代谢工程改造酿酒酵母促进L-苯丙氨酸的合成

通过代谢工程改造酿酒酵母L-苯丙氨酸合成相关途径,强化L-苯丙氨酸合成并实现胞外积累,为后续深入挖掘酿酒酵母芳香族氨基酸合成和转运机制,利用酿酒酵母生产芳香族氨基酸及其高价值衍生物提供参考。首先对酿酒酵母中心代谢途径和莽草酸途径进行代谢改造,获得1株合成L-苯丙氨酸初步强化菌株,测得胞外L-苯丙氨酸和L-酪氨酸产量分别为2.49和6.54 mg/L。为了进一步增强L-苯丙氨酸的积累,敲除L-苯丙氨酸消耗途径基因ARO10和PDC5。最后,敲除TYR1阻断竞争性L-酪氨酸合成途径,胞外L-苯丙氨酸产量提高至45.40 mg/L,这是目前研究酿酒酵母L-苯丙氨酸从头合成的最高胞外产量。     

谷氨酸棒杆菌生产缬氨酸的代谢工程研究进展

L-缬氨酸是人体必需的三种支链氨基酸之一,在生命代谢过程中起着非常重要的作用,因此被广泛应用于食品、医药及饲料等行业。目前,L-缬氨酸主要采用微生物发酵法生产,而谷氨酸棒杆菌是最常用的生产菌种。作者分析了谷氨酸棒杆菌中L-缬氨酸的生物合成途径和代谢调控,综述了对其进行代谢工程改造来提高L-缬氨酸产量的最新研究进展。     

微生物生产L-苏氨酸的代谢工程研究进展

L-苏氨酸作为一种必需氨基酸被广泛用于食品、饲料、医药及化妆品行业。目前L-苏氨酸主要通过微生物发酵法生产。代谢工程技术的应用为菌种选育开辟了有效途径,使在现有高产基础上进一步提高氨基酸的产量成为可能。作者对两大氨基酸生产菌——大肠杆菌和谷氨酸棒杆菌中的L-苏氨酸生物合成相关途径、代谢调控机理以及运用代谢工程技术提高L-苏氨酸产量所取得的成果进行了系统综述。     

基于代谢工程策略合成L-苹果酸研究进展

L-苹果酸在食品、医药、化工等领域被广泛应用。工业上以石油基原料为底物,通过化学法或酶法合成L-苹果酸。随着石油资源的日渐短缺,利用可再生资源以生物法合成L-苹果酸受到人们的重视。近年来应用代谢工程策略改造大肠杆菌、酵母菌等菌株,进行L-苹果酸的合成,具有一定应用前景。同时,应用合成代谢工程在体外构建代谢途径进行L-苹果酸合成,具有较高的理论价值。本文首先总结了L-苹果酸合成的代谢途径;其次对L-苹果酸合成的代谢工程策略进行了综述,包括强化L-苹果酸合成代谢途径、删除副产物合成途径、促进还原力再生,以期较为系统地阐述L-苹果酸代谢机制的研究现状;最后对L-苹果酸代谢工程的研究方向进行了展望。     

代谢工程改造谷氨酸棒状杆菌促进L-异亮氨酸发酵合成的研究进展

L-异亮氨酸作为必需氨基酸具有多种生理功能,对人体和动物健康有重要的调节作用。微生物发酵是工业生产L-异亮氨酸的主要方式,而谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum）是L-异亮氨酸发酵生产的主要菌株,主要通过筛选和随机诱变得到,其遗传背景不明且很难通过诱变进一步提高产量,因而通过代谢工程改造谷氨酸棒状杆菌生产L-异亮氨酸成为近年来研究热点。该文综述了近年来代谢工程改造谷氨酸棒杆菌促进L-异亮氨酸生物合成的相关研究,主要涉及代谢通量调控、解除反馈抑制、强化还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）水平以及提高产物分泌能力等方面,对进一步改造菌株和促进L-异亮氨酸发酵合成具有一定的参考意义。     

代谢工程改造解脂耶氏酵母生产油脂研究进展北大核心CSCD

微生物油脂是可再生能源发展的重要方向,近年来通过合成生物学方法和代谢工程技术改造,解脂耶氏酵母的产油水平提高迅速,展现了良好的应用发展前景。从代谢途径关键酶调控、负反馈调节解除、代谢途径关键酶异源表达、乙酰辅酶A和NADPH替代途径构建、强化氧化应激保护、促进脂肪酸分泌、适应性进化和计算机辅助模拟8个方面,梳理总结了代谢工程改造解脂耶氏酵母生产油脂的最新研究进展。通过对现有研究分析发现,廉价底物中的毒性成分影响细胞生长和油脂合成,以及油脂调控网络机制的不完全明晰,是限制解脂耶氏酵母油脂产量提升的主要障碍。为此,可通过设计引入解毒途径,添加解毒剂,或筛选毒性化合物耐受菌,以及利用多组学技术和计算机辅助优化进一步解析代谢调控机制解决此问题。此外,在“双碳”背景下,可在解脂耶氏酵母中引入高效的人造光合作用或碳固定途径,利用二氧化碳生产油脂。     

地衣芽胞杆菌发酵合成L-酪氨酸以及莽草酸途径代谢节点的研究

L-酪氨酸是多种有价值的次级代谢产物的通用前体.地衣芽胞杆菌中芳香族氨基酸合成是通过莽草酸途径进行,但代谢调控的潜在机制仍不清楚.该研究对地衣芽胞杆菌合成酪氨酸过程中莽草酸途径代谢节点进行挖掘.通过发酵优化、提升细胞摄氧能力、荧光定量PCR检测途径基因转录水平、多个节点基因的不同组合方式过表达以及莽草酸补加等策略,对莽...     

代谢工程技术及其在微生物育种的应用

代谢工程(Metabolic Engineering),亦称途径工程(Pathway Engineering),是一门利用分子生物学原理系统地分析细胞代谢网络,并通过DNA重组技术合理设计细胞代谢途径及遗传修饰,进而完成细胞特性改造的应用性学科。代谢工程综合了生物化学、化学工程、数学分析等多学科内容,是当前国内外学者研究热点之一。论述了代谢工程的发展过程、基本原理及特点以及该项技术在微生物育种的最新应用进展,并展望了未来发展前景。     

L-丝氨酸的微生物法制备研究进展

L-丝氨酸作为胞内中心代谢产物,参与了胞内重要的C-1活性单元循环,其降解代谢的部分分支途径不能被直接敲除,与其他氨基酸相比,微生物法制备难度较大。以往采用传统的育种方法均难以获得高产L-丝氨酸的菌株,目前的制备方式以微生物前体转化为主。近几年,随着现代生物技术的快速发展,胞内代谢通量的实时分析和遗传改造技术不断增强,人们开始重新关注从糖质原料合成L-丝氨酸的育种研究,并应用多种代谢工程策略改造菌株。该文从L-丝氨酸作为中心代谢产物的特征、微生物前体转化的制备技术以及从糖质原料合成丝氨酸的代谢工程改造3个方面进行阐述,分析微生物法制备L-丝氨酸的相关进展以及存在问题。     

L-缬氨酸代谢工程研究进展

L-缬氨酸属于支链氨基酸,是人体八种必需氨基酸之一,广泛用于食品、医药、饲料、化妆品等领域.由于其含有特殊的生理功能,市场需求较大,使得L-缬氨酸的生产备受关注.代谢工程有着理性思维的设计,在氨基酸生产中得到广泛应用.主要阐述了L-缬氨酸生物合成途径中的关键酶及其代谢调控,综述了L-缬氨酸合成的代谢工程研究现状,并对利用代谢工程原理进行L-缬氨酸生产菌的理性设计提出展望.     

微生物酪氨酸解氨酶的研究进展

微生物转化生产次生代谢物质是重要的方式,但已知的微生物中未发现次生代谢物质的前体物质肉桂酸-4-羟基化酶(C4H)和香豆酸,这限制了微生物转化生产一些次生代谢产物。酪氨酸解氨酶(TAL)能跳过C4H将L-酪氨酸(L-Tyr)转化为香豆酸,为此对微生物来源的TAL的酶学性质、晶体结构、催化机制及TAL基因工程方面的研究进行了阐述,发现了TAL研究中存在的问题并初步提出了解决思路。     

模块化共培养技术在代谢工程领域的应用及研究进展

利用代谢工程方法生物合成目标产物时,需要为设计好的生物合成途径筛选一个合适的微生物宿主,关于此方面的研究在过去十几年中已取得了巨大的成果。随着代谢工程领域的发展,有很多先进的方法被不断地建立与应用,这就对微生物宿主细胞提出了更高的要求。近期的许多科学研究应用共培养体系来减轻细胞压力,从而提高目标产物的产量。模块化共培养体系由多种工程生物菌株组成,可对生物合成进行模块化构建。这种新兴的模块化共培养的工程方法可以广泛地应用于代谢工程领域,具有很高的应用价值。本文总结并讨论了模块化共培养工程方法的优势以及主要面临的挑战,同时对模块化共培养工程的研究进展进行了概述。     

生物合成己二酸的代谢工程研究进展

己二酸是一种重要的大宗化学品,主要用于合成尼龙和聚氨酯泡沫塑料,市场需求巨大,其高效生物合成至今还未实现。本文概括了酿酒酵母中构建和优化新的己二酸合成途径研究进展。首先,通过体内及体外活性测试,对催化每一步反应的酶进行筛选,构建初步的代谢途径。利用组学分析诊断和定位生物合成途径的瓶颈。对于途径中的限速酶采用蛋白质工程手段进行改造。其次,利用合成生物学和代谢工程手段优化代谢途径。优化手段具体包括:通过模块化优化,平衡各个基因之间的表达;利用蛋白支架,构建酶反应的流水线,减少中间产物的扩散,提高反应效率;通过RNA干扰技术抑制竞争代谢途径的流量,提高目标代谢途径的通量。最后,利用CRISPR/Cas9及全局转录机器工程(gTME)等最新技术进行基因组编辑、重排转录网络,最终获得己二酸的高产菌株及适用于高效生产其他芳香族化合物的底盘酵母菌株。     

蛹虫草虫草素合成代谢网络及其关键节点的研究进展

虫草素（Cordycepin）是虫草属（Cordyceps）真菌产生的核心高附加值次级代谢产物之一。与其他工业菌种相比,蛹虫草在腺苷结构类似物（如虫草素）合成方面有天然的代谢通量优势。近年,随着组学分析技术和蛹虫草基因编辑技术的发展,蛹虫草虫草素合成代谢网络,尤其是关键的底物合成途径得到了完整的解析。因此,该综述对目前已知的蛹虫草虫草素合成代谢网络进行了模块化梳理,将其划分为中心碳代谢途径、单磷酸肌苷（Inosinate,IMP）途径和虫草素底物合成途径,并分析了前体物质组成和多个分散途径、关键节点对虫草素合成的影响,系统阐述了IMP物质的合成与流向,佐证了IMP的合成与代谢是虫草素合成的关键节点,为未来通过代谢工程与合成生物学策略优化蛹虫草虫草素代谢网络、构建稳定高产虫草素的蛹虫草菌株提供相对详实的背景参考。     

Metabolic engineering strategies for the production of beneficial carotenoids in plants

Adequate consumption of carotenoids including lycopene, β-carotene, lutein, zeaxanthin, and astaxanthin have many benefits for human health. In plants, carotenoids are derived from isoprenoid precursors from the 2-C-methyl-d-erythritol 4-phosphate (MEP) pathway located in plastids. The MEP pathway is also required for the biosynthesis of chlorophyll, terpenoids, plant hormones, and other metabolites. Despite its complexity and difficulty, various strategies have been successfully used to improve the carotenoid biosynthesis in plants through metabolic engineering. Here, these metabolic engineering strategies are reviewed. In addition, the development of gene stacking technologies for carotenoid biosynthesis is evaluated. These technologies will expedite our efforts to bring the health benefits of carotenoids and other nutritional compounds to our diet.     

代谢工程改造酿酒酵母生产2,3-丁二醇的研究进展

酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）作为“细胞动力车间”能够生产生物燃料和工业产品,2,3-丁二醇（2,3-BD）是其重要的一 种次级代谢产物,广泛应用于工业化生产。 但野生型S. cerevisiae合成2,3-BD的效率低,制约着工业化生产进程,因此,应用代谢工程 法优化代谢途径来解决这一问题极其重要。 该研究对近年来利用代谢工程手段来提高S. cerevisiae 2,3-BD产量的策略进行了总结, 主要包括：过表达2,3-BD合成途径中的关键酶编码基因;敲除编码乙醇、甘油、乙酸等分支途径的关键酶基因;利用可再生能源合成 2,3-BD;应用辅因子工程手段对S. cerevisiae合成2,3-BD的代谢网络进行重新设计及合理改造等。 对S. cerevisiae未来的研究方向进行 了展望,为实现生物燃料2,3-BD的工业化生产提供了保障。     

Biotechnological production of zeaxanthin by microorganisms

BackgroundZeaxanthin is a natural xanthophyll carotenoid that is widely produced by plants, algae and microorganisms and plays a critical role in the prevention of age-related eye diseases, such as macular degeneration and cataracts. Zeaxanthin is also used in the food, pharmaceutical and nutraceutical industries because of its strong antioxidant and anti-cancer properties. To date, zeaxanthin has been primarily produced by extraction from natural resources, especially plants, which is costly and environmentally unfriendly. The biosynthesis of zeaxanthin by microorganisms has been reported in lots of works to provide another potential route for zeaxanthin production.Scope and approachIn this review, we discuss the zeaxanthin biosynthetic pathway, naturally occurring zeaxanthin-accumulating microorganisms containing bacteria and microalgae, the optimization of fermentation conditions using these microorganisms, and zeaxanthin production using microbial cells factory constructed by metabolic engineering. The different metabolic engineering strategies and the zeaxanthin-accumulating level of the reviewed wild and engineered microorganisms are also considered. Furthermore, this work presents perspectives concerning the microbial production of zeaxanthin, especially the trends to construct the metabolically engineered microorganisms for zeaxanthin production.Key findings and conclusionsTo date, all the reported wild zeaxanthin-accumulating microorganisms belong to either bacteria or microalgae, while most of the reported engineering microorganisms for zeaxanthin production are Escherichia coli or yeast. A feasible strategy for zeaxanthin production is the use of metabolic engineering to construct a zeaxanthin-accumulating microbial cells factories followed by the optimization of fermentation with the engineered strain. Besides the simple overexpression of the biosynthesizing genes, the dynamic regulation of the constructed pathway has also been used for zeaxanthin production by metabolic engineering. Construction of better microbial cells factories which produce more zeaxanthin will profit from the breakthrough of the following fields: Introduction of higher plant zeaxanthin biosynthesizing genes into microorganisms; Characterization of novel zeaxanthin pathway genes from the wild microorganisms producing high level of zeaxanthin; Deep investigation of the farnesyl diphosphate formation pathway; Construction of microbial host with weak antioxidative capacity.     

假单胞菌TS1138菌株L-半胱氨酸酶法合成途径的代谢控制分析（英文）

建立了假单胞菌 TS1138菌株L-半胱氨酸酶法合成途径的动力学模型。在L-半胱氨酸合成途径中有L-半胱氨酸合成酶和L- 半胱氨酸脱巯基酶两种酶参与作用,它们的动力学模型是基于米氏动力学建立的,L- 半胱氨酸对L- 半胱氨酸合成酶有非竞争性抑制作用。通过测定L- 半胱氨酸酶法合成过程中的中间产物和终产物的浓度,利用动力学模型进行了L- 半胱氨酸合成途径的代谢控制分析。弹性系数首先可以从动力学方程中求出,根据代谢控制分析理论,流量控制系数由弹性系数求出。研究发现,在 L- 半胱氨酸酶法合成过程中,L- 半胱氨酸合成酶和L- 半胱氨酸脱巯基酶的流量控制系数存在一个交叉点。     

结冷胶的研究进展

介绍了结冷胶的理化特性、发酵生产、生物合成途径及对代谢途径进行遗传改造的研究进展,并对结冷胶的发展前景进行了展望。