组。DBEncRNA数据库可以通过http://yeyn.group:86/免费访问使用。

Latour system精简酿酒酵母染色体方法的建立及应用

酿酒酵母是第一个完成全基因组测序的真核生物,具有广泛的科研应用价值。利用酿酒酵母的全基因组序列可以进行精确的基因定位及敲除,从而达到对其基因组进行精简的目的,为合成生物学最小基因组的研究工作打下基础。根据Latour system设计敲除所需引物,构建敲除盒,筛选重组体和缺失体,成功敲除酿酒酵母a型单倍体染色体XIII中339301-352281 nt包含的8个基因,为酿酒酵母染色体精简奠定基础,同时证明了Latour system可以应用于酿酒酵母大片段敲除。

枯草芽胞杆菌基因组删减对异源酶表达影响的研究进展

枯草芽胞杆菌作为一种遗传背景清晰、基因编辑成熟的革兰氏阳性菌,是多种重要工业酶的生产宿主。随着转录组、蛋白质组、代谢组等多组学测序和分析技术的发展,通过合理设计简化枯草芽胞杆菌基因组,减少细胞内冗余的调控和代谢网络,使得细胞更精简且便于控制,展现出了枯草芽胞杆菌作为异源酶表达宿主细胞的应用潜力。本文简要综述了枯草芽胞杆菌基因组删减的研究进展,归纳了必需基因的确定方法,重点介绍了枯草芽胞杆菌通过删减基因组提升异源酶表达的研究进展及删减策略,充分展示了枯草芽胞杆菌基因组删减在构建异源酶表达底盘细胞中的重要作用。

基于首个合成细胞角度的合成生物学研究与发展

合成生物学是一门新型学科,其融合了医学、能源、环境等多元学科领域的内容,对探索生命的开始与生物的进化发挥着举足轻重的作用。随着世界首个合成细胞的诞生,合成生物立即成为当前社会关注的焦点。欧美等西方国家在这个领域进行了相关研究并取得诸多成果。合成生物学在我国还处在初步发展阶段,系统建立我国合成生物学研究平台和技术体系,是当前我国合成生物研究中亟需解决的技术问题。

从首个合成细胞看合成生物学的现状与发展

合成生物学是一门新兴交叉学科,诞生至今已在医药、能源、环境、农业等多个领域展现出巨大的应用前景和发展潜力,对探索生命起源与进化等生物学基本问题亦发挥重要作用.随着2010年5月首个合成细胞的诞生,合成生物学再次引起了社会各界的高度关注和广泛讨论.欧美等国已在合成生物学领域开展多项研究并已取得诸多成果.为了推动和促进这一新兴学科在中国的发展,本文在阐明合成生物学概念及研究内容的基础上,一方面综述了合成生物学的研究现状及国内外发展,分析了合成生物学所面临的机遇与挑战;另一方面,对合成生物学未来的发展,尤其是在中国的发展作出展望.

浙江省猪链球菌2型人源分离株分子分型特征

目的了解浙江省猪链球菌2型(Streptococcus suis type 2,SS2)的分子分型特征。方法对浙江省2005年1月至2021年7月29株散发SS2人源分离株进行基因分型检测,采用脉冲场凝胶电泳(pulsed-field gel electrophoresis,PFGE)、多位点序列分型(multilocus sequence typing,MLST),以及最小核心基因组(minimum core genome,MCG)群方法,分别进行分型检测。结果29株菌株经PFGE得到10种PFGE图谱带型,3个主要分支簇群,其中21株(72.41%)被分成2个主要分支群,8株(27.59%)呈遗传多样性,相似性为49.7%~94.7%。29株菌株经MLST得到3种序列型,其中ST7型25株(86.21%),ST1型3株(10.34%),ST25型1株(3.45%)。29株菌株得到3个MCG基因型,其中E型12株(41.38%),Group1型16株(55.17%),Group4型1株(3.45%)。结论浙江省SS2主要流行两大克隆群高致病株,少数菌株传播过程中可能存在遗传变异,进化分析呈遗传多样性。

合成生物学在链霉菌次级代谢产物研发中的应用

链霉菌是革兰氏阳性丝状细菌,其次级代谢产物具有抗感染、抗虫、抗肿瘤、免疫调节等生理活性,在医药、食品和农业领域具有重要应用价值。链霉菌的遗传操作技术是发现和改良新次级代谢产物的基础,近年来合成生物学的兴起为链霉菌的研发提供了全新的视角。综述了合成生物学在链霉菌次级产物生物合成基因簇克隆与组装、底盘细胞设计与改造、调节两者适配性方面的应用进展。