检索结果-内蒙古大学图书馆

合成生物学 2024年第3期5卷 492-506页

作者：虞旭昶吴辉李雷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 华东理工大学生物工程学院生物反应器工程国家重点实验室上海200237

微生物天然产物作为小分子药物的主要来源,已被广泛应用于医药与农业等领域。随着全球抗生素耐药性与其他公共健康问题的加剧,新结构、新靶点微生物天然产物发现迫在眉睫。大规模(宏)基因组测序揭示微生物蕴含了巨大的生物合成潜力,相... 详细信息

微生物天然产物作为小分子药物的主要来源,已被广泛应用于医药与农业等领域。随着全球抗生素耐药性与其他公共健康问题的加剧,新结构、新靶点微生物天然产物发现迫在眉睫。大规模(宏)基因组测序揭示微生物蕴含了巨大的生物合成潜力,相继催生了多种不同类型的天然产物挖掘策略。然而,目前仍然缺乏将天然产物合成基因簇与编码产物快速关联的高效方案。近年来,(宏)基因组文库构建在获取批量天然产物合成基因簇方面展现出明显优势,结合高效的基因簇靶向筛选方法,显著加速了新结构天然产物系统发现。本文综述了三类基于(宏)基因组文库构建与靶向筛选驱动天然产物创新发现的策略,主要从克隆载体类型、文库构建方式、基因簇靶向筛选方法等角度进行了阐述,并对Cosmid/Fosmid文库、BAC/PAC文库、FAC/YAC文库等不同文库类型的优缺点及应用范围进行了对比,最后对这些策略的发展前景进行了展望。未来,基于文库构建与基因簇靶向筛选策略将极大驱动不同生境微生物来源的活性天然产物挖掘,预期大量新靶点、新结构天然产物将不断涌现。

关键词：微生物天然产物 (宏)基因组挖掘基因簇文库构建基因簇靶向筛选

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雷帕链霉菌未知天然产物合成基因簇异源表达与新结构混源萜rapamylic acids A−C鉴定

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微生物学报 2025年第5期65卷 2214-2228页

作者：虞旭昶游蕤翔吴雨洙孙润泽陈少欣吴辉李雷华东理工大学生物工程学院生物反应器工程国家重点实验室上海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中国医药工业研究总院上海医药工业研究院先导物成药性研究全国重点实验室上海

【目的】雷帕链霉菌编码55个天然产物合成基因簇,蕴藏着丰富的生物合成潜力,但绝大部分基因簇尚未被鉴定。本研究旨在通过构建细菌人工染色体(bacterial artificial chromosome,BAC)文库,批量克隆雷帕链霉菌的新型基因簇,并将其导入模... 详细信息

【目的】雷帕链霉菌编码55个天然产物合成基因簇,蕴藏着丰富的生物合成潜力,但绝大部分基因簇尚未被鉴定。本研究旨在通过构建细菌人工染色体(bacterial artificial chromosome,BAC)文库,批量克隆雷帕链霉菌的新型基因簇,并将其导入模式链霉菌中进行异源表达,从而获得一系列新结构化合物。【方法】对雷帕链霉菌SIPI RP202编码的合成基因簇进行新颖性分析,挑选出11个编码非核糖体肽、聚酮或萜类的未知基因簇;构建BAC文库,并通过PCR筛选获得目标基因簇;利用接合转移将这些基因导入3种异源表达底盘菌株中,采用3种发酵培养基和2种发酵液萃取方法。利用LC-MS检测基因簇是否成功表达,最终对新结构化合物进行分离、纯化与结构解析。【结果】成功在一个未知的萜类合成基因簇中实现了异源表达,将其导入白色链霉菌Del14后,获得了3个新结构的芳香族混源萜化合物rapamylic acids A−C。结合化合物的结构特征与基因簇信息,推导了其潜在的生物合成途径。【结论】本研究基于批量基因簇高效克隆与异源表达策略,成功激活了一个雷帕链霉菌的沉默基因簇,为其他链霉菌沉默基因簇的表征提供了新思路。同时,rapamylic acids A−C作为全新结构的混源萜类化合物,也进一步拓展了细菌萜类化合物的多样性。

关键词：雷帕链霉菌基因组挖掘文库构建异源表达混源萜

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体外生物转化(ivBT):生物制造的新前沿

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合成生物学 2024年第6期5卷 1437-1460页

作者：石婷宋展宋世怡张以恒中国科学院天津工业生物技术研究所低碳合成工程生物学(全国)重点实验室天津300308 中国科学院天津工业生物技术研究所体外合成生物学中心天津300308 合成生物学海河实验室天津300308 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 华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室上海200237

人类社会的重大挑战(如粮食安全、能源安全、气候变化与双碳目标等)驱动全社会寻求创新型技术解决方案。体外生物转化(in vitro biotransformation,ivBT)是介于微生物发酵与酶催化之间的新质生物制造平台,多酶分子机器是其超限生物催化... 详细信息

人类社会的重大挑战(如粮食安全、能源安全、气候变化与双碳目标等)驱动全社会寻求创新型技术解决方案。体外生物转化(in vitro biotransformation,ivBT)是介于微生物发酵与酶催化之间的新质生物制造平台,多酶分子机器是其超限生物催化剂。它基于大道至简原则,利用多个天然酶、人工酶以及(仿生/天然)辅酶等重构生化途径,摆脱生物体生存局限(如细胞复制、基础代谢、复杂调控和能量供给等),超越细胞合成极限,实现重要生物转化与超限能量转换,尤其是生产低值大宗产品与新能源产品等。工业生物制造的三个平台技术分别是基于细胞工厂的发酵、基于酶分子的生物催化与基于多酶分子机器的ivBT。本综述对ivBT给出明确定义,阐明其多酶途径设计原则与产业化技术研发路径,比较该平台与现有生物制造平台相似性与不同点,介绍多个代表性案例,以及讨论其未来的机会与挑战。ivBT技术发展采用设计-构建-判决-优化的线性策略,开发能够满足国家需求的超高效多酶分子机器。利用ivBT有望形成超过30万亿元生物产品的工业生物制造,助力实现人类社会的多项重要需求,如粮食安全、新型能源体系等。人造淀粉不仅可以帮助中国端牢粮食饭碗,而且将是一个全新且安全的高密度储氢载体(比压缩氢气高2.5倍)与高能储电介质(比锂电池高10倍)。

关键词：体外合成生物学工业生物制造体外生物转化多酶分子机器粮食安全

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丝状病毒——被忽视的原核生物病毒“潜伏者”

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中国科学：生命科学 2023年第5期53卷 672-685页

作者：郝亚丽许冠鹏肖湘蹇华哗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 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519082

丝状病毒是一类具有极高多样性和普遍分布性的病毒类群,它们可以侵染几乎所有的细菌门类,甚至包括一些古菌.经过将近60年对以M13,CTXΦ等为代表的丝状病毒的研究,已经发现它们具有独特的生物学特征(如慢性感染)和重要的应用价值.本文综... 详细信息

丝状病毒是一类具有极高多样性和普遍分布性的病毒类群,它们可以侵染几乎所有的细菌门类,甚至包括一些古菌.经过将近60年对以M13,CTXΦ等为代表的丝状病毒的研究,已经发现它们具有独特的生物学特征(如慢性感染)和重要的应用价值.本文综述了丝状病毒的分离及分布状况、基因组特征及颗粒结构、生命周期、诱导调控机制、对宿主生理功能的影响、应用领域等,并在此基础上对未来的研究方向做出展望.本文认为今后对丝状病毒的深入研究,将对进一步理解原核生物病毒-宿主相互作用关系和潜在的生态功能,以及拓展这一重要病毒群系在环境和健康领域的应用深度和范围,都具有重要的推动作用.

关键词：丝状病毒慢性感染生命周期诱导调控机制病毒-宿主相互作用

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微生物异化还原水铁矿介导的Ca-Fe碳酸盐矿物形成:对铁白云石成因的启示

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中国科学：地球科学 2024年第1期54卷 216-230页

作者：刘邓曹锦鹏杨珊珊殷雅婷王鹏聪 Dominic PAPINEAU 王红梅邱轩罗根明朱宗敏王风平中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室武汉430074 中国地质大学(武汉)环境学院武汉430074 London Centre for Nanotechnology University College LondonLondon WC1H 0AHUK Department of Earth Sciences University College LondonLondon WC1E 6BTUK Center for Planetary Sciences University College London and Birkbeck College LondonLondon WC1E 6BTUK 上海交通大学微生物代谢国家重点实验室海洋工程国家重点实验室上海200240

白云石的成因机制至今仍是地球科学领域的一个谜题(“白云石问题”).铁白云石等碳酸盐矿物具有类白云石晶体结构,因此研究这些矿物的形成机制可为解答“白云石问题”提供新线索.本研究利用一株海洋异化铁还原菌(Shewanella piezotoleran... 详细信息

白云石的成因机制至今仍是地球科学领域的一个谜题(“白云石问题”).铁白云石等碳酸盐矿物具有类白云石晶体结构,因此研究这些矿物的形成机制可为解答“白云石问题”提供新线索.本研究利用一株海洋异化铁还原菌(Shewanella piezotolerans WP3),在不同钙离子浓度(0~20mmol/L)条件下,通过氧化乳酸盐诱导水铁矿还原转化为次生碳酸盐矿物,以此评估微生物在铁白云石形成过程中的作用.实验结果表明,加入Ca^(2+)可以增强*** WP3细胞与水铁矿颗粒之间的黏附作用,从而提高反应体系中Fe(Ⅲ)还原速率.在不同Ca^(2+)浓度条件下,菌株WP3诱导生成的次生碳酸盐矿物类别有所差异:在0mmol/L Ca^(2+)体系中生成菱铁矿,而含钙体系中则为Ca-Fe碳酸盐固溶体,且这些固溶体的钙离子含量与反应体系中初始的Ca^(2+)浓度呈正相关关系.值得注意的是,在20mmol/L Ca^(2+)体系中生成的Ca-Fe碳酸盐固溶体化学组成为Ca0.8Fe1.2(CO3)2,与铁白云石类似.此外,这些微生物成因的“类铁白云石”具有纳米晶粒的形态,晶体结构中钙和铁元素呈无序分布,并且发育较多晶体缺陷.进一步成岩模拟实验证明,“类铁白云石”可以在水热条件下转化为有序铁白云石.基于成分类比性和转化规律,微生物成因的“类铁白云石”可能是沉积物(岩)中铁白云石的重要前驱体,可以被定义为“原铁白云石”.以上新发现对理解微生物在铁白云石乃至白云石形成中的贡献具有重要的启示意义.

关键词：铁白云石原铁白云石微生物铁还原白云石问题矿物转化

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深海热液区微生物群落与环境适应性机理

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中国科学：生命科学 2023年第5期53卷 660-671页

作者：赵维殳肖湘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 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519080 上海交通大学深部生命国际研究中心上海200240

深海热液区是最典型的深海高温环境,其剧烈变化的理化环境成为热液微生物的主要能量来源,支持着极大的生物量和生产力,热液区是微生物物种多样性最丰富的环境.生活在热液区周围的微生物同时面临深海高静水压,以及热液喷口周围温度、pH... 详细信息

深海热液区是最典型的深海高温环境,其剧烈变化的理化环境成为热液微生物的主要能量来源,支持着极大的生物量和生产力,热液区是微生物物种多样性最丰富的环境.生活在热液区周围的微生物同时面临深海高静水压,以及热液喷口周围温度、pH、盐度、氧化还原度等多种环境因子的剧烈波动.由于热液区的理化特性与早期地球环境有一定相似性,因此被认为可能是生命起源的摇篮.了解深海热液高温高压环境中生命的环境适应、生命边界和演化过程,可以帮助人们了解类早期生命形态,为探究生命起源、生命与地球协同演化以及探索域外生命提供重要的科学认知和理论基础.在过去近40年,已有大量针对深海热液微生物的研究报道和综述发表.本文基于深海原位检测和实验室模拟技术发展带来的新认知,由宏观到微观,从热液生态系统形成与群落演替、多样性成因、多因子环境适应等三个方面系统综述了近年来围绕深海热液微生物的前沿研究,并讨论了新技术发展带来的时间尺度在上述研究中的影响和意义.

关键词：深海热液极端微生物环境适应微生物群落多样性

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南海Formosa冷泉区沉积物微生物多样性与分布规律研究

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微生物学报 2022年第6期62卷 2001-2020页

作者：孙瑜牛明杨刘俏庄光超王风平上海交通大学海洋学院上海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 中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心和海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室山东青岛266100

【目的】当前对全球冷泉生态系统微生物生态学研究显示,冷泉生态系统中主要微生物类群为参与甲烷代谢的微生物,它们的分布差异与所处冷泉区生物地球化学环境密切相关。但在冷泉区内也存在环境因子截然不同的生境,尚缺乏比较冷泉区内小... 详细信息

【目的】当前对全球冷泉生态系统微生物生态学研究显示,冷泉生态系统中主要微生物类群为参与甲烷代谢的微生物,它们的分布差异与所处冷泉区生物地球化学环境密切相关。但在冷泉区内也存在环境因子截然不同的生境,尚缺乏比较冷泉区内小尺度生境间微生物多样性和分布规律的研究。本研究旨在分析南海Formosa冷泉区内不同生境间微生物多样性差异,完善和理解不同环境因子对冷泉内微生物群落结构的影响。【方法】对采集自南海Formosa冷泉区不同生境(黑色菌席区、白色菌席区和碳酸盐岩区)沉积物样本中古菌和细菌16S rRNA基因进行测序,结合环境因子,比较微生物多样性差异,分析环境因子对微生物分布的影响。【结果】发现在Formosa冷泉内的不同生境中,甲烷厌氧氧化古菌(anaerobic methanotrophic archaea,ANME)是主要古菌类群,占古菌总体相对丰度超过70%;在菌席区ANME-1b和ANME-2a/b是主要ANME亚群,碳酸盐岩区则是ANME-1b。硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)和硫氧化菌(sulfur-oxidizing bacteria,SOB)是冷泉各生境内细菌的最主要类群,二者均占细菌总体相对丰度的20%以上,其中Desulfosarcinaceae占SRB的50%以上,Sulfurovaceae和Sulfurimonadaceae共占SOB的90%以上;其他占细菌类群超过10%的还有Gammaproteobacteria和Chloroflexi。通过对甲烷代谢保守功能基因mcrA(methyl coenzyme-M reductase alpha subunit)、硫酸盐还原保守基因dsrA(dissimilatory sulfite reductase alpha subunit)的定量PCR结果发现mcr A基因拷贝数为109–1010 copies/g(湿重),dsrA基因拷贝数为108–109 copies/g(湿重),均高于非冷泉对照区沉积物1–2个数量级。群落分析结果显示冷泉区不同生境间的群落结构存在显著差异,且多因素分析的结果显示不同生境中微生物多样性和分布与甲烷、硫化氢、硫酸盐以及溶解性无机碳(dissolved inorganic carbon,DIC)浓度显著相关。【结论】本研究通过对冷泉区内菌席区和碳酸盐岩区异质性生境的微生物多样性进行分析,发现主要的微生物类群均为参与甲烷(厌氧甲烷氧化)和硫(硫酸盐还原、硫氧化)代谢的微生物,但不同生境中微生物多样性和分布差异明显,主要受控于甲烷、硫酸盐、硫化氢和DIC等环境因子。

关键词：冷泉沉积物生境差异微生物多样性

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合成生物学时代基于非模式细菌的工业底盘细胞研究现状与展望

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生物工程学报 2021年第3期37卷 874-910页

作者：杨永富耿碧男宋皓月胡蜜蜜何桥宁陈守文白凤武杨世辉湖北大学生命科学学院省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室湖北省环境微生物工程技术研究中心湖北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

工业微生物底盘细胞的开发将为工业生物技术的发展提供优良的细胞工厂,有利于实现环境保护及经济可持续发展。基于合成生物学"设计-构建-测试-学习"(Design-Build-Test-Learn,DBTL)策略,对底盘细胞进行多维度的理性或半理性... 详细信息

工业微生物底盘细胞的开发将为工业生物技术的发展提供优良的细胞工厂,有利于实现环境保护及经济可持续发展。基于合成生物学"设计-构建-测试-学习"(Design-Build-Test-Learn,DBTL)策略,对底盘细胞进行多维度的理性或半理性改造是实现"建物致知"以及"建物致用"目标的重要手段。文中简述了合成生物学DBTL策略中各步骤相关的重要技术方法;概述了部分重要模式微生物底盘细胞的策略与研究进展;重点比较介绍了工业生物技术领域具有特殊生理功能、利用一碳化合物及高效生产平台化合物的部分非模式细菌;同时也提出了实现优良、安全合成微生物细胞工厂构建与应用的策略。这些方法策略包括依靠合成生物学技术方法,综合模式与非模式微生物优势,开发应用经济、高效的高通量智能装备,建立分子组学与表型组学研究平台,推动多层次系统生物学与表型组学大数据的解析、整合、模拟与可视化,以及建立高质量的数字细胞模型和基因组优化的底盘细胞,推动高效、优良工业细胞工厂的理性设计、构建与应用。

关键词：合成生物学工业微生物底盘细胞微生物细胞工厂非模式微生物生物安全

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惰性的类腐殖质溶解有机质在能量匮乏的海洋沉积物中支持深部微生物群落

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中国科学：地球科学 2023年第8期53卷 1754-1774页

作者：陈云如隋维康王景何丁董良 Joanna J.WANIEK 王风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 上海交通大学海洋学院上海200240 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519000 香港科技大学海洋科学系与南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 中国香港999077 浙江大学地球科学学院杭州310027 Leibniz Institute for Baltic Sea Research WarnemündeRostock 18119Germany

海洋沉积物孔隙水中溶解有机质(Dissolved organic matter,DOM)的主要组成部分是类腐殖质DOM,通常被认为是惰性的.然而,针对自然环境中类腐殖质DOM的生物活性的研究非常有限,这使得我们对其在支持深部生命和调节长时间尺度碳循环中发挥... 详细信息

海洋沉积物孔隙水中溶解有机质(Dissolved organic matter,DOM)的主要组成部分是类腐殖质DOM,通常被认为是惰性的.然而,针对自然环境中类腐殖质DOM的生物活性的研究非常有限,这使得我们对其在支持深部生命和调节长时间尺度碳循环中发挥的作用的认知尚不明确.本研究从富营养的珠江口到寡营养的南海北部海盆采集了5根沉积物重力柱,通过模拟其中类腐殖质DOM的反应速率,分析其与微生物群落的相关性,来评估类腐殖质DOM的生物活性.研究发现,近岸与深海沉积物中类腐殖质DOM与微生物的相互作用关系存在明显的差异.在有机质丰富的近岸沉积物中,一些在深层沉积物中富集的微生物类群与类腐殖质DOM相关,然而大部分的微生物类群与类蛋白质DOM高度相关.微生物参与的类蛋白质DOM的转化可能导致类腐殖质DOM的产生.然而在有机质匮乏的深海沉积物中,超过70%的微生物类群与类腐殖质DOM紧密相关,并且类腐殖质DOM在深层沉积物中被净消耗.深海沉积物中,微生物对类腐殖质DOM的消耗使得表层约5m的沉积物中类腐殖质DOM的产生通量只有近岸沉积物的十分之一,显著降低了深海沉积物向海水扩散惰性DOM的通量,从而影响长时间尺度的海洋碳循环.

关键词：荧光溶解有机质深部微生物群落海洋沉积物微生物转化海洋碳循环

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基于基因组信息指导的古菌培养新策略

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中国科学：地球科学 2021年第11期51卷 1837-1855页

作者：王寅炤 Yoichi KAMAGATA 李猛韩菲菲王风平肖湘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 Bioproduction Research Institute National Institute of Advanced Industrial Science and Technology(AIST)Tsukuba 310-8555Japan 深圳大学高等研究院深圳市海洋微生物组工程重点实验室广东518052 Department of Surgery Massachusetts General Hospital and Harvard Medical SchoolBoston MA 02114USA 上海交通大学海洋学院上海200240 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室上海200240

古菌、细菌及真核生物共同组成了地球上的三域生命体系.其中古菌域不仅包含了现今地球上最古老的生命类群,如产甲烷古菌;同时,阿斯加德(Asgard)古菌超门还被认为是真核生物的共同祖先.近些年来,随着地球科学和生命科学交叉研究日益加深... 详细信息

古菌、细菌及真核生物共同组成了地球上的三域生命体系.其中古菌域不仅包含了现今地球上最古老的生命类群,如产甲烷古菌;同时,阿斯加德(Asgard)古菌超门还被认为是真核生物的共同祖先.近些年来,随着地球科学和生命科学交叉研究日益加深,科学家发现古菌在地球化学元素循环中也起到了显著作用.通过不依赖于纯培养的高通量测序技术分析,表明古菌具有丰富的物种多样性,现已发现超过20个全新的古菌门.然而,目前仅在其中4个古菌门中获得了纯培养菌株,对古菌生理特征、起源与演化以及生态功能的认识也受到纯培养古菌菌株稀缺的限制,无法通过实验验证环境中未培养古菌基因组所预测到的功能基因.在本综述中,简述了古菌的发现与研究进展,对比了未培养和纯培养古菌之间的差距,并呼吁将更多的努力和科研资源投入到古菌分离和纯培养工作中.文章还概述了基于大量未培养古菌基因组指导分离和纯培养的新思路和新策略,即:基因组功能预测、代谢互作网络构建、基因组水平代谢建模、机器学习预测培养条件,期望能够使用现代高通量测序技术所积累的未培养古菌基因组数据来帮助获得更多新的纯培养古菌菌株.

关键词：古菌富集培养高通量测序未培养古菌基因组代谢网络

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