微藻代謝工程改造研究進(jìn)展及展望

環(huán)境保護(hù)和能源供應(yīng)是人類關(guān)心的兩大問題。能源消耗釋放出的溫室氣體對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響。利用co_2固定途徑可將co_2轉(zhuǎn)化成燃料或化學(xué)品。天然固碳生物通常存在生長(zhǎng)緩慢、固碳效率低等問題。通過在模式微生物中增強(qiáng)或重構(gòu)co_2固定途徑,實(shí)現(xiàn)co_2的再循環(huán),可提高燃料或化學(xué)品的產(chǎn)量,減少溫室氣體排放。文中詳細(xì)介紹了通過代謝工程手段改造co_2固定途徑改善化學(xué)品生產(chǎn)以及糖合成,闡述了相關(guān)代謝途徑及其中的關(guān)鍵酶在co_2固定中的作用,介紹了電生化合成系統(tǒng)的應(yīng)用,顯示出co_2固定的巨大潛力,并展望了未來co_2固定的研究方向。

l-乳酸是一種重要的有機(jī)化合物,具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。微生物發(fā)酵法生產(chǎn)是當(dāng)前l(fā)-乳酸的主要來源,但受限于精確的發(fā)酵條件、菌體產(chǎn)物耐受能力低及底物要求高等因素,導(dǎo)致l-乳酸供給不足且價(jià)格偏高。鑒于釀酒酵母利用廉價(jià)底物生產(chǎn)有價(jià)值物質(zhì)方面的諸多優(yōu)勢(shì),并隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,利用代謝工程改造釀酒酵母本身固有的代謝網(wǎng)絡(luò),使其高產(chǎn)l-乳酸已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。從l-乳酸的異源生產(chǎn)、關(guān)鍵途徑改造及菌體生長(zhǎng)能力恢復(fù)三個(gè)方面歸納了關(guān)于代謝工程改造釀酒酵母生產(chǎn)l-乳酸的研究進(jìn)展。最后,指出了釀酒酵母異源生產(chǎn)l-乳酸存在的不足和今后研究的方向。

乳酸是自然界中最小的手性分子,廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和化工等領(lǐng)域,同時(shí)也是合成生物可降解塑料——聚乳酸的前體.目前,化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法是生產(chǎn)乳酸的兩種主要方法,而后者在底物的可再生性、產(chǎn)物光學(xué)純度和環(huán)境友好等方面均具有潛在優(yōu)勢(shì).自然界中許多微生物細(xì)胞都能合成和積累乳酸,如大腸桿菌、釀酒酵母和乳酸菌等.與乳酸菌、芽胞乳桿菌和谷氨酸棒狀桿菌等乳酸生產(chǎn)菌株相比,大腸桿菌具有生長(zhǎng)速度快、營(yíng)養(yǎng)要求簡(jiǎn)單、易于高密度發(fā)酵、代謝網(wǎng)絡(luò)清楚、遺傳操作方法成熟和產(chǎn)物乳酸光學(xué)純度高等優(yōu)勢(shì).本文中,筆者介紹了乳酸的研究現(xiàn)狀及其在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的作用,系統(tǒng)綜述了國(guó)內(nèi)外通過代謝工程改造大腸桿菌生產(chǎn)乳酸的研究進(jìn)展,在此基礎(chǔ)上展望了乳酸生產(chǎn)研究的發(fā)展方向,以期為其工業(yè)應(yīng)用提供參考.

芳香族化合物廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè).利用代謝工程改造微生物生產(chǎn)各種芳香族化合物越來越受到人們的關(guān)注.通過理性改造,微生物可以定向地大量積累人們需要的各種芳香族化合物.此外,通過設(shè)計(jì)新的反應(yīng)途徑并引入外源基因,可以拓寬微生物生物合成的產(chǎn)物譜,獲得某些具有重要應(yīng)用價(jià)值的新的芳香族化合物.這些研究成果對(duì)解決化石能源危機(jī)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展問題具有積極意義.本文中,筆者主要對(duì)近年來微生物生產(chǎn)各種芳香族化合物的最新研究進(jìn)展及相應(yīng)的代謝工程改造策略進(jìn)行綜述,為開展相關(guān)研究提供參考.

多不飽和脂肪酸因其在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域的廣泛作用而得到人們極大的關(guān)注,當(dāng)前利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)多不飽和脂肪酸具有諸多優(yōu)點(diǎn),由于酵母生產(chǎn)迅速且生物量較高,利用酵母生產(chǎn)多不飽和脂肪酸已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。本文綜述了代謝工程改造酵母生產(chǎn)多不飽和脂肪酸的研究進(jìn)展,以常規(guī)酵母-釀酒酵母和非常規(guī)酵母-解脂耶氏酵母為例,介紹了酵母菌中多不飽和脂肪酸的代謝途徑、酵母產(chǎn)油脂的生化機(jī)制、代謝工程改造酵母產(chǎn)多不飽和脂肪酸以及不飽和脂肪酸積累對(duì)酵母耐受性的影響。以后研究工作的重點(diǎn)是進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)酵母生產(chǎn)多不飽和脂肪酸的機(jī)理研究,并以此為來指導(dǎo)代謝工程改造酵母生產(chǎn)多不飽和脂肪酸。

釀酒酵母(saccharomycescerevisiae)作為"細(xì)胞動(dòng)力車間"能夠生產(chǎn)生物燃料和工業(yè)產(chǎn)品,2,3-丁二醇(2,3-bd)是其重要的一種次級(jí)代謝產(chǎn)物,廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。但野生型s.cerevisiae合成2,3-bd的效率低,制約著工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)程,因此,應(yīng)用代謝工程法優(yōu)化代謝途徑來解決這一問題極其重要。該研究對(duì)近年來利用代謝工程手段來提高s.cerevisiae2,3-bd產(chǎn)量的策略進(jìn)行了總結(jié),主要包括:過表達(dá)2,3-bd合成途徑中的關(guān)鍵酶編碼基因；敲除編碼乙醇、甘油、乙酸等分支途徑的關(guān)鍵酶基因；利用可再生能源合成2,3-bd；應(yīng)用輔因子工程手段對(duì)s.cerevisiae合成2,3-bd的代謝網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)及合理改造等。對(duì)s.cerevisiae未來的研究方向進(jìn)行了展望,為實(shí)現(xiàn)生物燃料2,3-bd的工業(yè)化生產(chǎn)提供了保障。

甘油是生物柴油的副產(chǎn)物,因其價(jià)格低廉和高還原性,成為生物發(fā)酵的重要碳源.為了進(jìn)一步提高工程菌對(duì)甘油的利用能力,從而提高萜類化合物的合成能力,本研究從β-胡蘿卜素高產(chǎn)菌car015出發(fā),對(duì)其甘油代謝途徑的多個(gè)基因進(jìn)行了調(diào)控.首先敲除了編碼3-磷酸甘油抑制子的glpr基因,然后分別用m1-37、m1-46和m1-93三個(gè)不同強(qiáng)度的人工調(diào)控元件對(duì)glpfk,glpd和tpia三組基因進(jìn)行單基因調(diào)控和多基因組合調(diào)控.研究發(fā)現(xiàn)用m1-46調(diào)控glpd基因后p-胡蘿卜素產(chǎn)量達(dá)到了64.82mg/l,是car015的4.86倍,甘油消耗速率也提高了100％;調(diào)控tpipa基因后β-胡蘿卜素產(chǎn)量略有提高;調(diào)控glpfk基因后p-胡蘿卜素產(chǎn)量略有降低.說明g1pd是甘油代謝途徑中的關(guān)鍵限速步驟.q-pcr結(jié)果表明,降低甘油代謝途徑的glpd和glpfk基因轉(zhuǎn)錄水平,增加tpia基因轉(zhuǎn)錄水平,可以增加細(xì)胞生長(zhǎng)速度、提高β-胡蘿卜素產(chǎn)量,可能是因?yàn)闇p少了丙酮醛毒性所致.組合調(diào)控glpd和tpia基因,獲得β-胡蘿卜素產(chǎn)量最高菌株gly003,其p-胡蘿卜素產(chǎn)量達(dá)72.45mg/l,產(chǎn)率達(dá)18.65mg/g每克干細(xì)胞,分別是出發(fā)菌株car015的5.23倍和1.99倍.總之,glpd是甘油代謝途徑中的關(guān)鍵限速步驟,適當(dāng)強(qiáng)度調(diào)控glpd,可以有效提高重組大腸桿菌的p-胡蘿卜素產(chǎn)量.

紫穗槐-4,11-二烯合酶催化fpp(farnesylpyrophosphate,法尼基焦磷酸)生成青蒿素前體紫穗槐-4,11-二烯,是青蒿素生物合成途徑中的關(guān)鍵酶。本文對(duì)紫穗槐-4,11-二烯合酶的分子生物學(xué)和代謝工程研究進(jìn)行了綜述。紫穗槐-4,11-二烯合酶編碼基因及其相關(guān)核酸序列已經(jīng)得到了克隆。紫穗槐-4,11-二烯合酶cdna全長(zhǎng)1641bp,編碼546aa。紫穗槐-4,11-二烯合酶最適ph范圍較寬,但需要二價(jià)金屬離子作為輔酶才能發(fā)揮作用,其產(chǎn)物和底物的特異性不高。在紫穗槐-4,11-二烯合酶作用下,fpp首先進(jìn)行的是1,6-合環(huán),然后是1,10-合環(huán),形成紫穗槐-4,11-二烯。由于紫穗槐-4,11-二烯合酶在青蒿素生物合成中具有重要的意義,自從其基因被克隆測(cè)序后,先后被導(dǎo)入e.coli、s.cereviseae、煙草、擬南芥和a.nidulans,獲得了能產(chǎn)生紫穗槐-4,11-二烯的各種工程菌或細(xì)胞,研究通過不同方式提高工程菌中紫穗槐-4,11-二烯產(chǎn)量的方法。

目的:采用可以在運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌中表達(dá)的操縱子構(gòu)建重組運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌,用于提高該細(xì)菌對(duì)高溫高糖的耐受性和提高乙醇產(chǎn)量。方法:用外來的yfdz、metb和hsp構(gòu)建的多順反子質(zhì)粒,轉(zhuǎn)化運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌而使其獲得新的代謝途徑。在玉米水解液中,驗(yàn)證了該多順反子質(zhì)粒對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌產(chǎn)生乙醇的影響。結(jié)果:與對(duì)照菌相比,在37℃和糖濃度為28%的培養(yǎng)條件下,該基因工程菌的乙醇產(chǎn)量提高到183.2%。在37℃,糖濃度為28%并添加氮源的條件下,該基因工程菌的乙醇產(chǎn)量提高到148.0%。結(jié)論:yfdz、metb及hsp三種基因的共同作用能顯著提高運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌的乙醇產(chǎn)量和發(fā)酵溫度。

β-胡蘿卜素在食品、藥品和化妝品領(lǐng)域有廣泛用途。為獲得生產(chǎn)β-胡蘿卜素的微生物細(xì)胞工廠,本研究首先在釀酒酵母by4742中過表達(dá)甲羥戊酸（mva）途徑的限速酶3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶a還原酶（hmgr）基因及二萜化合物合成的關(guān)鍵酶牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸合酶（ggps）基因,來提高牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸（ggpp）的供給。在釀酒酵母底盤菌by4742-t2的基礎(chǔ)上整合來源于成團(tuán)泛菌和紅法夫酵母的β-胡蘿卜素合成基因,比較釀酒酵母工程菌生產(chǎn)β-胡蘿卜素的差別。結(jié)果表明提高釀酒酵母中hmgr和ggps酶基因的表達(dá)能將工程菌中β-胡蘿卜素的產(chǎn)量提高26.0倍。另外,來源于真核生物紅法夫酵母的合成基因相比成團(tuán)泛菌,更有利于釀酒酵母生產(chǎn)β-胡蘿卜素。最終獲得的釀酒酵母工程菌bw02能生產(chǎn)1.56mg/g細(xì)胞干重的β-胡蘿卜素,為進(jìn)一步獲得高產(chǎn)β-胡蘿卜素細(xì)胞工廠提供基礎(chǔ)。

[目的]肌醇別名環(huán)己六醇,是一種具有生物活性的糖醇,在醫(yī)藥、食品和飼料等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值.為獲得生產(chǎn)肌醇的微生物細(xì)胞工廠,通過代謝工程改造,構(gòu)建生產(chǎn)肌醇的釀酒酵母工程菌株.[方法]對(duì)釀酒酵母肌醇合成途徑的正負(fù)調(diào)控同時(shí)改造,過表達(dá)肌醇-3-磷酸合成酶基因ino1,敲除肌醇生物合成的轉(zhuǎn)錄抑制子基因opi1和抗性基因kanmx,獲得重組菌.利用氣相色譜法檢測(cè)重組菌發(fā)酵液中肌醇含量.[結(jié)果]構(gòu)建了生物安全性的產(chǎn)肌醇基因工程菌株,搖瓶培養(yǎng)產(chǎn)量為1.021g/l.[結(jié)論]通過過表達(dá)ino1和敲除opi1來改造釀酒酵母,能夠有效提高重組菌的肌醇產(chǎn)量,為下一步的微生物發(fā)酵法產(chǎn)肌醇的工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ).

葡萄糖二酸是一種具有重要生物功能的有機(jī)酸,為了實(shí)現(xiàn)微生物合成葡萄糖二酸的高效生產(chǎn),異源表達(dá)來源于小鼠基因組的miox基因及pseudomonasputidakt2440的udh基因,在畢赤酵母中構(gòu)建葡萄糖二酸合成途徑,實(shí)現(xiàn)了葡萄糖二酸的生成。通過在搖瓶水平進(jìn)行優(yōu)化,確定了最適碳源為葡萄糖(初始質(zhì)量濃度60g/l最優(yōu)),最適初始ph為5.5,最優(yōu)接種齡為24h,最適接種體積分?jǐn)?shù)為25%,重組畢赤酵母生成的葡萄糖二酸產(chǎn)量從最初的(566.36±16.98)mg/l提高至(967.60±3.90)mg/l。在此基礎(chǔ)上,重組畢赤酵母在3l發(fā)酵罐中放大培養(yǎng),葡萄糖二酸的產(chǎn)量達(dá)到了(2.60±0.04)g/l。

葡萄糖二酸是一種高附加值的有機(jī)酸,廣泛用于食品、醫(yī)藥和化工領(lǐng)域.為獲得生產(chǎn)葡萄糖二酸的微生物細(xì)胞工廠,通過共表達(dá)小鼠來源的肌醇加氧酶(miox)及惡臭假單胞菌來源的醛酸脫氫酶(udh),在釀酒酵母saccharomycescerevisiaecen.pk2-1c中構(gòu)建了葡萄糖二酸合成途徑,產(chǎn)量為(28.28±3.15)mg/l.在此基礎(chǔ)上,通過調(diào)控前體肌醇的合成途徑,發(fā)現(xiàn)肌醇-1-磷酸合成酶(ino1)是葡萄糖二酸合成途徑的限速酶,過量表達(dá)ino1,葡萄糖二酸產(chǎn)量達(dá)到(107.51±10.87)mg/l,提高了2.8倍.進(jìn)一步弱化競(jìng)爭(zhēng)支路中磷酸果糖激酶(pfkl)的表達(dá),最終葡萄糖二酸的產(chǎn)量達(dá)到(230.22±10.75)mg/l,為進(jìn)一步獲得高產(chǎn)葡萄糖二酸細(xì)胞工廠提供基礎(chǔ).

β-丙氨酸是天然存在的唯一一種β型氨基酸,在醫(yī)藥、食品、化工等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。該研究考察了以重組escherichiacoli發(fā)酵合成β-丙氨酸的可能性。在敲除副產(chǎn)物乙酸、甲酸、乙醇、琥珀酸、乳酸合成途徑編碼基因的escherichiacolicicimb0016-050(acka-ptapflbadhefrdaldha)菌株中,考察疊加敲除β-丙氨酸的競(jìng)爭(zhēng)途徑天冬氨酸激酶、泛酸合成酶和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(eⅱcbglc)的編碼基因(lysc、panc、ptsg)以及過表達(dá)來源于corynebacteriumglutamicum的pand基因?qū)铣搔?丙氨酸的影響。結(jié)果表明,疊加敲除上述基因后,β-丙氨酸的合成量依次提高了12.5%、39.3%和13.3%;過量表達(dá)pand基因,β-丙氨酸合成量提高了86.2倍;經(jīng)發(fā)酵條件優(yōu)化,菌株b0016-080bb/ppl-pand搖瓶發(fā)酵可合成(5.0±0.2)g/lβ-丙氨酸,體積生產(chǎn)強(qiáng)度達(dá)到(0.12±0.01)g/(l·h)。該結(jié)果為發(fā)酵法合成β-丙氨酸奠定了基礎(chǔ)。

以提高3-羥基丙酸的產(chǎn)量為目標(biāo),對(duì)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的基因工程大腸桿菌進(jìn)行改造,敲除形成副產(chǎn)物1,3-丙二醇的主要酶基因——乙醛脫氫酶基因yqhd,得到e.coliw3110δyqhd(pcdfduet-tac-gpd1-tukgsadh/pacycduet-tac-dhab1-4),該工程菌搖瓶發(fā)酵產(chǎn)量達(dá)到2.53g/l,相比未敲除yqhd基因的菌株,產(chǎn)量提高了5.8倍。另外,敲除了甘油代謝途徑中的抑制因子glpr基因,得到e.coliw3110δglpr(pcdfduet-tac-gpd1-tukgsadh/pacycduet-tac-dhab1-4),該工程菌搖瓶發(fā)酵產(chǎn)量達(dá)到2.86g/l,相比未敲除glpr基因的菌株,產(chǎn)量提高了6.7倍。后經(jīng)5l罐發(fā)酵培養(yǎng)后,3-羥基丙酸的產(chǎn)量提升到15.4g/l。該實(shí)驗(yàn)為進(jìn)一步利用大腸桿菌工程菌發(fā)酵生產(chǎn)3-羥基丙酸提供了研究基礎(chǔ)。

以選育的獲得產(chǎn)l-亮氨酸的谷氨酸棒桿菌md106為出發(fā)菌株,通過重疊延伸pcr及自殺載體介導(dǎo)的同源重組技術(shù)構(gòu)建panbc及alat雙基因缺失的突變株md106δpanbc/δalat,并對(duì)出發(fā)菌及雙缺失重組菌進(jìn)行搖瓶發(fā)酵試驗(yàn),測(cè)定發(fā)酵指數(shù)。結(jié)果顯示,發(fā)酵40h后,突變株的l-亮氨酸的產(chǎn)量為7.91g/l,比出發(fā)菌株提高43.3%,而且主要雜酸——丙氨酸減少超過80%,總雜酸比例較出發(fā)菌株減少55.6%。

為了研究胞質(zhì)還原路徑對(duì)釀酒酵母積累l-蘋果酸的影響,通過在釀酒酵母中過量表達(dá)源于黃曲霉的丙酮酸羧化酶(afpyc)、蘋果酸脫氫酶(afmdh)及c4-二羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(afmae),成功構(gòu)建了l-蘋果酸合成的胞質(zhì)還原路徑。結(jié)果表明:(1)當(dāng)?shù)退奖磉_(dá)afpyc時(shí),其丙酮酸濃度降低了42%,但不能積累l-蘋果酸；(2)當(dāng)共表達(dá)afpyc和afmdh時(shí),菌株w005積累了1.93g/l的l-蘋果酸,與對(duì)照菌株w004相比細(xì)胞干重提高了350%,丙酮酸降低了65.9%；(3)當(dāng)共表達(dá)afpyc、afmdh和afmae時(shí),菌株w006的l-蘋果酸產(chǎn)量提高了21.2%,達(dá)到2.34g/l；4)通過提高接種量至初始o(jì)d_(600)=2,l-蘋果酸的產(chǎn)量提高到3.28g/l。通過在釀酒酵母中過量表達(dá)黃曲霉胞質(zhì)還原路徑的關(guān)鍵基因,使得工程菌能夠積累l-蘋果酸,為目標(biāo)產(chǎn)物的高效積累提供了一種可借鑒的思路。

氨基酸作為一類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在維持機(jī)體正常的生理生化反應(yīng)方面具有重要的功能,常用作食品、藥品和化妝品等的添加劑。氨基酸的生產(chǎn)主要依靠微生物發(fā)酵,產(chǎn)氨基酸菌的選育卻是制約大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)氨基酸的重要因素。隨著微生物分子育種技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用,利用代謝工程改造細(xì)胞本身固有的代謝網(wǎng)絡(luò),指導(dǎo)氨基酸高產(chǎn)菌的選育已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。以谷氨酸棒桿菌(corynebacteriumglutamicum)為例,就該菌株代謝網(wǎng)絡(luò)的特征以及高產(chǎn)氨基酸的代謝工程策略和應(yīng)用進(jìn)行綜述。

為了高效生產(chǎn)l-蘋果酸,首先在大腸桿菌w3110中敲除ldha、poxb、pflb和pta-acka基因積累丙酮酸,為l-蘋果酸合成提供前體,并且通過蘋果酸酶的引入構(gòu)建l-蘋果酸一步合成路徑,將丙酮酸轉(zhuǎn)化為l-蘋果酸.在此基礎(chǔ)上,敲除frdbc、fumb和fumac阻斷l(xiāng)-蘋果酸代謝路徑,并結(jié)合pos5基因的表達(dá)對(duì)胞內(nèi)輔因子路徑進(jìn)行優(yōu)化.結(jié)果表明:(1)ldha、poxb、pflb和pta-acka基因的敲除能有效地提高丙酮酸產(chǎn)量到20.9g/l;(2)蘋果酸酶突變及過量表達(dá)使得l-蘋果酸和琥珀酸產(chǎn)量分別提高了87.2%和31.6%,達(dá)到1.46g/l和3.25g/l;(3)通過敲除frdbc、fumb和fumac,l-蘋果酸產(chǎn)量增加到3.42g/l;(4)pos5基因的表達(dá)降低了胞內(nèi)nadh/nad+比率,增加了nadph含量,最終突變菌株escherichiacolif0921的l-蘋果酸產(chǎn)量達(dá)到9.34g/l.因此,通過蘋果酸酶構(gòu)建l-蘋果酸生物合成路徑提高l-蘋果酸的生產(chǎn)是可行的,結(jié)果可為代謝工程改造大腸桿菌生產(chǎn)l-蘋果酸提供了新的研究思路.

植物萜類化合物是以異戊二烯為結(jié)構(gòu)單位的一大類植物天然的次生代謝產(chǎn)物。d-檸檬烯屬于單萜類化合物,由于它具有抑菌、增香、抗癌、止咳、平喘等多種功能,已被廣泛應(yīng)用于食品、香料、醫(yī)療等行業(yè)。目前d-檸檬烯的工業(yè)生產(chǎn)主要是從植物的果皮或者果肉中提取的,但提取方法存在著分離純化復(fù)雜、產(chǎn)率低、能耗大等缺點(diǎn)。而本世紀(jì)初合成生物學(xué)技術(shù)的興起,為微生物異源合成天然活性化合物帶來了全新的理念與工具,打破了物種間的界限,使微生物異源合成d-檸檬烯成為現(xiàn)實(shí)。構(gòu)建定向、高效的異源合成d-檸檬烯的微生物細(xì)胞工廠,實(shí)現(xiàn)微生物發(fā)酵法替換傳統(tǒng)的植物提取法,具有重要的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。本文主要回顧了近幾年利用代謝工程改造釀酒酵母異源合成萜類化合物取得的成就,闡述了以釀酒酵母作為底盤微生物,利用代謝工程和合成生物學(xué)的手段構(gòu)建高產(chǎn)d-檸檬烯的合成策略。

植物萜類化合物是以異戊二烯為結(jié)構(gòu)單位的一大類植物天然的次生代謝產(chǎn)物.d-檸檬烯屬于單萜類化合物,由于它具有抑菌、增香、抗癌、止咳、平喘等多種功能,已被廣泛應(yīng)用于食品、香料、醫(yī)療等行業(yè).目前d-檸檬烯的工業(yè)生產(chǎn)主要是從植物的果皮或者果肉中提取的,但提取方法存在著分離純化復(fù)雜、產(chǎn)率低、能耗大等缺點(diǎn).而本世紀(jì)初合成生物學(xué)技術(shù)的興起,為微生物異源合成天然活性化合物帶來了全新的理念與工具,打破了物種間的界限,使微生物異源合成d-檸檬烯成為現(xiàn)實(shí).構(gòu)建定向、高效的異源合成d-檸檬烯的微生物細(xì)胞工廠,實(shí)現(xiàn)微生物發(fā)酵法替換傳統(tǒng)的植物提取法,具有重要的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益.本文主要回顧了近幾年利用代謝工程改造釀酒酵母異源合成萜類化合物取得的成就,闡述了以釀酒酵母作為底盤微生物,利用代謝工程和合成生物學(xué)的手段構(gòu)建高產(chǎn)d-檸檬烯的合成策略.

隨著人們對(duì)微藻在能源和資源方面應(yīng)用需求的增加,現(xiàn)有藻種的性狀已不能滿足應(yīng)用的需要,對(duì)微藻進(jìn)行遺傳改造越來越必要。本文簡(jiǎn)要介紹了顯微注射、玻璃珠法、電轉(zhuǎn)化法、基因槍法及農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法等轉(zhuǎn)化技術(shù)在藻類遺傳轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用,并對(duì)微藻藻種遺傳改造方法如構(gòu)建隨機(jī)插入突變體庫、rna干擾、基因組編輯技術(shù)等進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述,希望能為這一領(lǐng)域的科研工作者提供參考。