红酵母基因组和代谢工程改造研究进展

红酵母是一类产红色素酵母的总称,广泛分布于土壤、海洋、江河、湖泊等各种生态环境。很多红酵母菌株具有生产多糖、油脂、类胡萝卜素等活性物质的能力,在养殖、食品、医药和化妆品等领域具有很大的应用潜力。近年来对红酵母的研究逐渐深入,对不同红酵母的基因组序列和代谢关键酶进行了研究,扩展了对这类重要酵母的深入认识。此外,对红酵母的基因组编辑和代谢工程改造也取得了进展,为提高其工业应用效率奠定了基础。本文综述了红酵母的生物技术应用,以及红酵母基因组分析和代谢工程改造相关的研究进展,为未来更深入理解红酵母的生理代谢和利用红酵母转化可再生生物质资源,进行可持续生产提供基础。

微生物来源天然产物中的β-甲基色氨酸单元及其生物合成研究进展

微生物在次级代谢过程中通常会产生结构复杂、活性多样的天然产物。这些天然产物是新药发展的基础,亦可作为先导化合物或重要的药效基团用于药物研发。结构多样的氨基酸单元是参与合成复杂多样天然产物的重要前体。天然产物中的β-甲基氨基酸单元不仅可以赋予其生物活性,还能增强其生物稳定性而不被肽酶水解。本文综述了含有β-甲基氨基酸单元的天然产物,尤其对含有β-甲基色氨酸单元的天然产物生物合成途径进行了阐释。对β-甲基色氨酸单元生物合成途径的理解结合基因组数据有助于进行新结构天然产物的挖掘,并为运用代谢科学理念和合成生物学技术开发含有该单元的新化合物提供理论基础和可操作遗传元件。

DSF-家族群体感应信号生物合成途径与调控机制研究进展

群体感应是微生物间相互交流的一种重要机制。Diffusible Signaling Factor (DSF)-家族群体感应信号分子存在于多种革兰氏阴性菌中,调控细菌的致病性和适应性。本文首先介绍DSF-家族群体感应信号的结构多样性与保守性、生物合成途径和两类调控机制。DSF家族群体感应信号属于一类长链不饱和脂肪酸,碳水化合物和支链氨基酸是主要合成前体;合成途径主要包括脂肪酸合成循环和兼具脱水酶和硫酯酶活性的RpfF;在黄单胞菌和伯克氏菌中分别存在2种蛋白-蛋白互作机制调控DSF生物合成。随后,综述最新相关研究结果,提出顺式-2-十二碳烯酸(BDSF)可能是野油菜黄单胞菌侵染大白菜过程中所依赖的"活体"群体感应信号。最后,讨论和展望本领域下一步值得研究的关键科学问题。

合成生物学驱动的智能生物制造研究进展

合成生物学的迅猛发展给包括药物和化学品在内的生物制造带来了强劲动力。它助力生物合成关键元件的挖掘,丰富了智能生物制造所必需的基础(催化)元件库;底盘细胞的性能优化为高效生物制造奠定了基石和平台。合成生物学经典的"设计-构建-测试-学习"则是创建高效智能细胞工厂的核心研发内容。天然宿主的系统代谢工程和合成生物学以及无细胞体系的体外合成生物学,是实现高效生物制造和替代底盘细胞体系的可选途径。该文简要综述近年国内外的相关研究进展。

海绵来源链霉菌S52-B中氨酰胺天然产物的分离与鉴定

【背景】海洋微生物是复杂海洋生态环境中重要的生物资源之一。海洋微生物所产生的活性天然产物极为丰富,是药物或药物先导化合物的重要来源。【目的】探索海洋中海绵来源链霉菌Streptomycessp.S52-B的优势生长条件,挖掘其次级代谢产物,以期分离具有良好生物活性的天然产物。【方法】根据"One Strain Many Compounds"(OSMAC)策略,寻找利于Streptomyces sp.S52-B生长和次级代谢产物产生的优势培养基,结合质谱及特征性的紫外吸收谱图,选择培养基进行大量发酵。利用正相硅胶柱色谱、葡聚糖凝胶柱色谱和制备型高效液相色谱等进行分离纯化,并应用高分辨质谱和核磁共振光谱进行化合物结构解析。【结果】确定培养基A–D为海洋链霉菌S52-B的优势培养基,基于紫外吸收光谱与质谱分析,从培养基A的大量发酵物中分离鉴定3个具有吡咯并[4,3,2-de]喹啉核心结构的含氯化合物,属于氨酰胺类天然产物,其中Ammosalic acid为新结构化合物。【结论】已知含有吡咯并喹啉母核的氨酰胺类家族化合物具有优良的抗癌活性。本研究从海绵来源链霉菌S52-B中分离鉴定了3个氨酰胺类化合物,其中一个是新结构化合物,不仅丰富了此类化合物家族的结构类型,也为研究其生物合成途径中的未知机理奠定了基础,还有利于结合培养条件和基因组信息从这株海绵来源链霉菌中挖掘新结构的活性天然产物。

基因组信息指导的星海链霉菌中2-甲硫基-N^6-(4-羟基异戊烯基)-腺苷的分离鉴定

【目的】研究海洋链霉菌新种星海链霉菌Streptomyces xinghaiensis NRRL B24674~T次级代谢物中是否存在2-甲硫基-N^6-异戊烯基修饰的腺苷。【方法】通过生物信息学分析星海链霉菌S.xinghaiensis NRRL B24674~T基因组序列,寻找这类化合物的生物合成相关基因;采用正相硅胶柱色谱、反相硅胶柱色谱、凝胶柱色谱和高效液相色谱等分离技术对该菌株的发酵粗提物进行分离纯化;利用质谱与核磁共振等波谱技术鉴定化合物的结构。【结果】在星海链霉菌基因组中找到含有2-甲硫基-N^6-异戊烯基修饰的化合物生物合成途径中的2个同源蛋白;从该菌的发酵液中分离鉴定了2-甲硫基-N^6-(4-羟基异戊烯基)-腺苷(ms2io6A)。【结论】星海链霉菌S.xinghaiensis NRRL B24674~T存在此类腺苷修饰反应,并且是首次在链霉菌中发现此类腺苷修饰。生物信息学分析预示着链霉菌中可能普遍存在此类核酸或者核苷修饰。