植物天然产物的微生物合成与转化

植物天然产物是一类结构复杂、性能多样的次级代谢产物,广泛应用于食品、药品、化妆品等多个领域。目前植物天然产物的主要来源依赖于从植物中提取,这种生产方式周期长且占用大量耕地。微生物细胞因其生长周期短、操作简便、环境友好、大规模发酵可控等优势而被广泛研究用以替代传统的植物提取法。目前利用微生物细胞工厂合成和转化植物天然产物已成为研究的热点,实现了萜类、黄酮、生物碱、皂苷等多种植物天然产物的合成和转化。本文分别从从头合成和生物转化的角度综述了微生物细胞工厂在植物天然产物合成中的应用,为更加系统、深入地研究植物天然产物的微生物合成与转化提供参考。     

微生物合成植物天然产物的细胞工厂设计与构建

植物天然产物结构多样,具有丰富的生理活性与功能。利用微生物细胞工厂生产来源稀缺、获取难度大的植物天然产物具有经济可行、环境友好等优势。本文系统介绍了萜烯、黄酮以及生物碱的生物合成途径及其关键酶,阐述了差异转录组学、同功酶挖掘等途径解析与重构的方法。指出关键酶改造、途径动态调控、代谢区室化与代谢网络再平衡是增大外源途径代谢通量、抑制副产物合成、降低产物毒性与菌株代谢负担、提高目标产物合成能力的有效策略。提出了解析合成植物天然产物关键酶在微生物中的催化特异性机制、开发外源途径的高效组装方法等进一步提高微生物细胞工厂生产效率的建议。     

细胞工厂合成齐墩果烷型萜烯化合物的研究进展

齐墩果烷型萜烯化合物是一类植物次级代谢产物,具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、保肝等功能,被广泛应用于医药、食品、农业和精细化工品行业,具有重要的应用价值。这类化合物结构复杂,难以实现化学合成。目前,主要通过从植物中提取的方式来制备。由于含量低且植物生长周期长,该制备方法耗时费力、工艺复杂,因此开发新的制备方法迫在眉睫。与植物相比,微生物具有培养周期短、能利用廉价碳源进行大规模发酵、发酵过程可以实现自动化、节约人力成本等优势,因此构建微生物细胞工厂合成齐墩果烷型萜烯类化合物是学术界和工业界的研究热点。综述该领域最新的研究进展,为构建细胞工厂合成齐墩果烷型萜烯化合物提供参考。     

熊果苷的制备方法研究

熊果苷是一种天然存在的物质 ,具有抗菌、镇咳和利尿等功能 ,近年来作为美白添加剂广泛应用于化妆品中。本文介绍了熊果苷的 4种制备方法 :天然产物提取法 ,植物组织培养法 ,化学合成法以及酶转化法 ,并对 4种方法合成工艺的优缺点作了评述。最后指出与酶工程法有着密切联系的转基因微生物生产熊果苷是未来的主要研究方向。     

人工代谢路径适配性的研究进展

微生物细胞工厂以可再生资源为原料,实现了大宗化学品和天然产物的可持续生产,并有望替代石油化工炼制和动植物提取。剪接天然或人工代谢路径是构建微生物细胞工厂的基础。然而,剪接代谢路径造成的代谢流扰动,导致微生物细胞工厂的适配性差,降低了微生物细胞工厂的生产性能。提高人工代谢路径之间的适配性,以及人工代谢路径与底盘微生物细胞之间的适配性,将是改善微生物细胞工厂生产性能的关键。本文从强化与平衡人工代谢路径的代谢通量,解除人工代谢路径与底盘细胞内源代谢路径的交互作用,以及强化人工代谢路径与底盘细胞整体代谢网络的适配性层面,对提高微生物细胞工厂适配性的研究现状进行介绍。开发高效的多重适配性调控策略,在细胞水平重置代谢路径的适配性与提高微生物细胞对代谢产物的适配性,将是未来的研究重点。     

基因组挖掘在天然产物研究中的应用进展

基因组挖掘是通过对基因组进行测序,然后预测合成的天然产物,进而分离纯化新化合物的技术。基因组挖掘可以促进天然产物的研究,广泛应用于工农业、食品、医药等领域。着重介绍了基因组挖掘在微生物、植物、新药开发等方面的应用研究进展,并展望了基因组挖掘对天然产物研究的推动作用和应用前景。     

添加剂国际市场的三大发展趋势

添加剂国际市场的三大发展趋势主要表现在： 第一,天然产物受青睐。从植物中提取的色素、香料、抗氧化剂等天然植物成分,安全无毒或基本无毒,受到了人们的广泛欢迎,成为目前研究开发的重点。其中最具代表性的是对香辛料的研究与开发,迷迭香萃取物已被世界各国允许用作抗氧化剂。即使是合成的食品添加剂,也向着安全无毒方向发展。国际上目前在开发不被人体吸收的聚合型合成食品着色剂。这些研究投入的费用大,时间长。目前公布的研究结果表明,着色剂中引进亲水基团后,在人体内不能透过细胞,从而降低了致癌性。但这些研究要走向生产还待时日。     

植物细胞悬浮培养

<正>植物细胞能合成许多具有重要价值的次级代谢产物,它们可作为农药、杀虫剂、调味剂及香精等。这些产物传统上是从天然植物中直接提取,但天然植物生长周期较长,而且生长还受地域和环境因素的限制,所以采用直接提取具有较大的局限性。化学合成法已用于多种产品的生产,但是有些物质不能通过化学法合成,或虽能合成,却比较困难。植物     

微生物细胞工厂碳流调控进展

随着代谢工程技术的进步,越来越多微生物细胞工厂可用于化学品发酵生产。微生物细胞生产化学品具有生产条件温和、环境友好等优势,是实现化学品绿色可持续生产的重要手段。为了提高微生物细胞工厂的产量、得率和生产强度,传统代谢工程手段主要采用基因过表达或基因敲除方式增大目标代谢路径碳代谢流。然而由于代谢流调控精度不足,易导致细胞生产能力下降。本文主要针对微生物细胞工厂碳流调控中存在的瓶颈问题,从代谢流改造靶点选择、细胞生长与产物合成碳流平衡、副产物路径与产物合成竞争、产物合成效率强化四个角度,系统综述微生物细胞工厂碳代谢流调控的最新进展。并从高精度、仿生学、智能化、多任务、快响应调控工具的设计出发,对未来微生物细胞工厂的发展趋势进行展望。     

胞内生物传感器提高微生物细胞工厂的精细调控

在当今倡导化合物绿色制造的背景下，利用微生物细胞工厂合成新化合物或提高化合物的产量是绿色化工技术发展的重要方向之一。但目标化合物的低产是微生物细胞工厂合成的常见问题。解决这个瓶颈的有效方法之一是在微生物细胞中设计生物传感器来监测和调控化合物的生物合成。详细介绍了胞内生物传感器的种类和作用机制，重点阐释了生物传感器如何与微生物细胞工厂中产物合成途径设计相结合，从而提高细胞工厂的精细调控和目标产物的合成能力。最后还讨论了目前胞内生物传感器设计所面临的挑战和可行的解决方案。     

左旋多巴合成研究进展

左旋多巴是治疗帕金森病的首选药物,在临床中应用广泛。本文评述了近年来左旋多巴合成的相关研究进展,包括全化学合成、天然植物中提取、生物酶转化以及代谢工程策略。全化学合成左旋多巴由于步骤多而且不对称性合成,存在工艺复杂和环境污染等问题。植物提取制备左旋多巴产量低,受到资源限制。生物转化包括酪氨酸酚解酶、酪氨酸酶及转氨酶等催化苯类前体合成左旋多巴。提出随着合成生物学的发展,构建代谢工程微生物,发酵生产左旋多巴是一种高效、环境友好的新方法,具有良好的应用前景。     

植物天然产物氧化与微生物制造

在植物天然产物合成过程中,氧化反应是其中的关键反应,氧化酶是催化氧化反应不可或缺的生物催化剂,也是利用微生物合成植物天然产物过程中不可或缺的关键酶。介绍了萜类、生物碱、黄酮等植物天然产物骨架的氧化修饰,按照辅基的差异对合成植物天然产物过程中的氧化酶进行分类介绍,阐释了不同辅基参与氧化反应的机理。此外,还介绍了植物天然产物氧化过程在微生物合成过程中的难点,以及提高氧化酶催化效率的方法。最后,对未来合成生物学中氧化酶在微生物合成植物天然产物领域的前景进行了展望。     

氧代吲哚啉在天然产物合成中的应用

氧代吲哚啉骨架广泛存在于天然产物分子中,故氧代吲哚啉在天然产物的合成过程中发挥了重要作用。本文重点综述了近年来氧代吲哚啉的合成和转化过程在天然产物合成中的应用,并结合目前氧代吲哚啉合成的研究,提出了此领域研究的前景和展望。     

植物天然产物氧化与微生物制造

在植物天然产物合成过程中,氧化反应是其中的关键反应,氧化酶是催化氧化反应不可或缺的生物催化剂,也是利用微生物合成植物天然产物过程中不可或缺的关键酶。介绍了萜类、生物碱、黄酮等植物天然产物骨架的氧化修饰,按照辅基的差异对合成植物天然产物过程中的氧化酶进行分类介绍,阐释了不同辅基参与氧化反应的机理。此外,还介绍了植物天然产物氧化过程在微生物合成过程中的难点,以及提高氧化酶催化效率的方法。最后,对未来合成生物学中氧化酶在微生物合成植物天然产物领域的前景进行了展望。     

微生物合成2,3-丁二醇的代谢工程

2,3-丁二醇（2,3-BD）是一种重要的微生物代谢产物,广泛应用于食品、医药、化工等多个领域。微生物合成2,3-BD的效率不高一直制约着其生物制造工业化进程,应用代谢工程的理论和方法优化微生物的代谢途径有望解决这一问题。本文全面总结了近年来微生物合成2,3-BD研究过程中的菌株改造和构建技术,包括过表达合成途径中的关键酶编码基因、敲除旁路代谢途径关键酶编码基因、应用辅因子工程手段对天然菌株代谢网络进行重新设计和合理改造,以及利用合成生物学技术在模式菌株中构建全新的代谢途径,实现2,3-BD的高效生物合成。最后,本文对未来的研究方向进行了展望,提出了进一步利用先进的合成生物学方法构建高效细胞工厂的指导性建议。     

微生物合成2,3-丁二醇的代谢工程

2,3-丁二醇(2,3-BD)是一种重要的微生物代谢产物,广泛应用于食品、医药、化工等多个领域。微生物合成2,3-BD的效率不高一直制约着其生物制造工业化进程,应用代谢工程的理论和方法优化微生物的代谢途径有望解决这一问题。本文全面总结了近年来微生物合成2,3-BD研究过程中的菌株改造和构建技术,包括过表达合成途径中的关键酶编码基因、敲除旁路代谢途径关键酶编码基因、应用辅因子工程手段对天然菌株代谢网络进行重新设计和合理改造,以及利用合成生物学技术在模式菌株中构建全新的代谢途径,实现2,3-BD的高效生物合成。最后,本文对未来的研究方向进行了展望,提出了进一步利用先进的合成生物学方法构建高效细胞工厂的指导性建议。     

技术贸易

天然产物微波提取技术微波技术在工业中的广泛用途亟待开发,例如中草药的提取及从植物中提取天然香料和食品色素等,从动物组织中提取各种活性成分和药物等。     

香紫苏醇的微生物法生产研究进展

香紫苏醇是一种植物次生代谢物,可从天然香紫苏醇等植物中提取,主要用于香紫苏内酯及降龙涎醚等天然龙涎香代用品的合成及香精的调配,还具有抗菌、杀菌活性等。由于生物技术的发展,利用微生物法合成香紫苏醇已引起国内外学者的广泛关注。本文概述了香紫苏醇及其衍生物的经济价值,并详细概述了微生物生产香紫苏醇的流程及研究状况。最后,本文还展望了微物生产法在香紫苏醇生产工业中应用前景及研究方向。尽管对微生物生产香紫苏醇的相关研究已取得了比较大的进步,但香紫苏醇合成的产率仍相对较低,因此,将分子生物学及代谢工程学手段融入到香紫苏醇合成及产业化应用的探索将是以后的研究重点。     

萜类香料生物合成的研究进展

萜类化合物在自然界存在广泛，许多已被用于香料工业，萜类香料也是芳香产业关注的热点之一。生物合成可以利用廉价和可再生资源合成萜类化合物，提供一种独立于天然来源的可持续获取所需产品的替代方法，与植物提取和化学合成相比是一种更有前途的香料生产途径。随着香精香料市场的不断增长，合成生物学指导下的萜类化合物生产在推动未来市场前景方面显示出巨大的潜力。综述了合成生物学在萜类香料生产的应用、萜类化合物的微生物细胞工厂构建及工程菌株技术平台等，同时展望了生物合成萜类香料的应用前景。     

开发微生物来源天然产物的新技术

天然产物泛指来源于植物、动物、微生物、海洋生物和矿物的化合物。天然产物的来源有多种途径,从天然产物中寻找有活性的化合物作为先导化合物创制新药是世界药学工作者公认的有效途径之一。天然来源药物可分为原始天然化合物、经半合成或全合成得到的化合物。