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生物工程学报 2025年第3期41卷 1112-1132页

作者：肖陆驰鲁洪中上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240

细胞中自发或由酶催化的代谢反应组成了高度复杂的代谢网络,其与细胞生理代谢活动运作密切相关。细胞生理代谢网络模型的重构有助于从系统层面上解析基因型与生长表型之间的关联,为细胞生理代谢活动精准刻画与生物绿色制造等研究提供重... 详细信息

细胞中自发或由酶催化的代谢反应组成了高度复杂的代谢网络,其与细胞生理代谢活动运作密切相关。细胞生理代谢网络模型的重构有助于从系统层面上解析基因型与生长表型之间的关联,为细胞生理代谢活动精准刻画与生物绿色制造等研究提供重要的计算生物学工具。本文系统介绍了全基因组尺度代谢网络模型(genome-scale metabolic models,GEMs)、动力学模型、酶约束代谢模型(enzyme-constrained genome-scale metabolic models,ecGEMs)等不同类型细胞生理代谢网络模型发展与应用的最新研究进展;同时还介绍了GEMs自动化构建研究进展以及条件特异性GEMs建模策略。人工智能技术为高精度细胞生理代谢网络模型构建提供了全新机遇,本文进一步总结了人工智能技术在动力学模型和酶约束模型构建等领域的应用。各类细胞生理代谢网络模型的高质量重构将为今后的定量合成生物学与系统生物学等研究提供强大计算支撑。

关键词：基因组尺度代谢网络模型动力学模型酶约束代谢模型深度学习

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DNA硫修饰结合蛋白的序列偏好性表征及应用

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科学通报 2024年第21期69卷 3064-3066页

作者：帅玉婷贺新义邓子新刘光上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240

DNA表观修饰在生命体中广泛存在,它们往往通过其特异性的识别蛋白来发挥功能^([1~3]).DNA硫修饰(phosphorothioate DNA,PT-DNA)是一种近年来发现的新型DNA大分子修饰,其化学本质是DNA磷酸二酯键中的一个非桥接氧原子被硫原子取代所形成... 详细信息

DNA表观修饰在生命体中广泛存在,它们往往通过其特异性的识别蛋白来发挥功能^([1~3]).DNA硫修饰(phosphorothioate DNA,PT-DNA)是一种近年来发现的新型DNA大分子修饰,其化学本质是DNA磷酸二酯键中的一个非桥接氧原子被硫原子取代所形成的磷硫酰化修饰^([4,5]);DNA硫修饰可以被硫结合结构域(sulfur binding domain,SBD)特异性识别和结合,从而参与细菌限制修饰系统等生命过程^([6~8]).

关键词：限制修饰系统磷酸二酯键硫原子发挥功能结合蛋白特异性识别化学本质偏好性

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导读

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生物工程学报 2024年第6期40卷 I0001-I0004页

作者：赵心清微生物代谢国家重点实验室上海交通大学上海200240

本期主要选择酶蛋白改造优化与在生物催化中的应用、微生物细胞工厂构建、底盘微生物开发和优化以及高价值生物基化学品生产等方面,特别是高效酶突变体获得、酿酒酵母合成生物学技术和包括人乳铁蛋白、α-熊果苷、橘烯、半乳糖醇在内的... 详细信息

本期主要选择酶蛋白改造优化与在生物催化中的应用、微生物细胞工厂构建、底盘微生物开发和优化以及高价值生物基化学品生产等方面,特别是高效酶突变体获得、酿酒酵母合成生物学技术和包括人乳铁蛋白、α-熊果苷、橘烯、半乳糖醇在内的多种活性产物生物合成等研究论文,以及人工智能辅助酶蛋白设计和微生物形态工程等相关综述进行导读。

关键词：合成生物学人工智能半乳糖醇生物催化人乳铁蛋白活性产物酶蛋白生物基化学品

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羊毛硫肽SapB类多肽促进链霉菌形态分化作用的研究

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微生物学报 2024年第1期64卷 268-282页

作者：单泓俊王俊博林百欣王柯惠邓子新由德林孔令新上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200030

【目的】链霉菌属于革兰氏阳性菌,以复杂的形态分化过程和强大的次级代谢产物合成能力为主要特征。链霉菌的形态分化与次级代谢产物的产生密切相关。Ⅲ型羊毛硫肽SapB能够促进天蓝色链霉菌气生菌丝体形成,暗示这类多肽可以作为靶标用于... 详细信息

【目的】链霉菌属于革兰氏阳性菌,以复杂的形态分化过程和强大的次级代谢产物合成能力为主要特征。链霉菌的形态分化与次级代谢产物的产生密切相关。Ⅲ型羊毛硫肽SapB能够促进天蓝色链霉菌气生菌丝体形成,暗示这类多肽可以作为靶标用于形态分化改造工程开发。本研究表征了SapB类多肽对多种链霉菌形态分化的影响,为该类多肽的工程化应用提供理论基础。【方法】生物信息学分析多个链霉菌基因组中SapB类多肽的生物合成基因簇,构建SapB类多肽的异源表达载体,利用接合转移方法导入不同链霉菌中进行异源表达,探究SapB类多肽对链霉菌形态分化的影响。【结果】SapB类多肽在不同程度上促进了多个链霉菌由营养菌丝向气生菌丝分化,表现为气生菌丝体数量的增多和分化速度的加快,缩短了链霉菌形态分化周期。【结论】SapB类多肽的过表达有助于缩短链霉菌形态分化周期,可用于针对链霉菌形态分化的工程改造。

关键词：链霉菌形态分化气生菌丝羊毛硫肽 SapB

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苏氨酸醛缩酶的结构与功能及其在药物合成中的应用

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生物化学与生物物理进展 2023年第5期50卷 962-977页

作者：何远志冯雁上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240

β-羟基-α-氨基酸(β-hydroxy-α-amnio acids,HAAs)是一类广泛应用于制药工业的重要手性中间体。由于其含有双手性中心(C_(α)和C_(β)),探索其严格立体选择性的生物合成方法备受关注。苏氨酸醛缩酶(threonine aldolase,TA)可在温和... 详细信息

β-羟基-α-氨基酸(β-hydroxy-α-amnio acids,HAAs)是一类广泛应用于制药工业的重要手性中间体。由于其含有双手性中心(C_(α)和C_(β)),探索其严格立体选择性的生物合成方法备受关注。苏氨酸醛缩酶(threonine aldolase,TA)可在温和条件下催化不同类型的醛与氨基酸缩合构筑丰富的HAAs产物库,显示了工业应用潜力。由于目前表征的TA普遍存在对Cβ立体选择性不严格、活性较低以及催化机制不清晰等问题,为其在HAAs合成中的应用带来了挑战。本文综述了TA在新酶挖掘、结构与催化机理解析、蛋白质工程以及合成应用等方面的研究进展,为推动酶催化绿色、高效合成手性药物提供参考。

关键词：苏氨酸醛缩酶 β-羟基-α-氨基酸晶体结构立体选择性蛋白质工程

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不同供水管材生物膜抗生素抗性基因分布特征

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环境科学 2023年第3期44卷 1537-1541页

作者：刘晨旭白晓慧上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240

为了研究不同材质供水管道内壁生物膜中抗生素抗性基因分布特征和水平转移潜力,利用宏基因组测序对304、316 L不锈钢管和PPR、PE塑料管内壁生物膜进行了分析.结果表明,4种管材内壁生物膜中共检出17类146种抗生素抗性基因.多药类抗性基... 详细信息

为了研究不同材质供水管道内壁生物膜中抗生素抗性基因分布特征和水平转移潜力,利用宏基因组测序对304、316 L不锈钢管和PPR、PE塑料管内壁生物膜进行了分析.结果表明,4种管材内壁生物膜中共检出17类146种抗生素抗性基因.多药类抗性基因在不同管材生物膜中的丰度最高且差别较大,是不同管材生物膜抗生素抗性基因差异的主要原因.不同管材生物膜中可移动遗传元件的总丰度水平较高,但整体上和抗生素抗性基因共存的比例较低,其中整合酶基因表现出和抗生素抗性基因更加密切的关系,可能在抗生素抗性基因的水平转移上发挥重要作用.不同的抗性基因拥有不同种类的潜在宿主,水杆菌属(Aquabacterium)、慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)等高丰度宿主是多药类抗性基因大量存在的基础.不同管材管壁生物膜中抗生素抗性的首要影响因素是细菌群落组成,其次是可移动遗传元件介导的基因水平转移;物种组成和可移动遗传元件共同塑造了抗性基因的分布特征.

关键词：供水管网不锈钢管塑料管生物膜抗生素抗性基因(ARGs)

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透明质酸的制备、功能特性及其调节肠道健康的研究进展

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中国食品学报 2024年第7期24卷 401-413页

作者：滕薇刘树滔吴金鸿张勇福州大学生物工程研究所福州350002 上海交通大学农业与生物学院上海200240 上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240

透明质酸(HA)是一种非硫酸化糖胺聚糖,2021年获批为新食品原料后,引起食品科研人员与产业界的广泛兴趣。近年来,越来越多的研究显示,HA的生物活性根据其分子质量的不同,发挥促炎或抗炎、促细胞增殖或抗增殖作用。为了高效、精准地提高H... 详细信息

透明质酸(HA)是一种非硫酸化糖胺聚糖,2021年获批为新食品原料后,引起食品科研人员与产业界的广泛兴趣。近年来,越来越多的研究显示,HA的生物活性根据其分子质量的不同,发挥促炎或抗炎、促细胞增殖或抗增殖作用。为了高效、精准地提高HA在食品中的应用价值,有必要根据分子质量的差异性,全面归纳总结HA在食品相关领域的研究进展。本文概述HA的应用开发进展,重点分析不同分子质量HA的制备方法、细胞功能、消化吸收特性,从维持稳态、缓解炎症两个维度分析HA对肠道的调节作用,以期促进HA在营养与健康产业的精准开发及应用。

关键词：透明质酸分子质量制备生物学功能肠道

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来源于超嗜热古菌雅氏火球菌(Pyrococcus yayanosii)CH1耐热耐压脯肽酶的酶学性质研究

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微生物学报 2024年第5期64卷 1494-1505页

作者：张欢欢陈柔珂徐俊上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240 上海交通大学海洋学院上海200240

【目的】脯肽酶是一种能从二肽(Xaa-Pro)的C末端水解脯氨酸或羟脯氨酸残基的肽酶。对深海来源的雅氏火球菌(Pyrococcus yayanosii)CH1基因组中PYCH_07700基因编码的蛋白Pyprol的体外酶学性质进行研究,以期发现新型脯肽酶。【方法】在小... 详细信息

【目的】脯肽酶是一种能从二肽(Xaa-Pro)的C末端水解脯氨酸或羟脯氨酸残基的肽酶。对深海来源的雅氏火球菌(Pyrococcus yayanosii)CH1基因组中PYCH_07700基因编码的蛋白Pyprol的体外酶学性质进行研究,以期发现新型脯肽酶。【方法】在小宝岛热球菌(Thermococcus kodakarensis)TS559中异源表达Pyprol。使用二肽Met-Pro作为底物,检测重组蛋白的脯肽酶活性。【结果】Pyprol的最适温度为100℃,最适pH为6.0。Pyprol在与Co^(2+)结合时活性最高,最适的金属离子浓度为1.2 mmol/L。与***来源的脯肽酶Pfprol相比,Pyprol在更宽的pH范围具有活性,并且能够耐受更高浓度的金属离子。Pyprol是耐压蛋白,最适静水压为40 MPa。与常压条件下相比,40 MPa下,Pyprol在40、70和100℃均有更高的活性。【结论】来源于深海热液喷口的严格嗜压的超嗜热古菌*** CH1的新型脯肽酶Pyprol具有热稳定和耐压特性。

关键词：超嗜热古菌雅氏火球菌脯肽酶热稳定耐压

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α-淀粉酶检测方法及其应用

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生物工程学报 2023年第3期39卷 898-911页

作者：张娜英杨广宇上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240

α-淀粉酶是一种内切糖苷水解酶,可以水解淀粉等多聚糖内部的α-1,4-糖苷键,生成低聚糖、糊精、麦芽三糖、麦芽糖和少量葡萄糖。由于α-淀粉酶在食品、人体健康监测和制药方面的重要作用,其活性检测广泛应用于工业生产菌株的选育、临床... 详细信息

α-淀粉酶是一种内切糖苷水解酶,可以水解淀粉等多聚糖内部的α-1,4-糖苷键,生成低聚糖、糊精、麦芽三糖、麦芽糖和少量葡萄糖。由于α-淀粉酶在食品、人体健康监测和制药方面的重要作用,其活性检测广泛应用于工业生产菌株的选育、临床疾病的诊断、糖尿病药物的开发和食品质量的控制中。近年来,随着检测技术的发展,许多更加快速、灵敏的α-淀粉酶检测方法被开发出来。本文综述了近年来α-淀粉酶的检测方法和应用研究进展,分类介绍其检测原理和优缺点,并对未来α-淀粉酶检测方法提出展望,以期为α-淀粉酶检测方法的开发和应用提供参考。

关键词： α-淀粉酶检测方法应用

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醌那霉素生物合成中间产物的一锅酶促体系研究

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微生物学报 2023年第9期63卷 3520-3533页

作者：吕丹阳高耀杰赵宇春周洁邓子新蒋明上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240

【目的】通过一锅酶法在体外无细胞条件下重构醌那霉素的生物合成途径,实现从原料辅酶A、乙酰-辅酶A和丙二酸到醌那霉素重要中间体的高效转化。【方法】纯化得到AlpAB、RavC等8个醌那霉素合成相关蛋白和MCAT、MatB等2个辅助蛋白;利用一... 详细信息

【目的】通过一锅酶法在体外无细胞条件下重构醌那霉素的生物合成途径,实现从原料辅酶A、乙酰-辅酶A和丙二酸到醌那霉素重要中间体的高效转化。【方法】纯化得到AlpAB、RavC等8个醌那霉素合成相关蛋白和MCAT、MatB等2个辅助蛋白;利用一锅酶法进行体外反应,并用高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)检测反应产物;利用该体系探究Ⅱ型硫酯酶AlpS在合成通路中的功能及作用底物;利用单一变量法对体系温度、pH、最小聚酮合酶(minimal polyketide synthase,minimal PKS)浓度和Ⅱ型硫酯酶AlpS浓度等条件进行优化。【结果】体系所需的聚酮合酶和辅助蛋白均获得可溶性表达;利用一锅酶法成功合成了醌那霉素的早期重要中间体SEK15、UWM6、rabelomycin、prejadomycin和dehydrorabelomycin;加入AlpS蛋白后以上5种产物产量均有不同程度的提高,其中prejadomycin和dehydrorabelomycin提高较为显著;优化后的反应最适条件为:温度30℃、pH 7.0、最小聚酮合酶(AlpA、AlpB和RavC)浓度各2.8μmol/L、AlpS 7.2μmol/L;prejadomycin的产量提高到302 mg/L。【结论】本研究成功利用一锅酶法在无细胞条件下重构了醌那霉素的早期生物合成途径,合成了醌那霉素的重要中间体SEK15、UWM6、rabelomycin、prejadomycin和dehydrorabelomycin。研究进一步验证了硫酯酶AlpS的链释放功能并推测其作用底物。

关键词：醌那霉素一锅酶法体外重构 Ⅱ型聚酮化合物

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