重组大肠杆菌1,2,4-丁三醇合成途径的平衡优化

1,2,4-丁三醇(1,2,4-butantriol,BT)属于非天然化学品,是军工材料1,2,4-丁三醇三硝酸酯的前体。在重组大肠杆菌中,木糖经脱氢、脱水、脱羧和还原合成BT。但途径各反应不平衡使得中间代谢物积累限制菌体生长和产物合成。本研究首先通过CRISPR/Cas9敲除基因yjh G和yqh D构建无本底表达宿主菌,随后利用不同启动子组合调节BT合成途径中基因xdh、yjh G和yqh D的表达。结果发现,以P_inv表达醇脱氢酶基因yqh D使BT产量达到14.4g/L;以P_tac表达脱氢酶基因xdh和P_{rrn HP1}表达脱水酶基因yjh G的组合方式,BT产量达到15.6g/L,比对照菌株KXW3009分别增加5.9%和14.7%。本研究通过对中间代谢物木糖酸合成和代谢的组合优化,促进了BT的合成,为后续研究提供了借鉴。     

1,2,4-丁三醇合成工艺述评

介绍了 1 ,2 ,4 丁三醇的基本性能、可能的用途及各种合成工艺路线 ,并评价了各种工艺路线的优劣。     

1,2,4—丁三醇合成工艺述

介绍了１,２,４－丁三醇的基本性能、可能的用途及各种合成工艺路线,并评价了各种工艺路线的优劣。     

1,2,4-丁三醇的双水相萃取

对低分子有机溶剂/无机盐双水相体系萃取分离发酵液中1,2,4-丁三醇（1,2,4-butanetriol,BT）进行了深入研究。通过对不同双水相体系的筛选,最终选定无水乙醇/K₂HPO₄双水相体系来萃取分离BT。使用浊点法对以BT为溶剂的无水乙醇/K₂HPO₄双水相体系进行相图的绘制,发现在K₂HPO₄质量分数为19.83%～46.87%范围内均能成相。通过单因素实验,考察双水相体系中无水乙醇/K₂HPO₄质量分数、pH对BT在两相之间分配系数和萃取效率的影响,得到最佳萃取条件为:系统总量10g、pH 9.5,无水乙醇/K₂HPO₄的质量分数为28%/28%,分配系数和萃取效率分别可以达到18.35和95.87%。在最佳萃取条件下,进一步探究了放大实验对体系萃取效率的影响,发现其对分配系数和萃取效率影响较小,体系稳定性高,为工业提取发酵液中BT提供新思路。     

微反应器合成1,2,4-丁三醇三硝酸酯的工艺研究

以1,2,4-丁三醇(BT)水溶液为起始原料,发烟硝酸/浓硫酸为硝化剂,采用微反应器连续合成1,2,4-丁三醇三硝酸酯,考察反应温度、物料及混酸比例、停留时间对反应影响。结果表明,优化工艺参数为：1,2,4-丁三醇∶发烟硝酸∶浓硫酸的摩尔比为1∶5∶4,反应温度15℃,停留时间48 s,工艺收率90.5%,产品含量98.8%。与传统间歇釜式合成工艺相比,该工艺实现了1,2,4-丁三醇三硝酸酯合成反应的稳定进行,反应温度接近室温,消除了过程反应热的积累和温度波动,缩短反应时间。     

手性(S)-1,2,4-丁三醇的制备与表征

介绍以L-苹果酸为原料,经甲酯化、还原反应合成了(S)-1,2,4-丁三醇。运用旋光度测试、红外光谱以及核磁共振谱对其结构进行表征,证实目标产物的结构。通过改进分离方法,简化操作过程,使其向工业化迈进了一步。     

甘油/1,2,4-丁三醇混合醇连续喷雾硝化技术研究

报道使用硝硫混酸与甘油／１，２，４－丁三醇连续喷雾硝化制备硝化甘油／１，２，４－丁三醇三硝酸酯的方法和工艺条件。     

对孟烷-1,2,4-三醇的合成及对水稻稗草的除草活性研究

在1,2-二氯乙烷中,以30%H₂O₂为氧化剂,过氧磷钨酸季铵盐[π-C₅H₅N(CH₂)₁₁CH₃]₃PW₄O₃₂为催化剂,催化松油烯-4-醇的氧化反应生成对孟烷-1,2,4-三醇;该产物以白色粉末状固体析出,容易通过简单过滤方法分离,其结构经元素分析、红外光谱、¹HNMR及¹³CNMR确证。本实验最佳合成工艺条件为:松油烯-4-醇12.3mmol,1,2-二氯乙烷5mL,过氧化氢与松油烯-4-醇的物质的量之比1.25:1,催化剂用量为2.98%(以松油烯-4-醇的质量分数计),温度50℃,反应时间1.5h;在此条件下,松油烯-4-醇的转化率和对孟烷-1,2,4-三醇的产率分别达到99.8%和58.0%,纯度达到98%以上。初步除草活性测试表明,对孟烷-1,2,4-三醇对水稻稗草种子萌发后胚根与幼芽的生长具有明显的影响,在10mmol/L的浓度下,根长抑制率和芽长抑制率分别为100%和81.4%。     

1,2,4-三嗪类化合物的合成

本文合成了3-巯基-5-羟基-6-甲基-1,2,4-三嗪和3-巯基-5,6-二甲基-1,2,4-三嗪,通过熔点和红外光谱确认了这些化合物。     

Tackling Achilles’ Heel in Synthetic Biology: Pairing Intracellular Synthesis of Noncanonical Amino Acids with Genetic-Code Expansion to Foster Biotechnological Applications

For the last two decades, synthetic biologists have been able to unlock and expand the genetic code, generating proteins with unique properties through the incorporation of noncanonical amino acids (ncAAs). These evolved biomaterials have shown great potential for applications in industrial biocatalysis, therapeutics, bioremediation, bioconjugation, and other areas. Our ability to continue developing such technologies depends on having relatively easy access to ncAAs. However, the synthesis of enantiomerically pure ncAAs in practical quantitates for large-scale processes remains a challenge. Biocatalytic ncAA production has emerged as an excellent alternative to traditional organic synthesis in terms of cost, enantioselectivity, and sustainability. Moreover, biocatalytic synthesis offers the opportunity of coupling the intracellular generation of ncAAs with genetic-code expansion to overcome the limitations of an external supply of amino acid. In this minireview, we examine some of the most relevant achievements of this approach and its implications for improving technological applications derived from synthetic biology.     

木脂素的生物合成及其微生物法生产的研究进展

木脂素是一类分布于植物中的次级代谢产物,由两分子苯丙素衍生物聚合而成。木脂素具有抗细菌、抗病毒和抗真菌活性,被广泛用于药物和食品中。目前,木脂素的生产主要依赖于植物提取。植物生长周期长、木脂素含量低等问题,限制了木脂素的商业应用。随着木脂素合成路径和关键酶的不断解析,木脂素的生物催化合成过程受到了越来越多的关注。本文总结了典型木脂素的生物活性、生物合成路径和微生物法生产的研究进展,可以为深入研究木脂素的微生物合成提供参考。     

基于系统生物学和合成生物学的重要平台化学品生物制造的研究进展

基于生物质资源的平台化学品制造,是解决目前石化资源枯竭和环境问题的重要措施,对经济社会的可持续发展具有重要意义。本文主要介绍了系统生物学和合成生物学在有机酸(琥珀酸、富马酸、L-苹果酸、葡萄糖二酸、丙酮酸、苯丙酮酸、α-酮戊二酸)以及其他平台化学品(2,5-呋喃二甲酸)生物制造中的应用,并展望了生物制造在平台化学品生产中的未来发展方向。     

产电细胞的合成生物学设计构建

以产电微生物为核心的微生物电催化系统在能源、环境等诸多领域有着广泛的应用,然而自然环境中野生型产电微生物可利用底物谱窄、底物摄取代谢强度弱,胞内电子池容量小、还原力再生效率差,胞外电子传递速率慢、电子通量小,这已成为限制其工业化应用的主要瓶颈。本文基于产电微生物介导的化学能到电能的能量转化路径,总结阐明了产电微生物的胞内电子生成过程与胞外电子传递机制,系统综述了近五年国内外利用合成生物学增强产电微生物底物摄取利用、强化胞内电子生成、加速胞外电子传递方面的研究进展,并对未来设计构建高效产电细胞研究进行了展望。     

生物法制备衣康酸研究进展

衣康酸（itaconic acid,IA）是化工生产中的重要原料之一,是最具发展潜力的高附加值平台化合物之一,可以替代石油基丙烯酸和甲基丙烯酸;也可发挥抗炎、抗病毒和免疫调节等药理作用,有望在医药研发领域成为潜在药物候选分子。结合国内外研究现状,系统综述了衣康酸生物合成途径、生物合成研究进展以及产量提高策略,并对衣康酸的未来研究方向进行展望。