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诺维信赋予生活更多灵感--访诺维信中国业务运营全球副总裁Michael Brennan
推动生物创新的全球领军企业诺维信，通过与众多行业客户携手，主要开发面向未来的工业生物解决方案，在促进客户业务发展的同时，改进了地球资源的使用方式。诺维信致力于探索生物技术及其应用，构筑起以微生物筛选、基因工程、代谢工程和菌种改良等为核心的生物技术平台，产品涵盖适合多个工业的酶制剂、微生物制剂以及生物医药成分等。
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托品烷生物碱生物合成与代谢工程研究进展
托品烷生物碱是医药史上古老的一类药物,常用的有莨菪碱(或其外消旋体阿托品)和东莨菪碱,它们都具有显著的抗胆碱活性,在现代临床上应用相当广泛.目前,市场上托品烷生物碱的供应完全依赖植物提取,但药源植物中生物碱含量往往较低,培育高含量托品烷生物碱的药源植物成为领域内共同追求的目标,利用生物技术提高发根或植株中托品烷生物碱含量成为次生代谢领域的研究热点.近10年来,托品烷生物碱的生物合成分子生物学研究取得了重要进展,代谢工程也获得了大量研究成果,本文对这两方面的研究进展进行综述,并对存在的关键问题和未来研究方向进行分析和展望.
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药用植物有效成分生物合成途径解析及其应用
药用植物有效成分是中药发挥药效的物质基础,随着分子生物学技术和生物工程技术的快速发展,多学科、多领域方法和技术的联合应用加快了活性成分生物合成的研究,为中药资源的深入挖掘和可持续利用提供了新技术和新策略.依托药用植物的生物合成途径解析,通过药用植物代谢工程改良、合成生物学与发酵工程等手段生产有效成分对缓解中药资源的压力具有非常重要的意义.其中,功能基因的筛选、克隆及研究是进行遗传资源挖掘和可持续利用的基础.文章将从药用植物功能基因研究方法、技术以及应用方面总结目前国内外药用植物功能基因研究思路和进展.
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鬼臼毒素生物合成研究进展
鬼臼毒素(podophyllotoxin)是一种成功商品化的天然木脂素,其衍生物依托泊苷(etoposide)、替尼泊苷(teniposide)等在临床上广泛应用于抗肿瘤、抗病毒治疗.植物提取是鬼臼毒素的主要来源,面对野生资源压力,人们分别开展了植物野生变栽培、植物细胞或器官培养、化学全合成等研究,以扩大鬼臼毒素来源.鬼臼毒素生物合成研究是开展植物规范化栽培和代谢工程的重要前提.20多年来尤其是近10年来,鬼臼毒素生物合成研究进展迅速,但鬼臼毒素的下游代谢以及整个合成途径基因水平的评述仍不足,因此作者专门针对鬼臼毒素的生物合成,对相关文献尤其是近10年的文献进行综述,重点介绍其合成途径关键环节的过程、主要产物、酶的特点与功能、已报道的酶编码基因等内容,以合理推测和概括鬼臼毒素的生物合成途径,同时对目前研究仍存在的问题和将来研究方向进行了讨论.
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功能基因组学方法在药用植物次生代谢物研究中的应用
目的:药用植物遗传背景基础资料缺乏,对其次生代谢途径及其调控机制的认识不够深入,阻碍了细胞或组织培养、代谢工程等在获取高价值次生代谢物上的广泛应用.功能基因组学方法,尤其是cDNA-AFLP转录轮廓分析和代谢组学的整合运用,将次生代谢物的变化与相关基因的表达相关联,在挖掘次生代谢物生物合成相关基因、探索次生代谢途径方面展现出广阔的应用前景,是植物次生代谢物研究的新趋势和重要手段之一,将有力地促进药用植物资源更好的开发利用.
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系统生物学方法在药用植物次生代谢产物研究中的应用
次生代谢产物是植物在其生长发育和对环境的适应过程中形成的,通常是药用植物中的主要活性成分,药材品质的物质基础.但次生代谢产物的生源途径复杂,其产生和积累受到自身遗传和环境中各种生物和非生物因素的调控,影响了药用植物作为药材的品质控制及其活性成分的开发利用.系统生物学思维与方法是系统全面探索生物的有力工具,随着现代分子生物学技术及生物信息学的发展,系统整合基因组、转录组、蛋白组和代谢组等组学技术,将为药用植物次生代谢产物研究带来新的机遇.这种整体、系统的研究方法在药用植物次生代谢产物形成的生物合成途径、信号转导、生态环境及其代谢工程等研究中的应用,构建次生代谢物生物合成基因表达调控系统模型,对于系统阐释药用植物有效成分成因和道地药材形成机制、代谢工程产生药用植物活性成分、和药用植物资源合理开发利用等具有重要意义.
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系统生物技术——组学时代的代谢工程
高通量实验技术的广泛应用产生了海量数据,利用生物信息学工具整合这些数据,加深了人们对细菌生理活动规律的认识,系统生物学应运而生.系统生物学的出现使代谢工程从局部通路水平上升到整体水平,代谢工程也因此进入了新的发展阶段--系统生物技术时代.系统生物技术通过整合各个层次组学数据,建立数学模型,或通过比较不同菌株或同一菌株在不同条件下基因组、转录组、蛋白组或代谢组的差异以阐明生命活动规律,在此基础上,对影响表型的靶基因进行改造,得到符合预期的表型.随着新的高通量实验技术的不断运用以及生物信息学的发展,系统生物技术必将取得更大进步.
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基因工程在L-色氨酸生产中的应用研究进展
尽管L-色氨酸的生产已取得诸多进展,但由于其合成代谢途径长、调控复杂,故一直未能达到工业化生产的要求.本文主要概述近年来通过构建色氨酸合成酶和色氨酸酶基因工程菌株与酶法相结合来生产L-色氨酸方面的进展及其局限性,并从增加前体物质代谢流、限速酶量和消除途径抑制因素等方面着重论述第三代基因工程--代谢工程在L-色氨酸生产方面的研究状况,指出代谢工程育种为今后色氨酸育种的主要方向.
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木本曼陀罗中催化东莨菪碱生物合成关键步骤的H6H基因克隆与表达分析
莨菪碱6β-羟化酶(hyoscyamine 6 beta-hydroxylase,H6H)是托品烷类生物碱(tropane alkaloids,TAs)合成途径中的后一个限速酶,直接催化东莨菪碱的生物合成,同时也是TAs代谢工程改造的首要靶标基因.本研究克隆了木本曼陀罗(Datura arborea) H6H基因的全长cDNA和gDNA序列(命名为DaH6H, cDNA GenBank登录号为KR006981,gDNA GenBank登录号为KR006983),对该基因进行了组织和诱导表达并在大肠杆菌中进行了重组表达.DaH6H基因cDNA全长1 375 bp,编码347个氨基酸残基,其gDNA含有4个外显子和3个内含子,和曼陀罗(Datura stramonium)的H6H基因相似性高.DaH6H编码蛋白也与曼陀罗的H6H序列一致性高(90.5％),具备保守的2-oxoglutarate结合基序和两个iron结合基序.qPCR检测DaH6H在老叶中表达量高,其次为须根,主根中不表达,同时其表达受MeJA的抑制.大肠杆菌重组诱导表达成功诱导出了约39 kD的重组DaH6H蛋白.对比了不同TAs资源植物发根和根中的东莨菪碱和莨菪碱含量,表明木本曼陀罗是少有的东莨菪碱占优势的植物.DaH6H基因的克隆和重组表达为深入研究不同植物中TAs生物合成的分子调控机制奠定了基础,同时也为开展东莨菪碱代谢工程研究提供了新的候选基因.
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转NtPMT和HnH6H转变莨菪碱型颠茄为东莨菪碱型颠茄
颠茄(Atropa belladonna)是生产药用托品烷类生物碱(tropane alkaloids,TAs)的商业药用植物.颠茄中莨菪碱含量远高于东莨菪碱,其化学型属于莨菪碱型,提高其东莨菪碱含量,使其化学型转变为东莨菪碱型是该产业追求的共同目标.本课题组在已经获得的T0代转NtPMT和HnH6H颠茄基础上,采用自交法培育出T1代转基因颠茄并在西藏林芝进行了田间试验.在T1代转基因颠茄中能同时特异性地扩增出461 bp的NtPMT和1 077 bp的HnH6H片段,在野生型颠茄中则不能,表明获得了阳性的T1代转基因颠茄.RT-PCR表明NtPMT和HnH6H在转基因颠茄叶片有表达.HPLC检测莨菪碱和东莨菪碱结果表明:T1代转基因颠茄叶片和茎杆几乎没有莨菪碱,东莨菪碱是主要的生物碱;野生型颠茄叶片和茎杆绝大多数为莨菪碱(东莨菪碱含量极低).T1代转基因颠茄叶片中东莨菪碱含量比野生型颠茄叶片提高了15～36倍;T1代转基因颠茄茎杆中东莨菪碱含量比野生型颠茄茎杆提高了37～108倍.NtPMT和HnH6H双基因过表达使得莨菪碱转化为价值更高的东莨菪碱,大大提高了颠茄药用和商业价值.
关键词： 颠茄 东莨菪碱 腐胺-N-甲基转运酶 莨菪碱-6β-羟化酶 代谢工程 -
重组亚甲基四氢叶酸还原酶代谢工程菌发酵工艺的优化
目的 优化重组亚甲基四氢叶酸还原酶代谢工程细菌株的发酵工艺,以提高此菌株中L-5-甲基四氢叶酸的累积量.方法 通过单因素实验和正交实验研究此菌株的优发酵工艺.结果 此菌株的优发酵工艺为:蔗糖为3％,酵母浸粉为1.0％,无机盐为NaCl-K2HPO4-MgSO4(1.26％∶0.42％∶0.02％),磷酸二氢铵为1.0％,接种量为5％,初始pH为7.5,诱导时机为2.5h,诱导剂浓度为1.4 mmol·L-1,诱导温度为37℃,诱导时间为6h,诱导剂添加次数为2次.优化后与优化前相比,此菌株的细菌生长量提高了36.4％,亚甲基四氢叶酸还原酶比活力提高了46.8％,L-5-甲基四氢叶酸的累积量提高了66.1％.结论 本实验为此菌株的发酵罐中试放大提供了实验依据.
关键词： 亚甲基四氢叶酸还原酶 代谢工程 L-5-甲基四氢叶酸 发酵工艺 -
提高酵母S-腺苷甲硫氨酸表达量的研究
目的 介绍S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)在Saccharomyces cerevisiae中的合成代谢机制和利用代谢工程改变酵母细胞的相关代谢途径,提高细胞SAM表达量,以及通过发酵工艺调控,提高SAM产率的有关研究进展.方法 对近年来的相关研究报道与成果进行综合分析.结果与结论 代谢工程与微生物发酵工艺调控相结合的方法,是提高酵母SAM表达水平的切实有效的途径.
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青蒿素生物合成研究进展
目的 介绍青蒿素生物合成的研究进展.方法 以近几年有代表性的文献资料为依据,结合本实验室的工作,进行归纳,总结和分析.结果 与结论青蒿素是一种具有独特结构的新型抗疟药,药物需求很大.近年来青蒿素生物合成研究进展迅速.青蒿素前体青蒿酸生物合成途径已基本明确,参与青蒿酸生物合成的酶基因都已经被克隆并进行了功能鉴定.将青蒿素生物合成相关基因导入微生物,利用微生物生产青蒿素前体物质青蒿酸的代谢工程取得了突破性的进展.但也有实验表明,在青蒿中可能存在两条青蒿素生物合成途径.
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新型天然抗肿瘤药物埃坡霉素研究进展
目的介绍具有类似紫杉醇微管蛋白聚合和抑制微管解聚活性的埃坡霉素(epothilones)类抗肿瘤新药的研究进展.方法以近年来国外发表的论文为基础,简要论述埃坡霉素的发现、作用机制、化学与生物合成和临床试验的新成果.结果与结论与紫杉醇相比,埃坡霉素具有抗肿瘤活性更强、水溶性好、结构简单而易于化学合成和结构衍生化、对具有耐药性肿瘤细胞杀伤性强、无紫杉醇细胞内毒素活性不良反应等优点,有望发展成为比紫杉醇更有效的抗肿瘤药物.
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虾青素生物合成代谢工程研究进展
虾青素是一种具有极强生物抗氧化性的酮式类胡萝卜素,在医药、食品、化妆品等方面有着极广阔的应用前景.目前生物技术法为虾青素的主要生产方法.本文以虾青素生产所涉及的关键酶、代谢途径及其改造为对象,系统综述了虾青素生产所涉及的代谢工程技术及其新研究进展,并探讨了将来的发展前景.
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青蒿素组合生物合成的研究进展
青蒿素是来自菊科艾属植物青蒿Artemisia annua中的一种抗疟有效成分,近年国际市场对其需求量快速增长.组合生物合成法将成为制备青蒿素的主要有效手段,在该研究领域也取得了重要进展.综述了青蒿素生物合成途径、高产青蒿素工程菌的构建以及青蒿素组合生物合成的基因调控等方面的新研究进展,分析了该领域目前面临的新问题与困难,并探讨未来的发展趋势.
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托品烷类生物碱生物合成分子生物学与代谢工程
莨菪碱和东茛菪碱属于托品烷类生物碱,是重要的抗 胆碱类药物.托品烷类生物碱生物合成分子生物学和代谢工程一直是植物次生代谢工程研究的热点.随着植物功能基因组学和代谢组学的发展,托品烷类生物碱生物合成研究取得重要进展.重点对托品烷类生物碱生物合成途径、功能基因和代谢工程研究进展进行综述,并对可能存在的问题以及应用前景进行展望.
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人参蛋白研究进展
人参作为一种名贵中药材,拥有悠久的药用历史.长期以来除对人参皂苷等少数几种物质进行广泛研究外,对人参蛋白也进行了一定研究.已从人参根中分离纯化出具有重要生物学活性的多肽及蛋白质,以及重要生物合成酶蛋白并开展了相应的人参代谢工程研究.人参根中差异蛋白的发现为人参蛋白研究、品质鉴定及质量控制提供参考.目前人参蛋白的研究已逐渐成为人参研究的热点之一,就人参蛋白的研究进展进行了整理归纳,以期对人参蛋白的研究提供帮助.
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天然木脂素的代谢工程和合成生物学研究进展
天然木脂素是一类由2分子苯丙素衍生物氧化聚合而成的植物次级代谢产物,具有抗肿瘤、抗炎、抗病毒、抗氧化和保肝等多种药理活性.随着系统生物学的发展,木脂素的生物合成途径正逐步被解析,应用代谢工程和合成生物学合成木脂素及其衍生物己成为研究热点.综述了木脂素生物合成及其工程改造的国内外研究进展,为含木脂素类中药的研究与开发提供参考.
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RNA干扰及其在药用植物代谢工程中的应用
RNA干扰(RNA interference,RNAi)是把双链RNA(double-stranded RNA,dsRNA)导入某些生物和细胞而引起同源mRNA降解的现象,是一种转录后基因沉默机制.dsRNA在体内被Dicer二聚体切割成21～25 bp的小干涉RNA(small interfering RNA,siRNA),然后在siRNA引导下,由RNA诱导沉默复合体(RNA induced silencing complex,RISC)降解靶mRNA.RNA干扰作为一种新型反义技术可以有效的抑制特异基因的表达,因此可用于对药用植物次生代谢产物的生物合成途径进行调控,达到调控天然产物生物合成的目的.现将RNAi机制研究的新进展及RNAi在药用植物代谢工程方面的应用进行综述.
