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微生物学通报 2022年第11期49卷 4848-4859页

作者：薛松范殊璇史君涵傅翔邓子新马伟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 上海交通大学生命科学技术学院上海200240

【背景】作为临床最常见的非结核条件致病分枝杆菌,脓肿分枝杆菌(Mycobacteroides abscessus)因其天然、多耐药等特性成为目前临床治疗的一大挑战。作为分枝杆菌限制性营养元素——铁摄取的关键系统,分枝杆菌素(mycobactin,MBT)、羧基... 详细信息

【背景】作为临床最常见的非结核条件致病分枝杆菌,脓肿分枝杆菌(Mycobacteroides abscessus)因其天然、多耐药等特性成为目前临床治疗的一大挑战。作为分枝杆菌限制性营养元素——铁摄取的关键系统,分枝杆菌素(mycobactin,MBT)、羧基分枝杆菌素(carboxymycobactin,cMBT)与病原分枝杆菌的毒力、耐药等密切相关。【目的】丰富分枝杆菌MBT、cMBT结构数据,探究MBT在致病分枝杆菌起源过程中的演化规律。【方法】在MALDI-TOF-MS与FT-MS/MS解析脓肿MBT、cMBT结构的基础上,进一步开展其活性分析与生物合成基因簇比较基因组分析。【结果】虽然脓肿分枝杆菌MBT、cMBT母核修饰模式与海洋分枝杆菌最相似,R1、R2、R3、R5等位置的修饰完全相同,而且脂肪酸链均位于R4位置;但脂肪酸链长度不同[C10-17(MBT)、C4-8(cMBT)],为新结构。Fe-cMBT不仅以浓度依赖方式促进脓肿分枝杆菌生长,而且利用效率显著高于FeCl3,相关结果表明MBT-cMBT是脓肿分枝杆菌高效获取铁元素的关键系统。与MBT结构结果一致,mbt-1基因簇共线性分析及mbt-1、mbt-2系统发育分析结果均表明脓肿分枝杆菌与海洋分枝杆菌(***)亲缘关系最近,而非结核分枝杆菌(***)或耻垢分枝杆菌(***)(基于16S rRNA基因序列分析)。进一步分析发现,***、***、***等病原分枝杆菌脂肪酸链长度变化范围仅4C,而***、***、***和***等条件致病与非致病菌的脂肪酸链长度变化范围为7-11C,暗示MBT同系物脂肪酸链长度变化范围与分枝杆菌不同生活方式、环境之间可能存在关联。【结论】作为获取铁元素的关键系统,具有独特结构的脓肿分枝杆菌MBT-c MBT在致病、耐药等方面的作用及起源、演化规律值得深入研究。

关键词：脓肿分枝杆菌铁载体分枝杆菌素羧基分枝杆菌素系统发育

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^(13)C代谢流量分析发展30年

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生物工程学报 2021年第5期37卷 1510-1525页

作者：姚瑞莲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

^(13)C代谢流量分析(^(13)C metabolic flux analysis,^(13)C-MFA),是通过标记实验分析蛋白氨基酸或胞内代谢物同位素标记异构体的分布情况,从而准确定量胞内反应速率。该技术在系统理解细胞代谢特性、指导代谢工程改造和揭示病理生理... 详细信息

^(13)C代谢流量分析(^(13)C metabolic flux analysis,^(13)C-MFA),是通过标记实验分析蛋白氨基酸或胞内代谢物同位素标记异构体的分布情况,从而准确定量胞内反应速率。该技术在系统理解细胞代谢特性、指导代谢工程改造和揭示病理生理学等方面起着重要作用,引起研究者的广泛重视。文中重点综述了代谢流分析30年的发展历程,尤其在工业生物技术和生物医药领域的应用,并对未来的发展方向进行展望。

关键词： ^(13)C代谢流量分析代谢工程工业生物技术生物医药

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高产杀粉蝶菌素的链霉菌鉴定及其拮抗水稻白叶枯菌活性研究

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微生物学报 2023年第4期63卷 1447-1459页

作者：何亚文 Azad Sepideh Mazhari 崔莹姚润贤 Law Woan-Fei Jodi Lee Learn-Han 郝祥蕊张红艳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、代谢与发育科学国际合作联合实验室、上海交通大学-上海农乐生物农药与生物肥料联合研发中心上海200240 Novel Bacteria and Drug Discovery Research Group(NBDD) Microbiome and Bioresource Research Strength(MBRS)Jeffrey Cheah School of Medicine and Health SciencesMonash University MalaysiaJohor Bahru 47500Malaysia 上海农乐生物制品股份有限公司上海201419

【目的】为保证农业生产可持续性发展,研发和使用环境友好的生物农药受到全社会的高度重视。微生物代谢产物农药是我国目前应用最广的生物农药,也是未来发展绿色农药的一个重要方向。【方法】利用包含水稻白叶枯菌(Xanthomonas oryzae *... 详细信息

【目的】为保证农业生产可持续性发展,研发和使用环境友好的生物农药受到全社会的高度重视。微生物代谢产物农药是我国目前应用最广的生物农药,也是未来发展绿色农药的一个重要方向。【方法】利用包含水稻白叶枯菌(Xanthomonas oryzae ***,Xoo)PXO99A的NA培养基琼脂平板,从水稻根际土壤中筛选能抑制Xoo生长的链霉菌。通过高效液相色谱和质谱分析活性代谢产物的化学结构;采用剪叶法接种Xoo到水稻叶片后,再喷施杀粉蝶菌素溶液(0.1 g/L),2周后测定叶枯症状;采用响应面分析法优化高产杀粉蝶菌素的发酵培养基;采用PacBio SMRT测序平台+Illumina HiSeq X Ten平台开展全基因组测序。平均核苷酸一致性(average nucleotide identity,ANI)用于比较HSW2009与其他链霉菌在全基因组水平的亲缘关系。【结果】分离到一株对Xoo生长有强抑制活性的链霉菌HSW2009,其活性代谢产物为杀粉蝶菌素A1(piericidin A1,简称PIE);喷施PIE可以减轻Xoo在水稻叶片内的侵染;优化HSW2009高产PIE的发酵条件,得到MFM培养基;HSW2009在MFM培养中生长快、PIE发酵效价最高可以达到0.72 g/L;菌落表型分析、PIE生物合成基因簇分析、全基因组测序和ANI分析表明HSW2009与目前有效描述的PIE产生菌不同。【结论】HSW2009是一株高产杀粉蝶菌素A1的链霉菌属候选新种,命名为绍武链霉菌,可作为杀粉蝶菌素产业化研究的出发菌株。

关键词：链霉菌代谢产物杀粉蝶菌素水稻白叶枯菌生物防治

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棘孢木霉菌对钠胁迫的生理响应机制

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微生物学通报 2021年第1期48卷 23-34页

作者：唐家全郝大志李婷婷张慧陈捷上海交通大学农业与生物学院上海200240 上海交通大学微生物代谢国家重点实验室上海200240

【背景】棘孢木霉菌制剂被广泛应用于生物防治和次生盐渍化土壤的微生物修复,但是关于棘孢木霉在盐渍化胁迫条件下生长的耐盐机理及其富集盐离子的能力尚缺乏深入研究。【目的】揭示一株耐盐棘孢木霉菌(Trichoderma asperellum)CTCCSJ-W... 详细信息

【背景】棘孢木霉菌制剂被广泛应用于生物防治和次生盐渍化土壤的微生物修复,但是关于棘孢木霉在盐渍化胁迫条件下生长的耐盐机理及其富集盐离子的能力尚缺乏深入研究。【目的】揭示一株耐盐棘孢木霉菌(Trichoderma asperellum)CTCCSJ-W-SBW10264(T264)对钠胁迫的生理响应机制及其对钠离子的吸附和累积特性。【方法】设计梯度浓度钠胁迫培养实验,采集不同培养时期的菌丝样本,测定细胞氧化损伤相关指标H_(2)O_(2)和丙二醛(Malondialdehyde,MDA)的含量及细胞抗氧化相关酶的活性变化。【结果】钠胁迫实验表明,棘孢木霉T264能够在1.22mol/L的钠胁迫环境中生存,在低于0.25 mol/L的钠胁迫下其生长不会被明显抑制。细胞氧化损伤及氧化损伤响应相关指标的研究结果表明,培养液中钠离子浓度越高,棘孢木霉的膜系统氧化水平(MDA含量)越高,而且随着细胞中MDA和H2O2的累积,细胞抵御氧化损伤相关酶的活性也有明显提高,在钠盐处理24 h后,0.5、1.0和1.22 mol/L的钠离子胁迫分别使过氧化物酶(Peroxidase,POD)、超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)和过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性达到峰值,依次为36.66、3.34和233.3 U/mg。钠离子吸附和累积特性实验结果表明,棘孢木霉T264的菌丝对钠离子有强的吸附能力。在0.05 mol/L的钠离子环境中培养72 h后,菌丝表面钠离子吸附量为1347.6 mg/g,菌丝内部钠离子累积量为218.6 mg/g,木霉菌菌丝通过菌丝表面吸附和菌丝内部累积对培养液中钠离子的去除率达到32%。【结论】T264的抗氧化损伤相关酶在其耐受钠离子胁迫过程中发挥重要作用,菌株T264对高浓度钠离子有强适应性,而且对环境中钠离子有高效的吸附和累积作用。

关键词：棘孢木霉钠胁迫氧化损伤生理响应

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药物合成生物学：药物研究的机遇与实践

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合成生物学 2024年第3期5卷 397-400页

作者：胡友财刘文邓子新中国医学科学院药物研究所天然药物活性物质与功能国家重点实验室中国科学院上海有机化学研究所生命过程小分子调控全国重点实验室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

数千年来，大自然一直是人类药物的重要来源。从天然资源中提取活性物质并应用于疾病治疗的历史源远流长。在我国，医学典籍《五十二病方》、《神农本草经》以及《本草纲目》等中都有大量关于动植物用药的记载。直到19世纪末，几乎所有... 详细信息

数千年来，大自然一直是人类药物的重要来源。从天然资源中提取活性物质并应用于疾病治疗的历史源远流长。在我国，医学典籍《五十二病方》、《神农本草经》以及《本草纲目》等中都有大量关于动植物用药的记载。直到19世纪末，几乎所有的药物都来源于天然资源。此后，科学家们开始探究天然药物中真正发挥药效的活性成分，逐渐进入了以发现和分离鉴定为主的经典天然产物研究阶段。这个阶段发现了一系列重要的活性天然药物，如吗啡、奎宁、麻黄碱等，并将其推向市场，开启了人类利用天然产物类似物（或衍生物）作为药物的时代。

关键词：药物合成生物学药物研究

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康氏菌科海洋细菌的系统发育与代谢潜能研究进展

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微生物学报 2021年第3期61卷 555-563页

作者：王佳华弋伊徐俊上海交通大学微生物代谢国家重点实验室上海200240 上海交通大学生命科学技术学院上海200240

康氏菌科(Kangillaceae)是海洋螺杆菌目(Oceanosprillales)下的科级分类单元,包含康氏菌属(Kangiella)、异康氏菌属(Aliikangiella)和Pleionea三个属。在康氏菌属高度精简的基因组中存在异常丰富的胞外蛋白酶编码基因,暗示此类海洋细菌... 详细信息

康氏菌科(Kangillaceae)是海洋螺杆菌目(Oceanosprillales)下的科级分类单元,包含康氏菌属(Kangiella)、异康氏菌属(Aliikangiella)和Pleionea三个属。在康氏菌属高度精简的基因组中存在异常丰富的胞外蛋白酶编码基因,暗示此类海洋细菌对海洋颗粒有机物中的蛋白质成分降解具有重要贡献。鉴于已分离鉴定的康氏菌属模式菌株专一性利用蛋白类营养物质,我们建议将该属译为"食朊菌属"。本文将结合本实验室的研究进展,对康氏菌科细菌的分离培养过程、系统发育关系、代谢特点和潜在生态功能进行综述,为研究此类海洋细菌的生理生态功能提供思路。

关键词：海洋螺杆菌目康氏菌属胞外蛋白酶颗粒有机物降解海洋细菌

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基于内源Ⅲ-B型CRISPR-Cas系统构建超嗜热火球菌Pyrococcus yayanosii A1的基因敲降系统

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微生物学报 2021年第7期61卷 1920-1932页

作者：陈柔珂吕永新张欢欢宋庆浩徐俊上海交通大学微生物代谢国家重点实验室上海200240 上海交通大学生命科学技术学院上海200240

【目的】亚氏火球菌(Pyrococcus yayanosii)A1菌株的最适生长温度为98℃,最适生长压力为5.2×10^(4) Pa,是研究此类严格厌氧、超嗜热和兼性嗜压古菌的环境适应性机制的良好材料。本研究基于*** A1基因组中Ⅲ-B型CRISPR-Cas系统,旨... 详细信息

【目的】亚氏火球菌(Pyrococcus yayanosii)A1菌株的最适生长温度为98℃,最适生长压力为5.2×10^(4) Pa,是研究此类严格厌氧、超嗜热和兼性嗜压古菌的环境适应性机制的良好材料。本研究基于*** A1基因组中Ⅲ-B型CRISPR-Cas系统,旨在建立可应用于此类古菌的基因表达敲降系统(gene knock-down system)。【方法】人工构建的mini-CRISPR簇,由内源性CRISPR簇Group 1的重复序列(repeats)和待敲降的淀粉酶基因(PYCH_13690)中的原间隔序列(protospacer)组成。将该mini-CRISPR簇插入到具有辛伐他汀抗性的穿梭载体pLMOShhp中,使之转录与目的基因mRNA匹配的crRNA,引导Cmr复合物对其进行切割。【结果】使用高静水压(HHP)诱导型启动子Phhp诱导mini-CRISPR簇表达时,淀粉酶基因的mRNA数量在5.2×10^(4) Pa静水压时下调到原来的67.05%,在1.0×10^(2) Pa静水压时下调为原来的49.69%;而使用组成型启动子Phmtb诱导mini-CRISPR簇表达时,淀粉酶基因的mRNA数量在5.2×10^(4) Pa静水压时下调为原来的58.48%,在1.0×10^(2) Pa静水压时下调为原来的23.97%。使用鲁戈氏碘液显色法对这两类基因表达敲降突变菌株的培养物中残留的淀粉含量进行分析,结果显示突变菌株的淀粉降解能力明显降低。【结论】在*** A1中建立了基于内源Ⅲ-B型CRISPR-Cas系统的基因敲降系统,可以用于抑制此类超嗜热嗜压古菌体内基因的表达。

关键词：超嗜热古菌嗜压微生物 Pyrococcus yayanosii CRISPR-Cas 基因敲降

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芳香类天然产物的合成生物学研究进展

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生物工程学报 2021年第6期37卷 2010-2025页

作者：刘良叙李朝风王嘉伟倪俊许平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

植物芳香类天然产物具有重要的药用价值,可制成具有抗菌、抗炎、镇痛、抗氧化、杀虫驱虫、祛痰止咳、安神镇静和抗肿瘤等药效的医药保健用品。然而,由于植物中芳香类天然产物含量较低并且难以提取和纯化,严重限制了其工业化生产及应用... 详细信息

植物芳香类天然产物具有重要的药用价值,可制成具有抗菌、抗炎、镇痛、抗氧化、杀虫驱虫、祛痰止咳、安神镇静和抗肿瘤等药效的医药保健用品。然而,由于植物中芳香类天然产物含量较低并且难以提取和纯化,严重限制了其工业化生产及应用。合成生物学和代谢工程技术的发展为天然产物的生产提供了新的思路,可以利用人工微生物细胞工厂来实现多种芳香类天然产物的高效合成。文中介绍了芳香类天然产物的种类、合成途径和关键酶,综述了近年来国内外通过合成生物学技术合成芳香类天然产物的研究进展,探讨了当前研究所面临的挑战及潜在的解决策略,以期对芳香类天然产物生物合成研究工作提供参考。

关键词：芳香类天然产物莽草酸途径合成生物学代谢工程

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基于亲和色谱的肺癌细胞磷酸化蛋白质组研究及其应用

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色谱 2021年第1期39卷 77-86页

作者：张宝会王晨桐郭淼肖华微生物代谢国家重点实验室上海交通大学生命科学技术学院上海200240

磷酸化是蛋白质翻译后修饰的重要形式之一,其异常往往会导致细胞内信号通路的紊乱和疾病的发生。固定化金属离子亲和色谱(IMAC)是磷酸化肽段的高效富集技术,在磷酸化蛋白质组研究方面应用广泛。该研究以金属钛离子(Ti^4+)螯合IMAC材料(T... 详细信息

磷酸化是蛋白质翻译后修饰的重要形式之一,其异常往往会导致细胞内信号通路的紊乱和疾病的发生。固定化金属离子亲和色谱(IMAC)是磷酸化肽段的高效富集技术,在磷酸化蛋白质组研究方面应用广泛。该研究以金属钛离子(Ti^4+)螯合IMAC材料(Ti^4+-IMAC)为载体,进行磷酸化肽段富集。比较了10μm Ti^4+-IMAC通过振荡法和固相萃取法(SPE)富集磷酸肽的效果,发现振荡法可以富集到更多的磷酸肽;对比了两种尺寸(10μm和30μm)Ti^4+-IMAC在磷酸化肽段富集中的差异,发现小尺寸材料富集效果更佳。进一步采用优化的策略比较了不同转移能力肺癌细胞的磷酸化蛋白质组,免标记定量蛋白质组学结果表明,优化的Ti^4+-IMAC方法可以从正常的肺成纤维细胞MRC5、低转移肺癌细胞95C和高转移肺癌细胞95D中分别鉴定到510、863和1108种磷酸化蛋白质,其中317种为3组所共有。该研究共鉴定到1268种磷酸化蛋白质上的7560个磷酸化位点,其中1130个为差异磷酸化位点,文献报道显示部分异常表达的激酶与癌症转移密切相关。通过生信对比分析发现,异常表达的磷酸化蛋白质主要与细胞侵袭、迁移和死亡等细胞迁移方面的功能有关。通过优化磷酸化肽富集策略,初步阐明了磷酸化蛋白质网络的异常与肺癌转移之间的相关性,该方法有望用于肺癌进展相关的磷酸化位点、磷酸化蛋白质及其信号通路研究。

关键词：固定化金属离子亲和色谱磷酸化蛋白质组癌症转移肺癌细胞

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嗜热古菌Archaeoglobus fulgidus RecJ核酸酶的表达纯化及酶学特征

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微生物学报 2021年第1期61卷 219-230页

作者：王天乐刘喜朋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】克隆表达嗜热古菌Archaeoglobus fulgidus (***)来源的RecJ核酸酶基因(ORF编号AF_0699,NCBI数据库基因登陆号为AF_RS03550),对该重组蛋白的核酸酶活性及酶学特征进行鉴定和分析。【方法】将*** RecJ (AfuRecJ)核酸酶在大肠杆菌... 详细信息

【目的】克隆表达嗜热古菌Archaeoglobus fulgidus (***)来源的RecJ核酸酶基因(ORF编号AF_0699,NCBI数据库基因登陆号为AF_RS03550),对该重组蛋白的核酸酶活性及酶学特征进行鉴定和分析。【方法】将*** RecJ (AfuRecJ)核酸酶在大肠杆菌中进行重组表达,经亲和层析纯化得到电泳纯蛋白;利用人工合成的带有末端荧光标记的寡核苷酸作为底物,体外反应后,利用8 mol/L尿素变性聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定AfuRecJ核酸酶的水解产物。【结果】AfuRecJ核酸酶具有单链DNA特异性的3’–5’外切核酸酶活性,酶活性依赖于二价金属离子Mn2+或Mg2+,且Mn2+存在条件下的催化效率明显优于Mg2+;其最适反应温度范围为55–65℃;高于200 mmol/L的NaCl会显著抑制AfuRecJ的核酸酶活性。AfuRecJ还具有单链RNA 3’–5’外切酶活性,且活性高于单链DNA底物。单链核酸3’末端的磷酸基团对水解活性有一定抑制作用。AfuRecJ对单链核酸的长度有一定的选择性,可以有效水解长度≥4个核苷酸长度的单链RNA、≥12个核苷酸长度的单链DNA,而且对双链DNA中的3’单链DNA结构(3’突出单链尾巴与末端分叉结构)具有类似单链DNA的水解活性。【结论】本研究证实AfuRecJ是一种单链核酸特异性的3’–5’外切核酸酶,且相比单链DNA,单链RNA为优势底物,推测其在胞内可能参与RNA降解与DNA修复。

关键词：嗜热古菌 DNA修复 RecJ核酸酶核酸酶

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