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。     

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。     

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     

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。     

生物源材料绿色制备金纳米粒子的研究进展

传统合成金纳米粒子(AuNPs)的方法主要分为物理法和化学法.物理法合成效率低且合成的AuNPs的分散性差,使其在生物医学领域的应用大大受限;而化学法能耗大、运行成本高,使用会对人体健康和生态系统造成危害的化学试剂.为克服以上缺点,实现AuNPs合成的可持续路线,绿色化学合成法已成为该领域的研究热点.简要总结了AuNPs绿色合成技术的优点,重点介绍了近年来以植物源材料、藻类、真菌及其产物、细菌及其产物等天然试剂为原材料的AuNPs绿色合成的研究进展,剖析了AuNPs绿色制备方法未来将面临的挑战,并对该方法的应用前景进行了展望.     

Microbial-Catalyzed Biotransformation of Multifunctional Triterpenoids Derived from Phytonutrients

Microbial-catalyzed biotransformations have considerable potential for the generation of an enormous variety of structurally diversified organic compounds, especially natural products with complex structures like triterpenoids. They offer efficient and economical ways to produce semi-synthetic analogues and novel lead molecules. Microorganisms such as bacteria and fungi could catalyze chemo-, regio- and stereospecific hydroxylations of diverse triterpenoid substrates that are extremely difficult to produce by chemical routes. During recent years, considerable research has been performed on the microbial transformation of bioactive triterpenoids, in order to obtain biologically active molecules with diverse structures features. This article reviews the microbial modifications of tetranortriterpenoids, tetracyclic triterpenoids and pentacyclic triterpenoids.     

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。     

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。     

Engineered microorganisms and enzymes for efficiently synthesizing plant natural products

Plant natural products are a kind of active substance widely used in pharmaceuticals and foods. However, the current production mode based on plant culture and extraction suffer complex processes and severe concerns for environmental and ecological. With the increasing awareness of environmental sustainability, engineered microbial cell factories have been an alternative approach to produce natural products. Many engineering strategies have been utilized in microbial biosynthesis of complex phytochemicals such as dynamic control and substructure engineering. Meanwhile, Enzyme engineering including directed evolution and rational design has been implemented to improve enzyme catalysis efficiency and stability as well as change promiscuity to expand product spectra. In this review, we discussed recent advances in microbial biosynthesis of complex phytochemicals from the following aspects, including pathway construction, strain engineering to boost the production.     

Automated Identification of Depsipeptide Natural Products by an Informatic Search Algorithm

Nonribosomal depsipeptides are a class of potent microbial natural products, which include several clinically approved pharmaceutical agents. Genome sequencing has revealed a large number of uninvestigated natural‐product biosynthetic gene clusters. However, while novel informatic search methods to access these gene clusters have been developed to identify peptide natural products, depsipeptide detection has proven challenging. Herein, we present an improved version of our informatic search algorithm for natural products (iSNAP), which facilitates the detection of known and genetically predicted depsipeptides in complex microbial culture extracts. We validated this technology by identifying several depsipeptides from novel producers, and located a large number of novel depsipeptide gene clusters for future study. This approach highlights the value of chemoinformatic search methods for the discovery of genetically encoded metabolites by targeting specific areas of chemical space.     

氮杂环烃的微生物转化及其在药物合成中的潜在应用

吡啶、喹啉、吖啶、吲哚、咔唑及其他含氮杂环化合物(氮杂环烃)可以被细菌及真菌的培养物转化,产生具有生物活性的多种代谢衍生产物。在很多情况下,微生物的生物转化过程具有区域选择性和立体选择性,因此转化产物在新候选药合成方面具有很大潜力。本文综述了氨杂环烃的转达化技术进展。     

Gold-Catalyzed Polycyclization Toward Natural Products Synthesis

Over the last years, gold catalysis has gained considerable significance in organic synthesis, since it allows atom economy and synthetic efficiency for the transformation of relatively simple substrates into valuable, highly complex molecular architectures. The gold-catalyzed polycyclization reactions of alkynes and enynes have been particularly successful toward the synthesis of natural products. This review highlights the recent developments in polycyclization area according to the key gold-catalyzed step.