摘要：合成生物学技术采用工程化设计理念,对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成,对重塑非自然功能的"人造生命"具有重要意义。噬菌体重组系统具有高效、精确和广谱适用性等特点,在基因工程、代谢工程以及生物治疗等合成生物学领域得到了广泛的应用。从基因电路、体内遗传改造和体外重组等方面全面阐述了噬菌体重组系统在合成生物学研究的现状及热点,对当前该系统的局限性进行了探讨,并就未来的研究和发展趋势进行了展望。

摘要：目的:构建了人的α7-nAChR和α9α10-nAChR的二聚体模型。方法:采用同源模建和分子动力学的方法,以高同源性的2QC1和2BYR作为复合模板,构建了人的α7-nAChR和α9α10-nAChR的二聚体模型,并通过PROCHECK、ERRAT及PROSA程序对其进行了构象和能量的评价。结果:通过对200 ps,500 ps,1.2 ns下模型的C-loop区进行比较分析发现:1.2 ns下模型的C-1oop区构象更趋于合理状态。对所建模型进行构象和能量的评价以及分子对接的验证结果表明:本文中模建的α7-nAChR和α9α10-nAChR模型是合理的、可靠的。结论:该研究所建立的模型是合理可靠的,为设计α7-nAChR和α9α10-nAChR的高选择性配体提供了重要的理论基础。

摘要：电能细胞具有与外界环境进行双向电子交换的能力,包括向外界环境释放电子的产电细胞,以及从外界环境获取电子的噬电细胞,在微生物电化学系统中发挥微生物电催化剂的核心作用。以电能细胞为核心的微生物电化学系统在生态环境治理、绿色能源开发、化学品高效合成等方面有着广泛应用。但是野生电能细胞因其摄取底物能力弱、胞内电子通量小、双向跨膜电子传递效率低、生物膜形成能力差等原因,化学能到电能的双向转化效率受到极大限制,是实现微生物电化学系统大规模产业化应用的核心瓶颈。本综述聚焦近5年电能细胞合成生物学改造的最新研究进展,通过分析双向电子传递的分子机制,分类汇总产电细胞和噬电细胞的合成生物学改造策略:(1)工程产电细胞(强化产电细胞的胞内电子生成、胞外传递效率,具体为拓宽底物谱、增强还原力转化,提高胞外传递能力、促进电极生物膜形成);(2)工程噬电细胞(强化噬电细胞胞外电子摄取、还原力转化、产物合成效率,包括提高噬电细胞电子摄取和还原力转化,调控细胞代谢路径电合成化学品和生物燃料)。最后,展望了未来高效电能细胞和微生物电化学系统的设计与构建。

摘要：链霉菌是革兰氏阳性丝状细菌,其次级代谢产物具有抗感染、抗虫、抗肿瘤、免疫调节等生理活性,在医药、食品和农业领域具有重要应用价值。链霉菌的遗传操作技术是发现和改良新次级代谢产物的基础,近年来合成生物学的兴起为链霉菌的研发提供了全新的视角。综述了合成生物学在链霉菌次级产物生物合成基因簇克隆与组装、底盘细胞设计与改造、调节两者适配性方面的应用进展。

摘要：以牛肠激酶作为研究对象,利用理性设计的方法提高其热稳定性。首先通过分子动力学模拟软件Gromacs v 4.5.5,Flex Service以及B-FITTER软件预测出了肠激酶的柔性区Fragment 64~69,Fragment 85~90;然后结合β-转角序列统计学信息以及引入位置原有的残基不参与形成氢键的原则,确立了3个突变位点S67P,R87P以及Y136P;通过Quik Change^(TM)定点突变的方法引入突变位点,并进行了酶热稳定性分析。结果表明,R87P突变体酶的失活半衰(t_(1/2))和T_(50)^(10)较野生型分别提高了3.1 min和11.8℃,同时,动力学常数(K_m/k_(cat))测定结果显示酶活未受到显著影响。该策略有潜力应用于其他工业酶分子的热稳定性改造,为推动生物酶的工业化应用奠定基础。

摘要：依赖解旋酶恒温扩增(helicase-dependent amplification,HDA)是一种新型的恒温DNA体外扩增方法,具有反应原理简单,反应温度恒定等优点,被广泛地应用于核酸分子检测。但是依赖解旋酶恒温扩增仍面临着双链DNA解旋反应效率不高导致的扩增效率不够高、灵敏度低的问题。为了进一步提高依赖解旋酶恒温扩增技术中双链DNA模板的解旋效率,在本研究中,5'端带有不同长度不同序列的寡聚核苷酸引物,被用于依赖解旋酶恒温扩增反应,以研究DNA片段的末端序列对依赖解旋酶的双链DNA解旋反应,乃至整个扩增反应效率的影响。结果表明,只有5'端带有poly(A)序列的核酸引物明显促进了扩增反应效率,其中6个A的长度的5'端组成的引物对恒温扩增的促进作用最好,扩增产物比不带任何特定序列的原引物提高了约5.3倍。相比之下,带有poly(AC)或者poly(C)序列的引物,在一定程度上阻碍依赖解旋酶恒温扩增反应效率。因此,本研究证明了特定设计的末端序列,可以提高依赖解旋酶恒温扩增反应效率。

摘要：酿酒酵母是一种重要的食品安全的工业微生物宿主。如何精确地控制代谢路径中相关基因的表达强度,是在酿酒酵母体内合成β-胡萝卜素的关键因素。通过在Delta位点整合红发夫酵母来源的β-胡萝卜素合成基因(crt E、crt I、crt YB),构建β-胡萝卜素生产菌库。从中挑选28株颜色较黄的菌株,通过96孔细胞培养板及摇瓶发酵,发现这些菌株β-胡萝卜素产量存在显著差异(产量从5.70mg/L到61.88mg/L动态分布)。然后以其中β-胡萝卜素产量最高的菌为出发菌(Sy BE_Sc118012),在敲除该菌株内源基因ypl062w的同时,在此位点过表达t HMG1和BTS1-ERG20融合蛋白以增加前体供应,最终使β-胡萝卜素的产量提高1.65倍,达到162.1mg/L,是目前已知的摇瓶水平最高发酵产量。因此,通过Delta位点整合和增加前体供应结合的策略来强化酿酒酵母中的异源表达具有重要的指导意义。

摘要：对香豆酸(p-coumaric acid)作为苯丙素类物质、芪类物质及黄酮类物质的重要前体化合物,在生物医药、化妆品及食品工业中均有广泛的应用价值。以酿酒酵母作为底盘菌株,利用合成生物学原理构建一株高产对香豆酸的人工酵母细胞。通过对比不同拷贝数的酪氨酸解氨酶(tyrosine ammonia lyase)合成的对香豆酸产量,发现随着基因拷贝数的增加对香豆酸的产量也相应提高;同时对酪氨酸的负反馈调控相关的蛋白质进行氨基酸定点突变得到Aro4pK229L和Aro7pG141S,利用delta位点将突变后的基因整合至酵母基因组,并挑取24株构建成功的酵母细胞进行发酵验证,发现菌株最高产量与最低产量相差28.87mg/L;为了进一步增加对香豆酸的代谢通量,对生成芳香醇类物质的旁路基因ARO10和PDC5进行敲除,发现同时敲除两个基因的菌株对香豆酸的产量最高,是敲除前产量的2.05倍(从42.71mg/L到87.56mg/L)。此外,通过设计前体酪氨酸的梯度添加实验,发现当添加1mmol/L的酪氨酸时,对香豆酸产量达到峰值(174.57±0.30)mg/L,相较于未添加时提高了将近1倍。通过运用合成生物学原理在酿酒酵母中实现了对香豆酸的高产,为后续的芪类化合物和黄酮类化合物生物合成奠定了基础。

摘要：SLiCE(seamless ligation cloning extract)是一种利用细胞裂解物体外无痕组装DNA的方法。针对细胞裂解物来源、λ重组系统的表达及组装片段摩尔比例等方面对现有SLiCE方法进行优化。首先,排除了酿酒酵母和枯草芽孢杆菌的细胞裂解物在现阶段用于体外组装的可能性。同时,在大肠杆菌DH10B中导入L-阿拉伯糖诱导表达的λ重组系统,验证所构建的大肠杆菌的细胞裂解物可在体外拼接DNA片段,并将该种来源细胞裂解物用于后续组装。其次,设计并构建根据转化子颜色筛选阳性克隆的方法,并以该方法计算不同摩尔比例片段组装时的正确率。最后,使用优化过的SLiCE方法,成功组装可在酿酒酵母体内表达的黑色素合成模块。

摘要：合成生物学旨在应用工程学的研究思路及手段去设计或改造生物系统,是一个综合了科学与工程的拥有发展潜力的新兴学科,在生物医药、农业、能源、环保等方面发挥着巨大作用。DNA组装技术是合成生物学中的关键技术,也是合成生物学快速发展的限制性技术。综述了众多DNA组装技术的发展及其在合成生物学研究中的意义和应用。