基于合成生物学的微生物制造研究进展

基于合成生物学的微生物制造在天然产物药物、生物能源、生物基化学品及生物传感器件的研究中发挥越来越重要的作用。本文系统地介绍了合成生物学研究领域的最新技术进展，包括DNA和染色体合成、新生物元件开发与元件库标准化、染色体工程与最小基因组技术、途径装配技术等，并阐述了合成生物学在微生物制造领域内所取得的突破和巨大的应用价值。

黄海海域沉积物和庐山土壤样品中放线菌的分离、活性及生物多样性研究

本研究采用均匀实验设计优化预处理条件来分离黄海海泥和庐山土壤样品中的放线菌。通过均匀实验得到最优的预处理条件为湿热50℃处理20 min,不进行超声处理以及添加苯酚。经过形态排重后,从海泥和庐山样品中分离得到86株和11株不同表型的放线菌。通过进一步的分子生物学鉴定,海泥中的86株放线菌分别属于3个不同的属,而庐山样品的11株分别属于4个不同的属。对这97株放线菌进行抗菌实验发现,18.5%的菌株对大肠杆菌有抑菌活性,7.2%的菌株对枯草芽孢杆菌有抑菌活性,但对酿酒酵母都无抑菌活性。

基于系统-合成生物学的人工细胞网络设计

在过去的十多年里，研究人员利用合成生物学方法在模式微生物底盘中设计和重建了一系列重要天然化合物的异源合成模块，大大拓展了微生物发酵在珍稀药物、食品添加剂、生物能源和精细化学品生产领域的应用价值。为了实现异源产物的高产量和高得率，必须综合运用系统生物学和合成生物学方法，对异源模块进行优化设计，强化底盘细胞的前体和能量合成，并改善模块的适配性，最终实现异源化合物的高产。文章综述了近年来在人工细胞网络设计上的进展。

禾长蠕孢菌稗草专化型固体发酵产孢培养基及其工艺条件的研究

禾长蠕孢菌稗草专化型(Helminthosporium gramineum Rabenh. f. sp. echinochloae,HGE)是一株稗草生防潜力菌,为了获得该生防菌大量孢子用于田间试验,本文研究了其固体发酵产孢最佳培养基配方及其培养条件。通过试验筛选确定了固体发酵培养基所需碳源及其浓度、氮源及其浓度以及底物基质,适合HGE菌孢子生产的培养基最佳组合为:以珍珠岩为底物基质,在其中添加4%米粉、1%豆粕粉、0.2%Na3PO4.12H2O、0.1%MgSO4.7H2O。同时确定了适合HGE菌孢子生产的培养条件:培养基最适含水量为40%,最佳接菌量为8%菌悬液,25℃静置培养11 d,培养期间用黑光灯12 h循环光照。按优化后培养条件放大培养HGE菌,获得最高产孢量可以达到1.5×107孢子·克-1干物质。温室生测结果显示优化条件生产的HGE菌孢子对稗草防效可达80%以上。

合成、重构和改造微生物基因组

合成生物学是生物科学领域住21世纪刚刚出现的一个新的分支学科，作为一门新兴的交叉学科，与传统生物学通过解剖生命体以研究其内在构造的办法不同，合成生物学的研究方向是从最基本的要素开始一步步建立零部件。与基因工程把一个物种的基因延续、改变并转移至另一物种的作法不同，合成生物学的目的在于建立人工生物体系，让它们像电路一样运行。

3种药用植物内生真菌的多样性分析及产生物碱菌株的筛选

目的探究药用植物蛇足石杉、曼地亚红豆杉和南方红豆杉内生真菌的多样性,以及从中筛选产生物碱的内生真菌。方法用传统的表面灭菌和组织剪切法处理植物样品,通过加有抗细菌抗生素的真菌培养基分离和富集植物内生真菌。根据内生真菌的表型特征和ITS序列,对其进行分类和多样性分析,并用Neighbour-Joining的方法构建系统进化树。利用Dragendorff试验检测各内生真菌的发酵液,筛选具有产生物碱潜力的菌株。结果从3种植物中共分离到764株内生真菌,挑选出具有代表性表型特征的菌株83株,对ITS序列进行比对和多样性分析表明,这些菌株分布于子囊菌门(Ascomycota)的3个纲、18个属。最后,采用Dragendorff试验从这83株真菌中筛选出青霉菌属(Penicillium)B14菌株具有产生物碱的潜力。讨论三种药用植物含有丰富多样的内生真菌分布。采用Dragendorff试验检测发酵液中的生物碱,该方法快速简便,能有效提高筛选速率,可应用于产生物碱微生物的高通量筛选。

六蕊假稻Leersia hexandra病原真菌稻平脐蠕孢Bipolaris oryzae的分子鉴定及致病性研究

为了筛选获得具除草潜力的病原真菌菌株,经形态学观察和18s rDNAITS序列分析,6株分离自感病六蕊假稻的菌株被鉴定为稻平脐蠕孢Bipolaris oryzae。采用培养皿生测法和盆栽生测法分别评价其发酵液毒素和菌丝体悬浮液的除草活性,同时用盆栽生测法测定了菌丝体悬浮液对主要作物的安全性。试验结果表明:6株稻平脐蠕孢培养14 d的发酵液对稗草根长、芽长均有很高的抑制作用,根长和芽长最高抑制率分别为100%和80.38%。培养7 d的菌丝体悬浮液对稗草的感病率、感病指数、株高抑制率、鲜重抑制率最高可达100%、72.00、50.29%和63.31%。6株稻平脐蠕孢菌丝体悬浮液对稗草、千金子、六蕊假稻、鸭舌草、矮慈姑、野荸荠具有不同程度的致病性,对双穗雀稗、异性莎草、看麦娘不致病。6株稻平脐蠕孢对主要农作物安全或致病性很弱,具有进一步开发为生物除草剂的潜力。

利用基因工程定向阻断尼莫克汀工业生产菌株中多个杂质组份的生物合成

目的通过基因工程定向改造尼莫克汀(nemadectin)产生菌蓝灰链霉菌(Streptomyces cyaneogriseus subsp.noncyanogenus),以阻断除主要杂质组分合成,提高有效组分产量。方法通过构建和筛选蓝灰链霉菌的基因组文库,获得了与LL-F28249ω合成相关的基因nolB。在蓝灰链霉菌的工业生产菌株NS1-8中连续删除尼莫克汀合成途径的nemD基因和类似寡霉素合成途径的nolB基因,获得了突变株NM-10。结果发酵检测产物表明,NM-10突变株产生活性组分LL-F28249α产量(1312mg/L)高于出发工业菌株NS1-8(1030mg/L),且不再产生LL-F28249γ、LL-F28249λ和LL-F28249ω等3个结构类似的杂质组份。结论 nemD和nolB基因连续敲除可用于改造产尼莫克汀蓝灰链霉菌工业产生菌,降低非有效组分含量并提高产量。

海洋放线菌SMA-1代谢物多样性研究

以一株分离自黄海海泥(山东日照附近)的海洋放线菌SMA-1为研究对象,利用单菌多次级代谢物(One Strain Many Compounds,OSMAC)方法来增加其代谢物多样性,通过薄层层析和生物活性追踪检测其代谢谱变化,从其中一个活性较强的斑点分离鉴定出活性化合物Naseseazine B,最终建立了一套快速研究海洋放线菌代谢物多样性的培养和分析分离方法。

合成生物学技术的研究进展——DNA合成、组装与基因组编辑

合成生物学作为一门新兴学科,其目标主要有两点:一是利用非天然的分子使其出现生命的现象,也就是―人造生命‖;二是―改造生命‖,比如利用一种生命体的元件(或经过人工改造),组装到另一个生命体中,使其产生特定功能。无论是哪种目的,对生命遗传物质DNA的操作都非常关键,其具体包括DNA的从头合成、组装和编辑等。同时,这些使能技术的进步也促进了合成生物学其他领域的发展。本文介绍了DNA操作相关的合成生物学使能技术的最新进展。

从87种中草药植物中分离内生放线菌及其规律的初探

为了考察从植物中分离内生放线菌的规律,采集了87种中草药植物,包括62种草本植物和25种木本植物。减少系统误差后的统计数据显示,从55种草本植物和13种木本植物中各分离和初步鉴定了519株和41株内生放线菌,暗示从大多数草本植物比从木本植物中分离到内生放线菌的概率大。通过比较不同植物组织的出菌率,发现不论是草本还是木本植物,植物的地上部分(茎和叶)分离到的内生放线菌的数量比地下根部的多。这些初步的分离规律对于今后从中草药植物中高效地分离内生放线菌提供了借鉴意义。

一株利用生物柴油废水产氢的光合菌的筛选、鉴定

从37株光合细菌中筛选出1株能够利用甘油做碳源进行有效产氢的菌株(DB803).根据该菌株的形态、生理生化特征、16SrDNA序列和ERIC-PCR结果分析,初步鉴定该菌株为类球红细菌(Rhodobacter sphaeroides).研究了该菌株在30℃,4000lx光照厌氧条件下利用不同浓度的生物柴油废水产氢的能力,当培养基起始COD浓度为11.5g/L时,其在对数生长期平均产氢速度为38mL/(L·h),同时,废水COD去除率达91.2%.

利用合成多位点突变aveC*基因提高多拉菌素工业菌株中有效活性组份的含量

目的合成多位点突变的aveC*基因用于提高除虫链霉菌工业菌株产生多拉菌素(CHC-B1)组份的含量。方法利用相互重叠的引物进行PCR扩增,合成多位点突变的aveC*基因。利用PCR打靶技术获得aveC*基因发生置换的突变株。结果用32条引物进行PCR扩增,获得了10个位点突变的aveC*基因。构建了打靶载体pFX-HA,在基因组上将aveC基因原位替换成了aveC*基因。所获得的突变株LF2发酵产生多拉菌素组份的纯度由出发菌株的25%提高到93%,发酵效价达到691.5mg/L。结论除虫链霉菌工业菌株基因组中原位替换的多位点突变的aveC*基因可以大幅度提高多拉菌素组份的含量,降低工业提取纯化的成本。

合成生物学的科学内涵和社会意义--合成生物学专刊序言

合成生物学（synthetic biology）的产生和快速发展，是人类对生命现象系统认知和深刻探索之后合乎逻辑的必然结果；同时，也是20世纪末和21世纪初，学科交叉迅猛发展的必然结果。顾名思义，

海洋微生物来源的天然产物开发研究进展

综述了近年来海洋微生物来源天然产物研究的新进展,总结了该类天然产物的开发策略.通过对样品采用不同的预处理方式、不同的分离培养基以及新的培养方法,讨论如何获得海洋来源的特有微生物和增加海洋来源微生物类群的多样性.阐述了在海洋微生物天然产物的开发过程中,采用宏基因组技术及基因组测序等手段,来发现难培养或不可培养微生物中的天然产物以及处于"沉默"状态的天然产物.最后介绍了异源生物合成、组合生物合成以及核糖体工程等技术在海洋微生物天然产物开发和改造中的应用,并举例论述了海洋微生物天然产物的开发.

合成生物学发展现状与前景

合成生物学是综合了科学与工程的一个崭新的生物学研究领域,为生命现象及其运动规律的解析提供了一种采用"自下而上"合成策略的正向工程学的研究思路和方法手段,在经济和社会发展中具有巨大的应用开发潜力。近年来,DNA合成与系统生物学技术的发展使生命系统复杂基因回路的设计、合成与组装逐步成为可能,并应用于生物基化学品、生物燃料、医药中间体、保健产品的生产和环境保护等领域。但是,合成生物学的研究仍然面临科学、技术和伦理的挑战,只有积极地应对这些问题,在加大研究开发支持力度的同时,做好必要的风险监管,才能真正把握合成生物学发展带来的历史机遇。

微生物分解代谢物控制蛋白CcpA的研究进展

碳分解代谢物阻遏(carbon catabolite repression,CCR)是指微生物在混合碳源发酵时优先利用速效碳源(通常为葡萄糖),且该碳源的代谢产物会抑制其他非速效碳源代谢相关的基因表达和蛋白活性,从而影响非速效碳源利用的现象。在低GC含量革兰氏阳性菌中,CCR效应的关键调控因子为分解代谢物控制蛋白CcpA(catabolite control protein A)。该调控蛋白具有多效性功能,除参与CCR外,还与中心碳、氮代谢的调控、生物被膜的形成和毒性基因的表达等多种生理过程相关。综述了近年来有关CcpA蛋白的功能、作用机制及分子结构的研究进展。

合成生物学伦理、法律与社会问题探讨

合成生物学是以基因组学、系统生物学知识和分子生物学技术为基础,综合了科学与工程的一门新兴交叉学科。它使生命科学和生物技术研发进入了以人工设计、合成自然界中原本不曾出现的人造生命体系,以及对这些人工体系进行体内、体外优化,或利用这些人造生命体系研究自然生命规律为目标的新时代。然而,合成生物学研究在迅速发展、表现出巨大潜力和应用前景的同时,也引发了社会各界对相关社会、伦理、安全,以及知识产权等问题的重视与讨论。就世界各国针对合成生命对传统意义上生命概念的挑战、合成生物学产品存在的潜在风险危害、合成生物学研究的风险评估与监管等问题进行回顾综述和相关探讨。

合成生物学与天然产物开发

天然产物依然是临床用药的重要来源。合成生物学的诞生为天然产物的开发提供了全新的机遇,传统的微生物药物、植物天然产物等研究领域都因合成生物学而获得新生。重点介绍了合成生物学在天然产物开发中的应用,包括新化合物及其生物合成元件的筛选,基于理性设计的天然产物异源生物合成,人工底盘细胞的系统优化等。

构建有序排列的除虫链霉菌基因组的柯斯文库用于工业生产菌株的遗传改造

以容纳DNA大片段的柯斯质粒Supercos-1为载体,构建了除虫链霉菌的基因组文库。对约1000个柯斯质粒上插入片段的两端进行测序,并利用全基因组序列的信息,构建了覆盖约91%基因组的有序排列的柯斯文库。利用λ-Red高效DNA重组和大肠埃希菌-链霉菌接合转移技术,建立了除虫链霉菌的基因组遗传操作系统。运用该系统可以在除虫链霉菌工业菌株中进行高效、精确的基因敲除工作和连续的基因缺失研究,获得可以用来生产多拉菌素的工程菌株。