激光生物学报

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    2024, 33(5): 1-2.
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    • 研究进展
  • 研究进展
    一碳化合物非天然生物转化的研究进展
    刘洁铮，刘　敏，赵　广，咸　漠
    2024, 33(5): 385-399.
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    摘　要：一碳化合物（C1）包括甲烷、甲酸、甲醇、一氧化碳和二氧化碳等，来源广泛，价格低廉，是第三代生物炼制的理想原料。自然界中存在众多天然利用C1的微生物，但C1天然途径碳转化速率较低，非模式生物工业应用难度较大。利用模式菌株构建C1代谢路径，又称合成型C1生物转化体系，可以弥补C1天然利用微生物的缺点，降低工业生产对传统化石资源的依赖。本文概述了C1种类、来源及天然利用途径，着重综述了合成型C1生物转化体系的研究进展，强调合成型C1利用体系对于提高碳转化率、扩展C1资源应用的重要性，最后分析了C1生物转化面临的挑战，并对该领域的未来研究方向进行了展望。本文为未来合成型C1利用微生物的构建、提高异源C1代谢途径效率提供了参考，对实现绿色、高效开发可持续资源具有重要意义。
    关键词：一碳化合物；生物转化；二氧化碳；合成型一碳化合物生物利用体系；碳转化率
    中图分类号：Q81                                 文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.05.001
  • 研究进展
    利用合成生物学技术促进刺糖多孢菌多杀菌素的高效合成
    方　静，穰　杰，夏立秋
    2024, 33(5): 400-407.
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    摘　要：多杀菌素是由刺糖多孢菌产生的次级代谢产物，具有绿色、高效、杀虫谱广等特点，是当前国际上生物杀虫农药的重点研究对象。多杀菌素及其类似物丁烯基多杀菌素的特殊结构决定了其杀虫独特的作用机理。当前，为满足大规模工业化生产的需求，研究人员致力于提高多杀菌素及丁烯基多杀菌素的产量，其中应用合成生物学技术在提高产量上取得了突出成就。本文综述了国内外通过合成生物学相关技术调控代谢途径以提高多杀菌素和丁烯基多杀菌素产量的研究，重点从底盘细胞改造与优化、合成生物系统构建、基因路线改造、代谢网络调控等方面进行了阐述，并提出和探讨了利用合成生物学技术进一步提高多杀菌素产量的技术策略，同时对未来的研究方向进行了展望，为利用合成生物学技术促进多杀菌素的生物合成提供了新的研究策略。
    关键词：多杀菌素；刺糖多孢菌；合成生物学；基因编辑；代谢途径调控
    中图分类号：Q81                                 文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.05.002
  • 研究进展
    细菌中L-甲硫氨酸生物合成和调控机制
    崔　莹，宋　凯，何亚文
    2024, 33(5): 408-417.
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    摘　要：L-甲硫氨酸是一种必需氨基酸，在食品、饲料、化妆品和药品中具有广泛的应用。目前，L-甲硫氨酸是唯一无法用微生物发酵法工业化生产的必需氨基酸，近年来，利用代谢工程提升L-甲硫氨酸产量受到国内外研究人员的普遍重视。本文主要分析了细菌中L-甲硫氨酸的生物合成途径及调控机制，着重分析了从高丝氨酸生物合成甲硫氨酸的三个关键步骤（即酰化、硫化和甲基化），并进一步对L-甲硫氨酸的生物合成提出展望，以期为L-甲硫氨酸的工业化生产提供指导。
    关键词：L-甲硫氨酸；生物合成；调控机制
    中图分类号：Q81                               文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.05.003
  • 研究进展
    合成微生物与水污染治理应用
    林雅倩，帅菲斐，王　芳
    2024, 33(5): 418-431.
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    摘　要：水污染是当今世界面临的严峻环境问题之一，影响人们的生活质量和经济的可持续发展。利用微生物的降解能力以及与之相应的生物修复技术是去除环境污染物以及修复水环境的重要手段。但是，由于水污染环境的复杂现状，传统微生物学治理方法受到了限制。运用合成生物学“设计-构建-测试-学习”的理念，对目标微生物底盘进行从头设计、改造，从而获得对污染物具有高效、广谱降解能力的合成微生物，不仅可满足现在复杂污水环境的治理要求，还能实现绿色、高效的循环治理，是未来合成生物学的发展应用方向之一。本文简要介绍了水污染的现状、常用的治理技术以及当今合成微生物在水污染治理中的应用，重点介绍了合成微生物底盘的种类以及通过底盘改造构建的合成微生物在水污染治理中的优势，以期通过合成生物学手段不断完善和优化污染物降解和水污染治理技术，为实现水环境污染的高效治理提供参考。
    关键词：合成微生物；底盘细胞；水污染；生物修复技术；环境治理
    中图分类号：X52                           文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.05.004
  • 研究进展
    天然产物合成过程中的甲基化酶修饰的研究进展
    陈美英，谢宇恒，唐苗苗，席雪冬
    2024, 33(5): 432-438.
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    摘　要：甲基转移酶（MTs）是普遍存在于生物有机体的一种酶类，通常以S-腺苷甲硫氨酸（SAM）作为甲基供体催化底物的甲基化反应。在微生物中异源表达MTs以实现一些重要天然产物的生物合成已经取得了巨大的进步。MTs可在微生物中合成苯丙烷类化合物、香料类化合物、激素和抗生素等重要的天然产物。MTs也已经广泛应用于医药、化工和能源等诸多领域，展现出了巨大的应用价值和广阔的应用前景。本文将对天然产物甲基转移酶的分类、功能以及应用方面做出总结，以期为有效人工生物合成高活性RXPs肽提供理论指导。
    关键词：甲基转移酶；S-腺苷甲硫氨酸；甲基化；天然产物；生物合成
    中图分类号：Q81                            文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.05.005
    • 研究论文
  • 研究论文
    一种缺失去泛素化功能的RHD1突变体保留特异性结合线性泛素链活性
    沈卓玲，万木阳，邓　磊
    2024, 33(5): 439-449.
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    摘　要：线性泛素链连接方式特殊且被发现时间较短，目前商用的线性泛素链特异性抗体种类少且特异性仍有待提高。RHD1是一种木瓜蛋白酶样去泛素化酶，仅特异性识别线性泛素链。其主要酶活位点残基的第13位半胱氨酸（C13）突变，使得RHD1突变体失去去泛素化功能，但是与线性泛素链的结合活性水平仍不高。本研究在此突变体的基础上继续优化互作界面点突变，期望实现提升特异性结合活性。为此，本研究利用RHD1和线性双泛素蛋白复合物结构模型分析蛋白质间互作界面上氨基酸的理化性质，设计了RHD1突变体文库。本研究通过重叠延伸PCR法定点突变RHD1多肽链氨基酸，使用大肠杆菌BL21（DE3）菌株表达突变体重组蛋白，采用酶联免疫吸附法（ELISA）成功筛选到与线性四泛素蛋白结合活性显著提升的RHD1突变体，该突变体包含C13A与A92T点突变。该RHD1突变体有望被开发成为一种有助于研究线性泛素链的蛋白质配体工具，并且有巨大的潜力应用于临床诊断和开发相关治疗药物。
    关键词：RHD1去泛素化酶；线性泛素链；定点突变；原核表达；酶联免疫吸附法
    中图分类号：Q81                                   文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.05.006
  • 研究论文
    调控多杀菌素生物合成重要功能基因的挖掘及其作用机制
    陈望琼，朱　妍，赵　沁，刘喜荣，夏立秋，穰　杰
    2024, 33(5): 450-460.
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    摘　要：合成生物学在高效底盘细胞构建、活性天然产物挖掘以及代谢途径优化改造等方面能全力推进目标天然产物高效生物制造。然而，在刺糖多孢菌合成生物学研究中，由于对调控多杀菌素生物合成的重要功能基因及其作用机制了解甚少，难以通过“设计-构建-测试-学习”策略构建高效细胞工厂以大幅提高多杀菌素产量。为解决该问题，本研究在通过人工诱变获得一株具有多杀菌素产量提高、生长速率增快以及胞外葡萄糖摄取能力增强的优良底盘菌株CW-12基础上，对其进行了比较蛋白质组学分析。研究结果发现，与细胞内碳代谢、脂肪酸代谢、氨基酸生物合成、三羧酸循环等相关的代谢途径的增强是诱变株CW-12多杀菌素生物合成能力提高的重要原因，并筛选到668个表达水平上调的蛋白。随后，我们选择3-羟脂酰辅酶A脱氢酶（SS_2202）和乙酰辅酶A乙酰基转移酶（SS_2203）进行了作用机制分析，明确其过表达能有效促进多杀菌素生物合成。该研究对如何挖掘调控多杀菌素生物合成的重要功能基因及其作用机制解析具有一定的指导意义，为后续通过合成生物学策略构建多杀菌素高效生物合成细胞工厂奠定了重要基础。
    关键词：刺糖多孢菌；多杀菌素；合成生物学；比较蛋白质组分析；基因编辑
    中图分类号：Q93                                文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.05.007
  • 研究论文
    双组分系统YvrG/YvrH调控伊短菌素生物合成的研究 
    于　佳，张　亮，刘天波，蔡海林，易　克，邱丽婷，王运生，刘清术，陈　武
    2024, 33(5): 461-469.
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    摘　要：伊短菌素（edeine）是短短芽孢杆菌（Brevibacillus brevis）X23产生的线性非核糖体抗菌肽，具有抑菌谱广、抑菌活性强的特点。通过转录组测序，发现双组分调控因子yvrG/yvrH与伊短菌素生物合成基因簇（ede BGC）的表达模式相反，推测YvrG/YvrH可能参与ede BGC的转录调控。本研究利用Red/ET同源重组技术构建yvrG/yvrH的X23缺失菌株、回补菌株、过表达菌株，通过表型分析及实时荧光定量PCR（RT-qPCR）技术研究YvrG/YvrH对伊短菌素生物合成的影响。结果显示，ΔyvrG/yvrH的抑菌活性显著降低，且ede BGC的表达水平下调，伊短菌素的合成受到了抑制，产量降低了46.75%。综上所述，YvrG/YvrH正调控伊短菌素的生物合成。本研究为伊短菌素代谢工程改造提供了基因调控元件。
    关键词：短短芽孢杆菌；伊短菌素；双组分调控因子；抑菌活性；生物合成
    中图分类号：S476+.8                         文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.05.008
  • 研究论文
    GluA对须糖多孢菌生长发育和丁烯基多杀菌素生物合成的影响
    夏　伦，朱　妍，王善瑞，刘喜荣，夏立秋，穰　杰
    2024, 33(5): 470-480.
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    摘　要：谷氨酸转运蛋白（GluA）是一类ATP结合蛋白，可通过调控谷氨酸的主动运输影响细胞内碳代谢、氮代谢和次级代谢，属于ABC转运系统。为研究GluA对放线菌须糖多孢菌（Saccharopolyspora pogona）生长发育及丁烯基多杀菌素生物合成的影响，本研究通过基因编辑技术对编码该蛋白的基因gluA-1分别构建了过表达和敲除菌株。表型分析显示，过表达菌株S. pogona::gluA-1丁烯基多杀菌素产量升高了4.2倍，菌体生长发育对数期延长，菌株最高菌体密度和乙酰辅酶A含量显著提升，但菌丝体形态无明显改变。敲除菌株S. pogona-ΔgluA-1丁烯基多杀菌素产量则下降了37%，菌株生长明显受抑制，乙酰辅酶A含量显著下降，且菌丝体缩短变粗，分支减少。以上结果表明，GluA对须糖多孢菌生长发育和丁烯基多杀菌素生物合成具有一定的促进作用，这为研究其在链霉菌次级代谢过程中的作用奠定了重要基础。
    关键词：须糖多孢菌；丁烯基多杀菌素；谷氨酸转运蛋白；生物合成；基因编辑
    中文分类号：Q93                                 文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2024.05.009