四碳有机酸生物合成的代谢工程研究进展

四碳有机酸作为重要的平台化学品,广泛应用于食品、化工、农业、医药和生物材料等领域。与传统的石化法相比,利用微生物发酵生产四碳有机酸具有反应条件温和、过程绿色环保等优势,具有广泛的应用前景。文中总结了四碳有机酸的生物合成途径和代谢机制,着重讨论了天然菌株生产四碳有机酸以及基于菌种选育和代谢工程改造策略提高四碳有机酸合成能力的研究进展及挑战,为四碳有机酸的高效生物合成提供广阔的参考方向。     

高产吡咯喹啉醌扭脱甲基杆菌的高通量选育

吡咯喹啉醌(PQQ)是一种细菌脱氢酶的辅酶,具有促进机体生长、调节机体自由基水平等功能,应用于食品、医药等领域。由于化学合成法成本较高,微生物发酵法生产PQQ受到关注。目前,发酵法生产PQQ产量较低,限制了其工业应用。然而,由于对PQQ菌株的合成与调控机制尚缺乏深入理解,以及对野生型菌株缺乏必要的基因工程改造手段,目前采用代谢工程强化PQQ合成菌株还缺乏相关基础。因此,本研究以扭脱甲基杆菌Methylobacterium extorquens I-F2为研究对象,整合常压室温等离子体诱变、流式细胞术分选和高通量筛选策略,对样品制备和流式分选过程进行优化,最终筛选出一株PQQ高产突变菌株1-C6,PQQ产量比出发菌株I-F2提高98.02%。本文所述的流式细胞术结合高通量筛选方法能简单、快速地获得高产突变菌株,相比于基因工程改造和传统筛选方法,具有提升效果明显且易于实施等优势。     

微生物发酵法生产L-色氨酸的代谢工程研究

L-色氨酸作为人体内的一种必需氨基酸,广泛应用于医药、食品与饲料等行业.工业上采用的色氨酸生产方法有化学合成法、转化法及微生物发酵法.近年来,随着代谢工程在色氨酸菌种选育中的成功运用,微生物发酵法逐渐成为主要的色氨酸生产方法.系统综述了微生物发酵法生产色氨酸所涉及的代谢工程策略,包括生物合成色氨酸的代谢调控机制以及途径...     

吡咯喹啉醌生物合成研究进展

吡咯喹啉醌(PQQ)是一种较新近发现的氧化还原酶的辅酶,对微生物及动植物均具有重要生理作用。已知能产生PQQ的生物仅限于某些革兰阴性细菌,已分离得到几种不同来源的PQQ生物合成基因,其序列具有一定的保守性。PQQ的生物合成涉及4～7个基因,这些基因一般成簇排列。业已证明,谷氨酸和酪氨酸是PQQ合成的前体物质。对各个基因的功能已有不同程度的了解,但PQQ的生物合成途径还尚未阐明。     

高产赖氨酸菌的选育与应用

赖氨酸是人体和哺乳动物的必需氨基酸,必须从食物中补充。赖氨酸具有重要的营养生理功能,在医药、食品和饲料工业中应用广泛。本文综述赖氨酸的生理功能、应用与生产、赖氨酸在细菌中的生物合成与调控、高产赖氨酸生产菌株的育种方法及应用。目前高产L-赖氨酸的菌株选育技术主要包括诱变技术、基因重组和基因敲除技术等。改良现有菌种和发掘、筛选新的菌种,利用微生物发酵法大量生产L-赖氨酸,具有广阔的市场前景。     

一株新的产吡咯喹啉醌甲基营养菌全基因组测序和比较基因组学分析

【背景】由于甲基营养菌被发现的时间较短,而且可以生产吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone,PQQ)的甲基杆菌属细菌只有少数菌株的全基因组序列被公布,增加了该类细菌基因组学和生物代谢途径研究的难度。【目的】将本实验室筛选的PQQ生产菌经多种诱变方式处理,用于提高PQQ的发酵产量。对高产突变菌株进行全基因组解析,以探究甲基杆菌PQQ合成的分子机制,为后续分子育种提供序列背景信息。【方法】将野生型PQQ生产菌株进行紫外诱变、亚硝基胍诱变、甲基磺酸乙酯诱变、硫酸二乙酯诱变和紫外-氯化锂复合诱变。将突变菌株利用PromethION三代测序平台和MGISEQ-2000二代测序平台测序,然后进行组装和功能注释。组装得到的全基因组序列与模式菌株扭脱甲基杆菌AM1 (Methylobacterium extorquens AM1)进行比较基因组学分析。【结果】经11轮诱变获得一株突变菌株NI91,其PQQ产量为19.49 mg/L,相较原始菌株提高44.91%。突变菌株NI91的基因组由一个5 409 262 bp的染色体组成,共编码4 957个蛋白,与模式菌株M. extorquens AM1比较发现其PQQ合成过程中剪切加工相关的基因pqqF和pqqG缺失,但首次在甲基营养菌中发现与基因pqqF具有相似功能的基因pqqL,且基因pqqC/D的序列存在较大差异。【结论】为甲基营养类细菌甲基杆菌的功能基因组学研究及PQQ合成机理研究提供了基础数据支持,NI91与模式菌株M. extorquens AM1的比较基因组学分析为揭示PQQ合成的不同机理提供了分子基础。     

芳香族化合物微生物代谢工程研究进展

代谢工程从20世纪90年代初期发展至今已有近30年历史,对微生物菌种改良和选育工作起到了极大的推动作用。芳香族化合物是一类可以通过微生物发酵生产的化学品,广泛应用于医药、食品、饲料和材料等领域。利用代谢工程手段对莽草酸和芳香族氨基酸合成途径进行理性改造,微生物细胞可以定向地大量积累人们需要的各种芳香族化合物。笔者对近30年来国内外代谢工程改造微生物合成各种芳香族化合物的研究策略和生物合成途径进行了梳理和总结,以期为开展相关研究提供参考。     

微生物发酵法生产L-赖氨酸的研究进展

微生物发酵法是目前生产L-赖氨酸最主要的方法。L-赖氨酸生物合成存在两个完全不同的途径：二氨基庚二酸途径和a-氨基己二酸途径;分别由不同的酶进行调节,控制L-赖氨酸的合成。笔者概述了L-赖氨酸生产方法、生物合成途径以及合成中关键性酶的调节作用和国内外L-赖氨酸生产菌育种方法的研究进展。     

核黄素基因工程研究进展

核黄素 (维生素B2 )为天然水溶性的B族维生素 ,是维持机体正常代谢所必须的物质 ,具有重要的生理功能。目前核黄素的生产方法主要有化学合成法和微生物发酵法。其中微生物发酵法是后来发展起来的一种十分经济有效的方法 ,并在核黄素主产中开始占据主导地位。为进一步获得核黄素高产菌株 ,人们对核黄素合成基因及其表达调控的机制做了深入细致的研究 ,并以此为依据 ,通过基因工程手段构建出了核黄素高产菌株 ,大大提高了核黄素的产量 ,其中尤以枯草芽孢杆菌最为成功。综述发酵法生产核黄素的现状、核黄素生物合成的分子生物学以及基因工程研究进展 ,讨论了其进一步的发展方向。     

适应性驯化选育高产吡咯喹啉醌的生丝微菌突变株

吡咯喹啉醌(PQQ)广泛存在于生物体内,具有促进机体生长、维护线粒体功能、促进神经生长因子合成和调节机体自由基水平等生理功能,在医药、食品和化妆品领域具有广阔的应用前景。为提高脱氮生丝微菌Hyphomicrobium denitrificans FJNU-6的PQQ生产性能,文中以高浓度甲醇为拮抗因子进行实验室适应性定向驯化,通过光谱法快速筛选体系,选育PQQ高产正突变株。6轮适应性驯化后,每轮驯化的正向突变率达到90%以上,产量提高1倍的突变株达到10%左右。最后,利用5L发酵罐对突变株FJNU-R8进行分批补料培养,相较于出发菌株,突变株在不同甲醇浓度下pqq和moxF基因簇的表达量较高且差异较小,甲醇消耗和生长速度较慢,PQQ产量达到1 087 mg/L (143 h),单位细胞产量提高了1.42倍,展现出良好的工业应用潜力。文中所述的适应性定向驯化结合快速筛选体系能简单、快速地获得高产PQQ的生丝微菌突变菌株,对其他甲基营养菌高产PQQ突变株的高通量筛选具有借鉴作用。     

常压室温等离子体诱变扭脱甲基杆菌AM1高产吡咯喹啉醌

吡咯喹啉醌(Pyrroloquinoline quinone,PQQ)作为一种新型的氧化还原酶辅酶,在医药和食品等领域有广阔的应用前景。为改善扭脱甲基杆菌Methylobacterium extorquens AM1 PQQ生产性能,采用常压室温等离子体(Atmospheric and room temperature plasma,ARTP)进行诱变,结合高通量快速筛选方法,得到以PQQ产量为指标的正向突变株。ARTP诱变的菌株正突变率为31.6%,筛选得到的较优正突变株M.extorquens AM1(E-F3),PQQ产量达到54.0 mg/L,是出发菌株的近3倍。系统的高通量方法筛选ARTP诱变菌为后续进一步提高M.extorquens AM1菌株PQQ的产量奠定了基础,亦为改善菌株生产性能提供了新思路。     

吡咯喹啉醌产生菌筛选方法建立及菌种筛选

吡咯喹啉醌(PQQ)是一种氧化还原酶的辅酶,具有多种生理功能。扩增得到大肠杆菌葡萄糖脱氢酶(GDH)基因,并利用表达载体pET28a在E.coli BL21(DE3)中进行了表达。纯化了可溶性表达产物,并建立了基于GDH的重组酶法分析PQQ的方法。确定了甲基营养菌筛选模型,从2000余份土样中分离得到一株PQQ高产生菌MP606,在未经培养条件优化及诱变选育的条件下PQQ产量达113mg/L。从该菌培养液中制备得到了产物的结晶,HPLC分析、特征光谱分析以及酶法分析均证实该产物为PQQ。扩增并分析了MP606的16S rDNA序列,结果显示该菌16S rDNA序列与12种甲基营养菌都具有95%以上同源性,其中与食甲基菌属两菌株的16S rDNA序列同源性达99%。     

Pyrroloquinoline Quinone (PQQ) Inhibits Lipopolysaccharide Induced Inflammation in Part via Downregulated NF-κB and p38/JNK Activation in Microglial and Attenuates Microglia Activation in Lipopolysaccharide Treatment Mice

Therapeutic strategies designed to inhibit the activation of microglia may lead to significant advancement in the treatment of most neurodegenerative diseases. Pyrroloquinoline quinone (PQQ) is a naturally occurring redox cofactor that acts as an essential nutrient, antioxidant, and has been reported to exert potent immunosuppressive effects. In the present study, the anti-inflammatory effects of PQQ was investigated in LPS treated primary microglia cells. Our observations showed that pretreatment with PQQ significantly inhibited the production of NO and PGE2 and suppressed the expression of pro-inflammatory mediators such as iNOS, COX-2, TNF-a, IL-1b, IL-6, MCP-1 and MIP-1a in LPS treated primary microglia cells. The nuclear translocation of NF-κB and the phosphorylation level of p65, p38 and JNK MAP kinase pathways were also inhibited by PQQ in LPS stimulated primary microglia cells. Further a systemic LPS treatment acute inflammation murine brain model was used to study the suppressive effects of PQQ against neuroinflammation in vivo. Mice treated with PQQ demonstrated marked attenuation of neuroinflammation based on Western blotting and immunohistochemistry analysis of Iba1-against antibody in the brain tissue. Indicated that PQQ protected primary cortical neurons against microglia-mediated neurotoxicity. These results collectively suggested that PQQ might be a promising therapeutic agent for alleviating the progress of neurodegenerative diseases associated with microglia activation.     

吡咯喹啉醌（PQQ）的研究进展

吡咯喹啉醌是一种与烟酰胺核苷酸、黄素核苷酸不同的新型辅基.近年来,荷兰、日本等学者对它进行了初步研究,而国内研究起步较晚,文章综述了吡咯喹啉醌的发现、分离纯化、鉴定、理化性质以及生理功能,这有利于进一步研究吡咯喹啉醌的分布、产生机理、生物学性质、生理功能及其应用.这将对促进酶学学科的发展具有重要的理论和实践意义.     

吡咯喹啉醌生物合成研究进展

吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone,PQQ)是一种多肽修饰类天然产物,是继烟酰胺和核黄素之后第三类辅酶,具有抗氧化、抗衰老、提高免疫力等重要生理功能,在医药、保健等领域具有重要价值.目前,PQQ的大规模制备仍然存在诸多问题,限制了PQQ的广泛应用.当前迫切需求低成本的合成方式,以充分实现其广阔...     

Novel and efficient screening of PQQ high-yielding strains and subsequent cultivation optimization

A novel and efficient screening method for pyrroloquinoline quinone (PQQ) high-yielding methylotrophic strains was developed by using glucose dehydrogenase apoenzyme (GDHA) which depended on PQQ as the cofactor. Using this high-throughput method, PQQ high-yielding strains were rapidly screened out from thousands of methylotrophic colonies at a time. The comprehensive phylogenetic analysis revealed that the highest PQQ-producing strain zju323 (CCTCC M 2016079) could be assigned to a novel species in the genus Methylobacillus of the Betaproteobacteria. After systematic optimization of different medium components and cultivation conditions, about 33.4 mg/L of PQQ was obtained after 48 h of cultivation with Methylobacillus sp. zju323 at the shake flask scale. Further cultivations of Methylobacillus sp. zju323 were carried out to investigate the biosynthesis of PQQ in 10-L bench-top fermenters. In the batch operation, the PQQ accumulation reached 78 mg/L in the broth after 53 h of cultivation. By adopting methanol feeding strategy, the highest PQQ concentration was improved up to 162.2 mg/L after 75 h of cultivation. This work developed a high-throughput strategy of screening PQQ-producing strains from soil samples and also demonstrated one potential bioprocess for large-scale PQQ production with the isolated PQQ strain.