氧化葡萄糖酸杆菌生物制造吡咯喹啉醌进展

吡咯喹啉醌（PQQ）是继黄素核苷酸和吡啶核苷酸之后,在膜束缚的细菌脱氢酶中发现的第三种辅基,具有抗氧化、抗病毒和提高免疫力等多种生理功能,在食品、医药及农业等行业具有广泛的应用前景。该文综述了氧化葡萄糖酸杆菌（Gluconobacter oxydans）中PQQ的生理作用及生物合成的分子机制,表明了氧化葡萄糖酸杆菌作为出发菌株生产PQQ具有潜在优势,对今后工业化生产PQQ具有积极的指导意义。     

吡咯喹啉醌高产菌株选育及发酵优化

吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone, PQQ)是一种红褐色、芳香、三环邻醌的化合物,作为辅因子参与电子传递。在食品、医药和化妆品领域具有重要的应用价值。近几年,微生物发酵法合成PQQ受到了越来越多的关注。该研究以一株具有PQQ生产能力的脱氮生丝微菌(CGMCC 1.12893)为出发菌株,其在摇瓶水平上初始PQQ产量为31.4 mg/L。通过采用常压室温等离子体(atmospheric and room temperature plasma, ARTP)诱变和高通量筛选相结合的方法,筛选得到一株PQQ的高产突变菌株,编号为34,其PQQ产量提高至48.4 mg/L,相比原始菌株提高了54.1%。针对该最优突变菌株,在摇瓶水平上对碳源、氮源、金属离子和维生素等成分进行了优化,PQQ产量提高至105.2 mg/L。最后,在5 L发酵罐上对突变菌株进行验证培养,PQQ产量进一步提高至349.8 mg/L。该研究通过随机诱变筛选得到一株高产PQQ突变株,并通过培养基优化及发酵罐验证培养进一步提高了PQQ产量,研究结果为后续建立相应的发酵过程控制策略奠定了基础。     

吡咯喹啉醌功能特性及其产品研究进展

吡咯喹啉醌作为一种氧化还原酶的辅酶，广泛存在于各种生物体组织中，其具有独特的理化性质，在各类生命体生理功能方面发挥着重要的作用。目前吡咯喹啉醌的安全性已经得到了大量证据支持，所以多个国家已经将其批准应用于食品饮料中。大量的动物实验和临床研究表明，吡咯喹啉醌可以改善大脑认知功能、提升运动恢复能力、修复肝损伤、改善骨质疏松症以及其他功能。本文对吡咯喹啉醌安全性和法规现状、生物学功能和在食品中应用情况等方面进行详细阐述，以期为吡咯喹啉醌产品的功能研究及开发应用提供参考。     

大肠杆菌中吡咯喹啉醌合成途径的构建

目前吡咯喹啉醌（Pyrroloquinoline quinone,PQQ）在大肠杆菌中的异源合成主要以质粒为表达载体进行,但是质粒载体难以进行合成途径多基因表达的系统优化,并且容易造成发酵不稳定。作者以大肠杆菌为底盘生物,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,在基因组水平系统优化PQQ的合成。将来源于Gluconobacter oxydans 621H的操纵子pqqABCDE引入底盘大肠杆菌,并进一步通过优化合成途径基因表达强度,敲除大肠杆菌自身抑制基因及强化PQQ的胞内需求与胞外转运等,获得了一株能够高效合成PQQ的工程菌,摇瓶发酵72 h时产量达到86.3 mg/L。以大肠杆菌为底盘构建PQQ高效合成途径的工作能够为后续以其他底盘生物生产PQQ及相关代谢产物提供借鉴。     

吡咯喹啉醌研究新进展

吡咯喹啉醌（pyrroloquinoline quinone,PQQ）是细菌脱氢酶中的一种氧化还原辅助因子,又是一种抗氧化剂,能避免细胞内氧化反应以及体外生物活性物质产生活性氧导致的细胞损伤,为细胞的生长发育提供营养与维生素,同时使细胞具有抗氧化的耐受性。它对植物病原真菌起到生物控制剂的作用,能诱导蛋白激酶参与哺乳动物细胞分化发育过程。PQQ能通过增加不溶性磷酸盐的利用率来提高作物产量,它与氧化还原循环功能有很强相关性,具有抗神经退行性、抗癌、信号传导等功能。     

Methylopila sp. YHT-1鉴定及其发酵产吡咯喹啉醌

以甲醇为唯一碳源,从土壤中筛选分离出一株分泌吡咯喹啉醌(PQQ)菌株YHT-1。通过形态学特征、生理生化特征和16S r RNA基因序列分析,鉴定为Methylopila sp.菌。经摇瓶发酵初步优化后,YHT-1在3 L发酵罐中发酵4 d,PQQ产量达113.6 mg/L。发酵产物经DEAE阴离子交换初步纯化、低温结晶,得到PQQ粗品,并经HPLC和紫外光谱分析,证实为PQQ。     

两种甲醇脱氢酶在食甲基杆菌甲醇代谢中的作用

本研究以食葡糖食甲基杆菌MP688(Methylobacterium glucophilum MP688)的吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone,PQQ)高产突变株J1-1为研究对象,通过生物信息学分析从基因组上找到两个甲醇脱氢酶(methanol dehydrogenase,MDH)基因mpq0771和mpq2496。考察了Ca²⁺及La³⁺对菌体生长、PQQ合成、MDH表达及酶活力的影响,并研究两种酶在甲醇代谢中的作用。结果显示：Ca²⁺和La³⁺均能促进J1-1菌体生长,且在菌体快速生长的情况下导致PQQ合成下降;Ca²⁺存在时,菌株J1-1中mpq0771表达量较高,添加La³⁺后mpq0771表达受到阻遏,但增强了mpq2496表达,菌体MDH总活力也有所提高;敲除菌J1-1Δmpq0771不能利用甲醇生长,添加La³⁺后可利用甲醇生长并能合成PQQ,且能检测到MDH活性。mpq0771编码产物是Ca...     

变形假单胞菌吡咯喹啉醌合成基因簇的克隆与分析

从变形假单胞菌JUIM01中克隆到吡咯喹啉醌(PQQ)合成基因簇,阐明了其基因组成和生物学信息。根据已报道的假单胞菌的基因组进行简并引物设计,采用LA-PCR技术克隆变形假单胞菌的PQQ合成基因簇,对克隆的基因片段进行测序并使用生物信息学方法进行综合分析。结果表明:克隆到的基因片段全长为11 659 bp,其中包括pqqF、pqqA、pqqB、pqqC、pqqD、pqqE、pqqM、pqqH和pqqI共9个基因,编码PQQ生物合成的前体短肽PqqA和合成途径的相关酶;这些基因与荧光假单胞菌Pf0-1的PQQ合成基因簇的基因组成类似,相应基因的序列一致性达41%～94%。本研究中首次从变形假单胞菌中克隆到PQQ合成基因簇,并对其进行生物信息学分析,为变形假单胞菌的PQQ生物合成途径和胞内再生机制的研究奠定了基础,进而为提高2KGA的生产强度提供了理论支撑。     

吡咯喹啉醌连续发酵工艺初探

吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinine, PQQ)的微生物发酵生产中,常用补料分批发酵法,但是其发酵前期菌体生长较慢,发酵后期产量下降较快,整个发酵周期的生产效率较低。为了提高PQQ的发酵生产效率,初步研究了使用生丝微菌(Hyphomicrobium sp.)进行单级连续发酵生产PQQ的工艺。以PQQ补料分批发酵时产率最高的时刻作为连续发酵的起点,分别进行了PQQ的恒浊法连续发酵和恒化法连续发酵的研究。实验结果表明,以0.008 7 h^-1的稀释率进行PQQ恒浊法连续发酵更好,发酵液中的菌体浓度能够保持稳定且发酵产量较高。与补料分批发酵相比,恒浊法连续发酵可以提高PQQ的生产效率(80.7%),同时还提高了底物甲醇的转化率(36.5%),具有良好的工业应用前景。     

pCEC法检测运动营养品中吡咯并喹啉醌的含量

建立一种快速、高效的加压毛细管电色谱法检测运动营养品中吡咯并喹啉醌含量的分析方法。样品经20%的乙腈溶液提取后,以乙腈-15mmol/L pH4.7磷酸钾缓冲液（15∶85,v/v）作为流动相,260nm检测波长下检测,在电压强度+2kV条件下,外标法峰面积定量。结果表明,吡咯并喹啉醌标准溶液在0.05μg/mL～2.00μg/mL浓度范围内线性良好,相关系数R2为0.9995,检出限为0.5μg/kg,定量限为1.5μg/kg,加标回收率达到86.4%～98.2%,相对标准偏差（RSD）为2.17%～4.35%。该方法具有前处理简单、检测速度快的优点,适用于运动营养品中吡咯并喹啉醌含量的测定。     

生物电化学法转化甘油生产1,3-二羟基丙酮

氧化葡萄糖酸杆菌中依赖辅基吡咯喹啉醌(Pyrroloquinoline Quinone,PQQ)的膜结合甘油脱氢酶(Glycerol dehydrogenase,GDH)是酶法转化甘油生成1,3-二羟基丙酮(1,3-Dihydroxyacetone,DHA)的关键酶。以铁氰化钾为电子媒介体,采用生物电化学法,再生甘油脱氢酶的辅基PQQ,从而实现酶法循环转化甘油生产DHA。设计电耦联反应装置,在(28±2)℃,370mV电压下反应18h,DHA质量浓度达到27.21g/L,甘油转化率为52.93%。     

吡咯喹啉醌高通量检测方法的建立与优化

吡咯喹啉醌(Pyrroloquinoline quinone,PQQ)是一种新型辅酶,具有广阔的应用前景。传统PQQ检测方法在检测发酵液中PQQ浓度时都存在一定的缺陷,且检测效率偏低。本研究在大肠杆菌(Escherichia coli BL21(DE3))中表达E.coli K-12来源的葡萄糖脱氢酶(PQQGDH),并通过亲和层析分离纯化PQQGDH,得到了高浓度、高纯度的PQQGDH。通过酶液和PQQ样品用量的双因素正交实验对传统重组酶法的反应体系加以改进,得到适用于96孔板高通量检测的反应体系。结果表明30μL纯化后酶液、2μL PQQ样品配合1.2 m L的显色剂组成的显色体系检测效果最佳。该方法线性范围大且具有较高的精确度和重现性。本研究中利用高浓度、高纯度的PQQGDH配合96孔板和酶标仪,所建立的PQQ高通量检测方法,不仅降低了实验误差,而且大幅提高了PQQ发酵液样品的检测效率。     

吡咯喹啉醌对衰老大鼠学习记忆的影响及机制研究

目的研究吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone,PQQ)对受到氧化损伤的神经细胞的修复作用,探讨PQQ在因衰老产生机体氧化损伤的大鼠体内、脑内的抗氧化作用,以及该抗氧化作用对衰老大鼠学习记忆能力产生的影响。方法使用H_2O_2诱导PC12神经细胞(大鼠肾上腺髓质嗜铬瘤分化细胞株)氧化损伤,随后用噻唑兰法检测PQQ对PC12的修复作用。用PQQ(0、10、20、40 mg/kg)灌胃18月龄雄性SD大鼠,4周后用Morris水迷宫试验测定大鼠的学习记忆能力,6周后测定血清和脑组织的氧化损伤水平和抗氧化能力。结果 200 nmol/L的PQQ使PC12细胞的存活率从59.1%增加到90.5%;与衰老模型组比较,PQQ中和高剂量组(20、40 mg/kg)大鼠在Morris水迷宫试验中的5 d潜伏期缩短、5 d游泳总路程减少,PQQ各剂量组(10、20、40 mg/kg)7 d穿越次数增加、7 d第一次平台穿越时间减少。同时PQQ各剂量组大鼠血清和脑组织中丙二醛、脑组织中脂褐素水平降低,中和高剂量组(20、40 mg/kg)血清和脑组织中超氧化物歧化酶水平、谷胱甘肽过氧化物酶活力以及脑组织中抗氧化能力增强。结论 PQQ可修复神经细胞的氧化损伤,证实了PQQ能够在体内与大脑中同样发挥抗氧化作用,增加衰老大鼠学习记忆能力。     

HPLC法测定吡咯喹啉醌(PQQ)中咪唑并吡咯喹啉(IPQ)的含量

目的:建立吡咯喹啉醌(PQQ)中IPQ的含量测定方法。方法:采用TCI Kaseisorb LC ODS 2000色谱柱(4.6mm×150mm,5μm);流动相为乙腈-缓冲溶液(配制10mmol的磷酸氢二钾和15mmol的四丁基溴化铵水溶液,用磷酸调节p H至7.4)[28∶72];紫外检测器,检测波长为259nm;流速为1.0m L/min;进样量为20μL。结果:IPQ在0.05μg/m L～0.2μg/m L范围内线性关系良好,相关系数大于0.999。IPQ的回收率在104%～113%之间,RSD最大为3%。结论:该方法具有良好的专属性、检测灵敏度、精密度、线性和准确度,适用于PQQ中IPQ的质量控制。     

外源核苷酸的生物学特性及在乳代品中的作用

介绍了外源核苷酸作为一种活性物质，对胃肠道的功能、肝脏生长与发育、脂质代谢、动物体免疫系统等具有重要影响。在人和动物体内合成的内源核苷酸不能完全满足机体所需要的某些情况下，如机体迅速生长、受到免疫挑战、饥饿或局部缺血等特殊生理变化时期，食品中添加外源核苷酸能改善动物体的生理机能；且将外源核苷酸加入到婴儿乳代品中，能促进婴幼儿的生长和发育。外源核苷酸的诸多特点使其在临床治疗、医疗保健、动物营养等方面具有广阔的应用价值和市场前景。     

常见食物中的抗氧化剂可预防脂肪肝

<正>一般情况下,肥胖母亲的孩子患非酒精性脂肪肝的可能性会更大,而一项新出炉的研究显示,在母乳和猕猴桃内发现一种可以预防非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的常见抗氧化剂。在试验中,研究人员将成年小鼠分为两组,一组喂养健康食物,另一组则喂养导致肥胖的西式饮食,同时也给两组饮用水中添加天然抗氧化剂吡咯喹啉醌(PQQ),然后它们的后代小鼠也一样分为两组喂养了20周。     

欧盟批准1-氯甲基烟酰胺和吡咯喹啉醌钠盐作为新型食品

正据欧盟官方公报消息,2018年8月13日,欧盟委员会发布法规(EU)2018/1123和2018/1122,批准1-氯甲基烟酰胺(1-ethylnicotinamide chloride)和吡咯喹啉醌钠盐(pyrroloquinoline quinone disodium salt)作为新型食品。根据欧盟议会和理事会法规(EU)2015/2283,欧盟委员会修改了实施细则(EU)2017/2470附件,将1-氯甲基烟酰胺和吡咯喹啉醌钠盐用于指令2002/46/EC中定义的膳食补充剂,目标人群为成年人,但不     

PQQ依赖性呕吐毒素脱氢酶的鉴定与性能表征

谷物及其制品中呕吐毒素(DON)的污染给人类健康造成了潜在威胁。利用生物酶将真菌毒素转化为低毒产物的生物脱毒技术是一种环保且高效的脱毒方法。本研究基于同源比对方法，从呕吐毒素脱毒菌株德沃斯氏菌Devosia sp. FJ2-5-3的基因组中挖掘鉴定了1个呕吐毒素(DON)脱毒酶编码基因adh2，对该基因进行克隆、表达并进一步对其编码酶的酶学性质进行了表征。结果表明：adh2基因长度1 770 bp，其编码的ADH2酶原由589个氨基酸组成，N端前1～24个氨基酸为信号肽，属于Ⅰ型吡咯喹啉醌(Pyrroloquinoline quinone,PQQ)依赖性醇脱氢酶。该酶最适反应pH=9，最适反应温度为35℃，在65℃孵育4 h后仍保留50%以上的酶活，显示了较好的热稳定性；另外，Ca²⁺是其必须辅因子，而1%的乙醇和异丙醇均对其活性有明显抑制作用。ADH2对DON的Km和Kcat值分别为(708.00±47.01)μg/mL和(3.37±0.11)S^-1，该研究结果可为PQQ依赖性呕吐毒素脱氢酶后续工业化应用提供参考。     

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。     

利用TAIL-PCR克隆Gluconobacter suboxydans葡萄糖脱氢酶基因及其生物信息学分析

以Gluconobacter suboxydans J菌株基因组DNA为模板,基于吡咯喹啉醌附着位点的保守区域设计引物,通过交错式热不对称PCR获得编码葡萄糖脱氢酶（glucose dehydrogenase,GDH）的全长基因（gdh）,并对其序列进行生物信息学分析。结果表明：gdh基因全长2 268 bp,编码755个氨基酸,其蛋白序列与Gluconobacter属的GDH具有较高的同源性。GDH的分子质量约为81.72 ku,pI值约为5.14;GDH蛋白的二级结构由18.41%的α-螺旋、16.16%的延伸和65.43%的无规则卷曲3种结构模块组成;GDH N末端的AA 1～140区域有5个跨膜结构域。