解脂耶氏酵母中光控表达系统的构建及其应用研究

光作为诱导因子具有响应速度快、无损、可逆和独特的时空特异性等优势,已广泛应用于生物底盘细胞的工程化改造中。本研究构建重组解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)的光控表达系统,成功实现了对香豆酸和柚皮素合成。该光控系统基于绿光响应调控因子CarH以及转录激活因子VPR-HSF1,构建了光响应复合体CarHVPRH,而该复合体在绿光照射条件下无法聚合,从而不能调控目标基因的转录与表达。结果表明,基于光控因子CarH-VPRH、诱导型启动子2CarOTEF以及报告基因mCherry构建的光诱导传感器能够显著响应光照,并在黑暗条件下激活mCherry转录,72 h和120 h时产生的荧光信号分别是光照下的43倍和143倍。在此基础上,将该元件应用于对香豆酸及柚皮素的生物合成及合成途径的动态调控中,实现黑暗条件下的对香豆酸产量是绿光诱导下的2.0倍,达到99.1 mg/L;柚皮素产量是绿光诱导下的2.6倍达到117.1 mg/L;在细胞生长方面,绿光照射组的生长量高于黑暗组,特别是在绿光照射24 h,然后切换成黑暗条件,细胞的生长量有较为明显的优势,显示了绿光诱导系统在调控Y.lipolytica中产物合成与细胞生长平衡的潜力。因此该绿光响应基因调控系统可有效应用于Y.lipolytica细胞中目标基因的转录调控,具有廉价易得、无毒害、灵活添加及易去除等优势,因此具有大规模合成和生产目的产物的潜力。

放线菌聚酮类化合物的合成生物学研究及生物制造

聚酮化合物具有广泛的药用活性和极高的经济价值,但如何高效、经济、绿色、环保地合成聚酮化合物是目前急需解决的问题。随着合成生物学的发展及分子生物学技术的进步,不断有新的技术和策略被用于聚酮化合物的生物制造。本文介绍了聚酮化合物生物制造中的关键酶、前体物质及代谢途径等,分析了通过CRISPR技术及翻译后修饰代谢工程优化代谢调控网络;通过替换及优化启动子等手段改造与优化代谢途径;通过构建简单、高效的异源表达系统等策略提高聚酮化合物的生物制造效率等。在此基础上对红霉素、阿维菌素、多杀菌素的合成生物学研究的最新进展进行了总结,进而对当前聚酮化合物生物制造面临的产量及效率低下等问题和可能的解决途径,如平衡初级代谢与次级代谢,构建新型、优势底盘细胞及代谢网络的重新设计与改造等进行了展望。

纳米金属材料的研究进展

纳米金属材料具有奇异的结构和特异的功能,与粗晶材料相比,其电学、热学、力学、磁学、光学等性能发生了很大变化。介绍了现有纳米金属材料的相关技术,对一些主要的制备工艺及存在的问题作了较为详细的阐述,并结合纳米金属材料在国内外的研究现状展望了纳米金属材料研究开发与工业化应用等方面的发展趋势。

从翻译后修饰角度解析人工合成途径与底盘细胞的适配性

揭示工程化设计的人工合成途径与底盘细胞整体代谢网络的交互作用及适配性机制是合成生物学研究的关键共性科学问题。细胞内酰基CoA是微生物合成生物活性物质如聚酮、芪类及黄酮类、生物碱、生物能源及生物材料等的前体,提高细胞内酰基CoA供应水平,能够促进微生物合成产率升高;酰基CoA也是蛋白质酰基化修饰的酰基基团供体,酰基CoA积累导致合成代谢途径相关酶的酰基化水平提高,抑制代谢酶催化活性及合成效率。本文从酰基CoA平衡及酰基化修饰的角度,重点阐述了酰基CoA双重效应(酰基化供体及代谢前体)的相互影响与平衡,随后通过红霉素、丁醇、赤松素的实例总结了翻译后修饰代谢工程在调节微生物合成途径各元件间、合成途径与底盘之间的适配性,促进产物合成方面的实际应用。