Ergopeptine生物合成中相关酶的研究

麦角碱是由寄生在植物上的真菌产生的,属于吲哚衍生物代谢产物,具有多种重要的生物活性。这里对参与到ergopeptine麦角碱生物合成中相应的酶(二甲基烯丙基色氨酸合成酶、裸麦角碱-I环化酶、细胞色素P450单加氧酶、田麦角碱-17-单加氧酶、野麦角碱17-单加氧酶、非核糖体肽合成酶)进行了简要介绍,讨论了它们在ergopeptine生物合成途径中的功能和作用。

磁性生物炭合成及其对重金属吸附机制的研究进展

磁性生物炭(Magnetic biochar,MBC)因其磁分离能力和广阔应用前景而受到研究者广泛关注。MBC中碳基结构特征(如形貌、比表面积、官能团等)和铁氧化物形态及分布受多因素影响,如原料来源、热解温度、合成方法等。然而,MBC特性与合成条件的关联性以及MBC对重金属的吸附机制有待进一步研究。本文通过阐述合成条件对MBC特性的影响及其吸附重金属机制,提出关于未来MBC吸附重金属研究的一些科学问题,这将为认识MBC的环境效应提供重要的基础信息。

基于产业视角的合成生物学发展态势研究

近年来,受技术突破、政策支持、产业和资本跟进等因素驱动,合成生物学迅速从实验室走向市场,迎来产业化发展的关键时期。本文梳理了2020年以来国内外相关战略规划、政策法规、市场动态、商业合作和金融投资等信息,从产业视角对合成生物学发展态势进行分析。政府方面,合成生物学成为各国生物经济战略中的关键引擎,应用于医药、化工、材料、农业、食品等关联行业的技术路线和规划目标进一步清晰,支持新技术新产品商业化的监管机制不断优化,技术管控和科技安全问题受到关注。市场方面,基于合成生物学的实用成果相继迎来商业化“里程碑”,合成生物企业与传统制造企业“双向奔赴”、协同合作日益紧密,市场投资保持信心并趋于商业理性,有利产业发展的健康生态正加快完善。为加快推动我国合成生物学产业发展,建议进一步研究制定关键领域技术路线,支持底层使能技术、产业核心关键技术与核心装备攻关,推动重点行业应用示范,增强先进生物制造设施、数据资源等能力建设,鼓励各方共建有利合成生物产业化发展的产业生态。

紫杉醇生物合成机制研究进展

紫杉醇是目前已发现的最具抗癌活性的天然广谱抗癌药物之一,其生产方式主要依赖于从珍稀植物红豆杉中进行分离提取以及化学半合成,因其含量稀少,生产能力受到严重的限制。随着红豆杉基因组的全解析和合成生物学的迅速发展,通过合成生物技术,构建重组工程细胞合成紫杉醇及其关键前体成为解决当前供需不平衡和资源有限的有效方法。本文针对紫杉醇生物合成途径解析、红豆杉组学分析、底盘细胞构建、关键前体合成、紫杉醇合成途径关键酶的改造及催化机理解析等相关研究进展开展系统性的综述,尤其对近期发表的关于氧杂环丁烷环形成的相关突破性研究进行了详细介绍,并基于相关进展探讨当前紫杉醇合成生物学研究面临的关键酶催化效率低下、产物杂泛性严重、具体反应顺序未知等技术挑战及生物合成紫杉醇关键中间体的未来前景。助力加强对紫杉醇合成通路和催化过程的理解,进一步实现紫杉醇的绿色、高效生物合成。

依托合成生物学竞赛培养创新人才的探索与实践

培养具有科研创新实践能力的人才是高校人才培养使命的重要体现。随着科教融合理念的发展,学科竞赛已成为创新型人才培养的重要支撑。本文基于合成生物学领域的顶级国际性赛事国际基因工程机器大赛(iGEM)和国内赛事合成生物学竞赛-创新赛(SynBio)对于大学生主观能动性和创造力的要求,结合南京工业大学iGEM团队连续五年的参赛历程,探索了以高水平竞赛为依托的拔尖创新人才培养模式,提出了将竞赛、科研和教学三者相结合,通过建立以兴趣为导向、学生为主体的学习模式,以创新为核心、实践为基础的科研训练,以学科交叉为特色、团队协作为基石的教育平台,促进拔尖创新人才培养的质量不断提升。

异噻唑啉酮及其衍生物的合成及生物活性综述

综述了有关异噻唑啉酮类化合物母核的合成方法、各个位点的修饰改造方法以及在工农医等领域的应用进展。该类化合物生物活性广泛,具有高效、低毒、广谱等优点,应用于杀菌、灭藻、防腐、防污等,是近年化工研究领域的热点,目前已有卡松(Kathon)和Sea-Nine 211(DCOIT)等商品化产品。异噻唑啉酮类化合物对工农业生产生活具有重要作用。重点讨论了近年来异噻唑啉酮及其衍生物在医药、农药、涂料、纺织、造纸、制革等领域的应用以及研究进展,最后对异噻唑啉酮类化合物的发展方向和应用前景做出展望。

聚酮化合物非天然延伸单元的生物合成与结构改造应用

聚酮天然产物包括10000多种具有广泛生物活性的分子,是获批临床药物中最著名的类别之一。已知活性先导化合物通常需要经过结构修饰改良其吸收、分布、代谢和排泄等特性,从而促进成药开发,但针对聚酮化合物的结构修饰极具挑战,需要应对聚酮骨架中大量的立体中心以及多个惰性碳原子,导致化学合成手段难以对聚酮骨架进行精准和高效的衍生化,因此,通过合成生物学方法实现其结构优化就成为了研究者们关注的热点。自然界中,绝大多数聚酮化合物主要由简单的乙酸盐和丙酸盐结构单元通过聚酮合酶组装而成,而少数存在的具有特殊结构单元的聚酮案例给了研究者以灵感——通过设置和引入非天然结构单元从而有选择性地高效改造聚酮结构。聚酮骨架的生物合成有赖于一个起始单元与多个延伸单元的组装,因此,通过人工设计延伸单元向聚酮引入预期结构被认为是精准高效改造聚酮的有力突破点。本文在此总结了近十年来报道的聚酮非天然延伸单元的三种重要的酶促合成方法,通过挖掘新颖的延伸单元合成酶并探索其底物宽泛性,或利用酶工程手段改造延伸单元合成酶的底物催化范围,获得了大量自然界不存在的延伸单元。此外,本文还归纳了利用非天然延伸单元对聚酮结构进行改造的案例,借助聚酮的天然合成途径或利用改造的合成途径达到预期目的。最后,作者讨论了该研究领域内存在的一些制约因素以及可优化的研究方向,包括聚酮合酶对非天然延伸单元的兼容性问题、非天然延伸单元的前体供给等。近年来,利用非天然延伸单元改造聚酮结构的研究兴趣和热度日益高涨,本文绘制了一份基于延伸单元改造聚酮结构研究的简明清晰的图谱,期望为加速聚酮类药物的高效开发打下坚实基础。

双环克拉霉素衍生物的合成及抗肿瘤活性研究

目的设计并合成一系列3-氧代-8,9;10,11-双脱水-N-去甲克拉霉素衍生物,进行体外抗肿瘤活性研究。方法以克拉霉素为起始原料,经脱除克拉定糖、羟基保护、氧化、脱除羟基保护基、去甲基化、酰化反应得到目标化合物。采用MTT法测定目标化合物对人纤维肉瘤细胞株HT1080、人口腔癌细胞株KB和人胃癌细胞株SGC-7901的增殖抑制活性。结果合成了10个结构新颖的双环克拉霉素衍生物,其结构经13C-NMR和HR-MS确证;其中,化合物12f和12g具有良好的抗肿瘤活性。结论合成的双环克拉霉素衍生物具有一定的抗肿瘤活性,为抗肿瘤创新药物研究提供了新思路。

生物合成法生产麦角硫因的研究进展

麦角硫因(ergothioneine,ERG)作为一种稀有的天然含硫组氨酸衍生物,已被证明具有强大的抗氧化性和诸多生物学功能。因此,ERG受到越来越多研究人员和产品开发人员的关注。目前,ERG已被广泛应用于食品、化妆品和医疗等行业。研究表明只有少数细菌和真菌可体内合成ERG,植物、动物和人类自身均不能直接合成ERG,只能从其他来源获取。ERG可通过生物提取法、化学合成法以及生物合成法获得,但由于传统生产方式(生物提取法和化学合成法)存在产量低、生产效率差和生产成本较高等问题,限制了该产品的规模化生产和应用。因此,亟需开发一种高效、经济且安全、可靠的ERG生产方式以满足市场的需求。近年来合成生物学快速发展,利用基因工程、蛋白质工程和代谢工程等技术提高生物合成法生产ERG的能力已逐渐成为研究热点。本文将论述ERG的生物学活性和功能,介绍ERG生物合成途径和ERG在食品、化妆品和医疗等行业的应用前景,比较ERG主要的生产方式,总结并梳理近年来采取各种工程策略通过生物合成法生产ERG的研究进展;并就如何利用基因工程、蛋白质工程和代谢工程提高ERG产量提出几点工程策略,以期为生物合成法高产ERG提供理论参考和研究思路。

Surfactin的结构、生物合成及其在生物防治中的作用

Surfactin是由多种芽孢杆菌产生的一种脂肽,其由一个环七肽头基通过内脂键与链长12-17个碳原子的β-羟基脂肪酸连接组成,是一种非常有效的生物表面活性剂,并具有重要的生物学功能。本文介绍了surfactin家族的结构和生物合成模式,surfactin是由非核糖体肽合成酶催化合成,这种机制赋予了surfactin家族成员的结构多样性;综述了surfactin在植物病害生防中的作用及机制。已有的研究表明surfactin在生物防治中的作用机制主要有以下4种方式:(1)损伤病原菌细胞膜,引起细胞膜裂解或渗透压失衡;(2)抑制病原体繁殖;(3)诱导植株系统抗性;(4)促进生防菌株的定殖或生物膜的形成。进一步总结了利用基因工程技术研究surfactin的最新进展,以指导surfactin的生物合成及其新衍生物开发。Surfactin的高度结构多样性,使其具有丰富的物理化学特性,这些特性可以与多种生物活性联系在一起,将在不同的领域有更广泛应用。随着对surfactin生物合成研究的日益深入,将会有更多高性能和广阔应用前景的新型脂肽被研发,这为surfactin的进一步研究和生防应用提供依据。

辣椒类胡萝卜素生物合成的分子遗传学研究进展

辣椒(Capsicumspp.)属于茄科辣椒属,作为一种蔬菜和香料作物在世界各地得到广泛栽培。除作为烹饪食材和香料应用外,辣椒在制药和化妆品领域也有广泛的用途。类胡萝卜素是一类天然色素的总称,参与植物许多重要的代谢过程,如光合作用、光保护、光形态建成和生长发育等。类胡萝卜素具有多种生物活性,是辣椒果实主要的营养物质之一,培育类胡萝卜素含量更高的辣椒品种需要全面深入了解其生物合成及其调控的分子机制。分子生物学和生物技术的发展促进了类胡萝卜素生物合成基因的鉴定,为培育类胡萝卜素含量更高的辣椒新品种提供了机会。该文描述了类胡萝卜素的生理作用、类胡萝卜素与辣椒果实颜色、类胡萝卜素生物合成途径、辣椒类胡萝卜素生物合成途径的结构基因及调控因子、辣椒果实颜色的分子遗传学及与辣椒果实颜色有关的QTL位点等方面的研究进展。牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(GGPS)、八氢番茄红素合成酶(PSY)、八氢番茄红素脱氢酶(PDS)、ζ-胡萝卜素去饱和酶(ZDS)、番茄红素环化酶(LCY)、辣椒红素-辣椒玉红素合成酶(CCS)等是辣椒类胡萝卜素生物合成通路的端口酶和限速酶,其表达丰度和活性高低直接调控辣椒体内类胡萝卜素的含量。MYB306、DIVARICATA1、BBX20等转录因子参与辣椒类胡萝卜素生物合成的调控。类胡萝卜素生物合成和调控基因的多样性决定类胡萝卜素单体的数量和含量,影响辣椒果实呈现的颜色。基于目前研究进展,该文对未来辣椒类胡萝卜素代谢研究进行了展望,以期为今后培育富含类胡萝卜素的生物强化型辣椒新品种提供新思路。

铁皮石斛活性成分生物合成与调控多组学研究进展

铁皮石斛Dendrobium officinale是兰科石斛属重要的药用植物,富含多糖、生物碱和黄酮等活性代谢产物。植物代谢产物的生物合成、调控及积累是一个复杂的过程,近年来基因组、转录组、蛋白质组以及代谢组等组学技术飞速发展,从转录、转录后、翻译以及表观遗传等不同维度更深入地解析铁皮石斛代谢产物多层次调控网络。本文综述了国内外各类组学在铁皮石斛活性成分生物合成与调控的研究进展,并对未来研究的方向进行了展望,以期为铁皮石斛的分子育种、栽培管理及产业应用提供理论依据。

诱导子对黄曲霉生物合成乌头碱的诱导作用研究

为探索不同诱导子对生物合成乌头碱产量的影响,本研究在黄曲霉Aspergillus flavus的液体发酵过程中分别加入金属诱导子(Co^(2+)、Ag^(+)和Cu^(2+))和化学诱导子(茉莉酸甲酯、水杨酸和硝普钠),以及酵母提取物、种子提取物和共生细菌发酵液等生物诱导子进行诱导试验。试验结果表明,Ag^(+)、Cu^(2+)和Co^(2+)都对乌头碱的生物合成有促进作用,其中Ag^(+)浓度为50μmol/L时,乌头碱产量与对照组相比提高了10倍。化学诱导子MJ和SA诱导效果显著,其中100μmol/L MJ的加入能显著提高乌头碱的产量,产量为20.74 mg/L,为对照组的11倍。而酵母提取物、种子提取物和共生细菌发酵液对乌头碱的产量诱导效果均不显著。本论文探究了不同诱导子对黄曲霉生物合成乌头碱的诱导作用,进而明确不同诱导子及不同诱导浓度对乌头碱生物合成产量的影响。

合成生物学赋能生物经济高质量发展的对策研究——以浙江为例

合成生物学作为融合生物学、工程学、化学和信息技术等学科的新兴领域,是21世纪生物学领域催动颠覆性创新的前沿代表,也是带动未来生物经济发展的关键力量。本文分析探讨国内外合成生物学发展态势,研究发现目前美国处于国际领先地位,国内仍处于早期发展阶段,但在专利申请等基础研究方面已有突出优势,初步形成以深圳、天津、上海为代表的合成生物学发展模式。结合浙江省合成生物学在技术储备、创新平台、标志性成果等方面的发展基础,基于比较分析视角研判其在战略谋划、创新资源、创新主体和科技伦理等方面存在的问题,针对性地提出加快合成生物学技术创新、产业发展,推动生物经济高质量发展的对策建议。

合成生物学发展与展望

合成生物学作为认识生命的“钥匙”、改变未来的颠覆性技术,打开了从非生命物质向生命物质转化的大门,实现生命体系的理性设计与编辑,为生命科学研究提供了新范式,引领生物技术迭代发展,催生下一代生物制造新质生产力,塑造未来生物经济。发展二十余年来,合成生物学领域已取得系列突破,创新应用逐步实现,学科体系逐渐形成。合成生物学发展内容主要包括以下三个方面:一是理论体系的提出与构建;二是使能技术的系列突破;三是创新应用的逐步实现。基于合成生物学“造物致知”和“造物致用”核心理念,本文提出,合成生物学的未来发展趋势即人工合成单细胞生命和人工智能(AI)驱动的生物制造。

抗菌肽的食品保鲜应用及生物合成研究进展

抗菌肽具有与抗生素不同的抑菌作用机制,不易产生细菌耐药性,被认为是有望在食品工业中被广泛推广的新型抗菌物质之一。尽管乳酸链球菌素已成为被允许纳入食品防腐剂的抗菌肽之一,但抗菌肽的推广应用仍然受到生产成本较高、抑菌活性单一及稳定性较差等问题的限制。而采用复合保鲜技术和涂膜保鲜技术等将抗菌肽与其他天然保鲜剂联合使用,可有效提高抗菌肽的抑菌效率。此外,重组表达技术是实现规模化生产抗菌肽最经济和科学有效的途径之一,且通过人工智能设计优化抗菌肽的结构可提升其稳定性及抑菌效率。文章就抗菌肽在食品保鲜中的应用现状及生物合成研究进展进行了综述,并对目前尚存在的问题和研究前景提出了思考和建议。

山西合成生物产业发展现状及趋势

山西作为资源型经济省份,实现碳达峰碳中和意义重大。合成生物学利用合成生物技术大大减少碳排放, 符合绿色低碳发展的要求,是山西省重点发展的产业链之一。为响应国家“双碳”战略目标,2020 年 10 月,山西省 综合改革示范区引进凯赛生物,打造全球首个百万吨级生物基新材料项目,启动建设“山西合成生物产业生态园”, 形成了完整的产业集群设计。为助力山西合成生物产业的发展,山西省率先开展合成生物学人才培养,2021 年 2 月 由时任山西省委书记楼阳生揭牌成立山西大学合成生物学学院。学院于 2022 年获教育部批准建设合成生物学本 科专业,2023 年获批建设合成生物学交叉学科博硕士学位点,形成了完整的本硕博一体化培养体系。申请获批合 成生物产业学院,着力打造一所体制创新、特色鲜明、致力于合成生物学领域高素质人才培养和科技创新的高水平 新型学院,助力山西省经济转型跨越发展。本文放眼国际,立足山西,就合成生物产业及学科建设现状及趋势进行 综述。

辣椒果实辣椒素类物质生物合成分子遗传学研究进展

辣椒是我国栽培面积最大的蔬菜作物,辣椒果实因为富含辣椒素类物质而呈现辣味,而辣椒素类物质在制药、化妆品和农用工业等领域具有多种用途。辣椒素类物质是通过香草醛胺(衍生自苯丙氨酸)与支链脂肪酸(缬氨酸或亮氨酸前体)缩合而成的,它们通常积聚在辣椒果实的胎座组织中。辛辣度取决于辣椒的基因型,但也受外部条件的影响。近年来,分子生物学和生物技术的发展促进了辣椒素类物质生物合成基因的鉴定,为培育辣椒素类物质含量更高的辣椒新品种提供了机会。本文综述了辣椒素类物质生物合成的部位、合成途径、关键结构基因、QTL位点、关键转录因子,以及外源辣椒素和胁迫反应对辣椒素生物合成的影响等方面的研究进展,并对该领域的研究现状和前景进行了展望,以期为辣椒果实辣椒素类物质的生物合成与调控研究提供指导。

微交联聚吡咯衍生物的合成与光学性能

有机共轭聚合物因具有独特的结构和光电性能,在发光材料及器件领域有着广泛的研究和应用。以吡咯和单醛基苯甲醛为线形单体,以对苯二甲醛为交联单体,采用溶液缩聚法制备了4种蓝光微交联聚吡咯衍生物,并对其分子结构、聚集态结构、微观形貌、热行为、紫外-可见吸收和荧光性能等进行了分析,考察了取代基类型对其结构和光学性能的影响。研究表明,微交联聚吡咯衍生物具有较高的玻璃化转变温度和热稳定性能,为非晶态和亚微米级的球形堆积体;在340nm左右紫外光的激发下,微交联聚吡咯衍生物能够产生约473nm的可见光,属于蓝色发光材料;不同类型的取代基对微交联聚吡咯衍生物的结构和光学特性有所影响。该微交联聚吡咯衍生物制备简单,结构可调可控,在聚合物发光二极管领域有着潜在的应用。

植物类黄酮的分类、药理活性及其生物合成调控研究进展

类黄酮是植物中重要的次生代谢产物之一,包括黄酮、黄酮醇、异黄酮、黄烷酮、黄烷醇、查尔酮、花青素和原花青素等,在植物生长发育和逆境胁迫响应过程中发挥重要作用,同时具有抗氧化、抗衰老、抗菌消炎等药理活性。植物类黄酮的生物合成主要受两类基因控制,一类是直接编码类黄酮合成相关生物酶的结构基因,另一类是调控这些结构基因表达的转录因子。本文对植物类黄酮的种类、药理活性及其生物合成调控研究进展进行了综述,并探讨了今后的研究趋势,以期为植物类黄酮的研究和开发应用提供科学依据。