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生物工程学报
生物工程学报

杨胜利

月刊

1000-3061

cjb@im.ac.cn

010-64807509

100101

北京朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所B401

生物工程学报/Journal Chinese Journal of BiotechnologyCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>《生物工程学报》是国内外公开发行的全国性学术期刊, 由中国科学院微生物研究所和中国微生物学会共同主办。主要报道生物工程研究的新发展、新成果、新技术。刊登的内容包括：基因工程、细胞工程、酶工程、生化工程、组织工程、生物信息、生物制药、生物芯片等。栏目设有：综述、研究报告、研究简报、技术与方法等。《生物工程学报》创刊于1985年。20多年来，本刊始终以推动生命技术发展和促进国家经济建设为宗旨，及时报道我国生物工程方面的重要研究成果, 有力地促进了国内在这一领域的学术交流，为科研教学和经济建设发挥了积极的作用。本刊已被美国<CA>,<BA>，<MEDLINE>,及<俄罗斯文摘>、中国生物学文摘、中国科学引文数据库、万方数据库、中国科技期刊光盘版等检索系统收录，是中国自然科学核心期刊。
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    放线菌环二肽类活性天然产物生物合成研究进展

    黄运红黎金祖陈思敏刘文慧...
    4497-4516页
    查看更多>>摘要：环二肽(cyclodipeptide,CDP)是一类由2个α-氨基酸缩合而成的最小环肽分子,也可称为二酮哌嗪类化合物(diketopiperazines,DKPs).CDP具有稳定的DKP环状骨架结构,活性广泛而显著,药用前景良好,发掘意义重大.放线菌是重要的CDP生产菌,同时具有非核糖体肽合成酶(nonribosomal peptide synthetase,NRPS)与环二肽合酶(cyclodipeptide synthase,CDPS)两种 DKP 骨架合成催化酶,并从中发现多种骨架结构修饰酶,研究开发价值巨大.本文系统介绍了放线菌CDP类活性化合物的DKP骨架合成途径及其结构修饰机制两方面的研究工作,以期为新型CDP类天然产物的发掘、新颖CDP分子生物合成机制的阐明及合成生物学设计与应用等领域的研究与实践提供参考.

    环二肽放线菌非核糖体肽合酶环二肽合酶骨架结构修饰

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    厌氧颗粒污泥微生物群落结构与功能的研究进展

    郭长捷王伟刚王亚宜
    4517-4533页
    查看更多>>摘要：厌氧颗粒污泥(anaerobic granular sludge,AnGS)是由多种功能微生物组成的自固定化聚集体,具有容积负荷高、工艺简单、剩余污泥产量低等优点,在废水处理领域中显示出巨大的技术和经济潜力,被认为是一种很有前景的低碳废水处理工艺.本文系统总结了近年来厌氧颗粒污泥微生物结构和功能的研究成果,从微生物学角度讨论了厌氧颗粒污泥形成及稳定的影响因素,并对今后厌氧颗粒污泥的研究进行了展望,以期为后续厌氧颗粒污泥技术的深入研究和实际工程应用提供参考.

    厌氧颗粒污泥厌氧消化微生物污水处理

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    Ⅳ型菌毛可视化方法及其在菌毛功能研究中的应用

    罗艳张静超
    4534-4549页
    查看更多>>摘要：Ⅳ型菌毛(type Ⅳ pili,TFP)作为细菌表面的重要蛋白结构,是细菌的感知器官及运动器官,在细菌生理学、细胞黏附、宿主细胞入侵、DNA摄取、蛋白质分泌、生物被膜形成、细胞运动和电子传递等方面发挥着多种作用.近年来,随着研究方法的深入和技术设备的发展,尤其是随着多种菌毛可视化工具的开发,越来越多的研究揭示了它在生命活动中的各种功能,大大加快了微生物单细胞领域的研究步伐.本文重点讨论了 TFP可视化方法及在菌毛功能研究中的应用,为更好地研究和利用TFP功能提供更多的思路,为其未来在生物学、医学以及生态学中的应用提供一定的理论基础.

    Ⅳ型菌毛可视化功能

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    分枝杆菌HGMS2甾醇降解中新C-23代谢产物的鉴定及其代谢途径分析

    何建新董新林黄永棋宋士奎...
    4550-4562页
    查看更多>>摘要：新金分枝杆菌(Mycobacterium neoaurum)通过敲除羟酰基辅酶A脱氢酶(hydroxyacyl-CoA dehydrogenase,Hsd4A)或酰基辅酶 A 硫解酶(acyl-CoA thiolase,FadA5)基因来生产 22-羟基-23,24-双降甾-4-烯-3-酮(22-hydroxy-23,24-bisnorchol-4-en-3-one,BA)甾体类药物中间体来受到广泛关注.本实验室前期发现,敲除fadA5基因后,发酵产物中出现了一种新的代谢产物.本研究通过对该物质的结构鉴定、fadA5基因的蛋白同源序列比对、M.neoaurum HGMS2的系统发育树分析和基因敲除等手段探究该物质的代谢途径.结果表明该物质为 C23类代谢中间体,即24-norchol-4-ene-3,22-dione(将其命名为 3-OPD).该物质是通过硫酯酶(thioesterase,TE)催化3,22-dioxo-25,26-bisnorchol-4-ene-24-oyl CoA(22-O-BNC-CoA)生成侧链为β-酮酸结构的物质后通过生物体的自动脱羧反应生成的.这些结果对开发新的甾类中间体有重要价值.

    甾体药物fadA5基因敲除新金分枝杆菌C-23代谢中间体

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    莱茵衣藻丝/苏氨酸蛋白激酶突变株蓝光响应的表征

    李旺宁梁梦静杨泽李亚男...
    4563-4579页
    查看更多>>摘要：为研究莱茵衣藻丝/苏氨酸蛋白激酶(silk/threonine protein kinase,STK)介导藻细胞蓝光响应的分子机制,本文对蓝光胁迫下莱茵衣藻STK突变株系crstk11(AphvⅢ盒反向插入stk11基因编码区)进行表型鉴定及转录组分析.表型鉴定显示,正常光(白光)下,野生型株CC5325与突变株crstk11 的生长和色素含量差异较小;蓝光抑制了 crstk11 藻细胞生长和叶绿素合成,但显著促进类胡萝卜素积累.转录组分析显示,蓝光处理4 d,突变株(STK4)vs.野生型(wild type,WT4)共检测到差异表达基因(differential expression genes,DEGs)860条(559个上调,301个下调).高蓝光处理8d,STK8 vs.WT8共获得1 088个DEGs(468个上调,620个下调).KEGG富集分析发现,与CC5325相比,crstk11蓝光响应基因主要参与胞内光合作用催化活性、碳代谢和色素合成等.其中,上调基因包括 psaA、psaB 和 psaC,psbA、psbB、psbC、psbD、psbH 和 psbL,petA、petB 和petD,以及编码ATP合成酶α、β和c亚基的基因.下调基因有petF和petJ等.研究揭示了莱茵衣藻蛋白激酶CrSTK11可能通过介导光合作用、色素合成和碳代谢参与藻细胞蓝光响应,这为深入解析藻类光胁迫抗性机制提供了新知识.

    莱茵衣藻丝/苏氨酸蛋白激酶蓝光胁迫转录组分析差异表达基因

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    多次补氮和增强蓝光促进三角褐指藻积累岩藻黄素

    杨泽雄杨润青诸德斐魏东...
    4580-4592页
    查看更多>>摘要：本研究旨在优化多次补氮和增强蓝光模式,以促进光发酵三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)积累岩藻黄素.结果表明,在摇瓶中将含有胰蛋白胨和尿素的混合氮源(1∶1,N mol/N mol;总氮浓度为0.02 mol/L)分6次加入培养系统是最佳的多次补氮模式;在5 L发酵罐中实施两阶段调光模式培养,在第二阶段增强蓝光(R∶G∶B=67.1∶16.7∶16.3)后,细胞密度、生物量生产率以及岩藻黄素的含量、产量和生产率分别达到1.12×108 cells/mL、330 mg/(d·L)、19.62 mg/g、69.71 mg/L和6.97 mg/(d·L).与红蓝光(R∶G∶B=70.9∶18.3∶10.9)下分6次补氮的一阶段培养相比,岩藻黄素含量显著提高了 7.68％(P＜0.05),但生产率无显著差异(P＞0.05);与红蓝光(R∶G∶B=70.9∶18.3∶10.9)下一次性加入氮源的一阶段培养相比,岩藻黄素含量和生产率显著提高了 45.98％和48.30％(P＜0.05).因此,本研究开发的多次补氮和增强蓝光的两阶段培养模式,有效促进了岩藻黄素积累、提高了氮源利用效率,为三角褐指藻光发酵生产岩藻黄素提供了新技术支撑.

    三角褐指藻岩藻黄素补氮蓝光两阶段培养

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    黑曲霉β-木糖苷酶An-xyl的重组表达与木糖耐受性表征

    李乐彭程于坤朋唐艺玲...
    4593-4607页
    查看更多>>摘要：β-木糖苷酶催化低聚木糖水解在木质纤维素降解中起重要作用,但该酶活性易被产物木糖抑制,严重限制了其应用.基于分子对接,本文研究了茶梗发酵培养基差异表达显著的黑曲霉(Aspergillus niger)β-木糖苷酶An-xyl与木糖的亲和性,并对其进行克隆表达和性质表征,进一步探讨了该酶与纤维素酶对茶梗中木质纤维素的降解作用.分子对接结果表明,An-xyl与木糖的亲和性低于木糖耐受性较差的米曲霉β-木糖苷酶xylA.重组表达的An-xyl木糖抑制常数Ki值为433.2 mmol/L,与同为GH3家族的β-木糖苷酶相比木糖耐受性较高.以pNPX为底物时,Km和Vmax分别为3.6 mmol/L和 10 000 μmol/(min·mL).An-xyl 最适温度 65℃,最适 pH 4.0,65℃ 处理 300 min 能保持约 61％的酶活力,在pH 2.0-8.0的范围内处理24 h后酶活力仍能维持80％左右.添加An-xyl与纤维素酶共同水解茶梗,反应2 h和4 h产生还原糖含量比单独使用纤维素酶水解分别提高了 19.3％和38.6％.本研究表明,通过差异表达挖掘的An-xyl具有高木糖耐受性和较好的催化活性和稳定性,可协同作用水解茶梗类木质纤维素,丰富了具有高木糖耐受性β-木糖苷酶的资源,为其应用提供了实验依据.

    黑曲霉β-木糖苷酶木糖耐受性茶梗木质纤维素

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    电子传递链的适配提高孕酮17α羟基化生物催化效率

    王蓝蓝赵昕李杰艾佳莹...
    4608-4620页
    查看更多>>摘要：17α羟化酶是转化孕酮制备各种孕激素药物中间体的关键酶.为提高该酶在生物催化中的特异性羟基化能力,本研究将来源于纤维素黏性细菌(Sorangium cellulosum)Soce56的羟化酶CYP260Al与大肠杆菌(Escherichia coli)K-12来源的Fpr和牛肾上腺来源的Adx4-108组建成新的电子传递系统,用于孕酮的生物转化.通过对CYP260A1进行选择性突变,获得17α羟化酶活性显著提高的突变体S276I,经体外催化体系的优化设计,使17α-OH孕酮的产率达到58％.此外,利用定点突变技术探究铁氧还蛋白Adx4-108的模拟磷酸化对17α羟化酶活性的影响,结果显示,突变体Adx4-108T69E向S276I传递电子,进一步增强了对孕酮C17位的特异性,17α-OH孕酮的产率最终提高到74％.本研究为细菌来源的17α羟化酶特异性转化生产17α-OH孕酮提供了新的方案,为孕激素类药物在工业上利用生物转化法生产奠定了理论基础.

    17α羟化酶孕酮电子传递链蛋白突变

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    多细胞耦合转化N-乙酰氨基葡萄糖和乳糖生产唾液酸乳糖

    周文游星张洪涛李忠霞...
    4621-4634页
    查看更多>>摘要：唾液酸乳糖是母乳寡糖(human milk oligosaccharides,HMOs)中含量最丰富的唾液酸化低聚糖之一,对婴幼儿的健康发育有重要作用,但是其目前缺乏高效、廉价的生产工艺.针对该问题,本研究建立了多菌株两步法耦合生物合成唾液酸乳糖方法.第一步构建2株工程菌,大肠杆菌JM109(DE3)/pET28a-BT0453和JM109(DE3)/pET28a-nanA,用于耦合合成中间产物N-乙酰神经氨酸,在2株工程菌株细胞生物量比为1∶1,反应时间为32 h的条件下,得到的N-乙酰神经氨酸最高产量为20.4 g/L.第二步向上述发酵液中添加大肠杆菌JM109(DE3)/pET28a-neuA、JM109(DE3)/pET28a-nst和面包酵母,通过三菌株耦合发酵合成3'-唾液酸乳糖(3'-sialyllactose,3'-SL).在底物N-乙酰氨基葡萄糖、乳糖浓度均为200 mmol/L,面包酵母细胞生物量为150 g/L,辅因子Mg2+浓度为20 mmol/L的优化条件下,发酵24 h,发酵液中3'-唾液酸乳糖的最高产量达到55.04 g/L,底物N-乙酰氨基葡萄糖的转化率为43.47％.研究结果为低成本生产3'-唾液酸乳糖提供了一条新的技术路线.

    3'-唾液酸乳糖N-乙酰氨基葡萄糖耦合发酵两步法合成母乳寡糖

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    黄酮6位羟基化酶催化机制的理论研究与应用

    白杰李从雨张鹤渐黄蓉...
    4635-4646页
    查看更多>>摘要：灯盏乙素发酵生产过程中,黄酮6位羟基化酶催化效率不足,导致产生至少约18％的副产物.本研究以2种黄酮6位羟基化酶CYP82D4与CYP706X为研究目标,通过分子动力学模拟与量子化学计算,对两种黄酮6位羟基化酶的催化机制进行解析.结果表明,CYP82D4与CYP706X在反应决速步的能垒几乎相同,应当具有相似的反应速率,而CYP82D4相对较小的底物结合能可能有利于产物释放,是其具有更高催化效率的直接原因.最后,基于对底物进出过程的研究,CYP82D4的L540A突变将催化效率提高了 1.37倍,证明了理论计算指导黄酮6位羟基化酶改造优化的可行性.本研究揭示了黄酮6位羟化酶的催化机制,为对其进行改造优化以提高灯盏乙素的发酵生产效率提供了参考.

    灯盏乙素黄酮6位羟基化酶细胞色素P450催化机制底物结合能

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