组合生物合成
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微生物次级代谢产物生物合成基因簇与药物创新【关键词】 ,微生物次级代谢产物;,,生物合成基因簇;,,药物创新;,,组合生物合成;,,代谢工程摘要:微生物产生众多结构和生物活性多样的次级代谢产物,其生物合成基因簇的克隆是药物创新和产量提高的必要前提。
迄今为止已有超过150种生物合成基因簇通过各种方式被克隆,并被用于组合生物合成、体外糖类随机化、代谢工程的定向改造。
我们研究室已经克隆并测定了氨基糖苷类井冈霉素/有效霉素、多烯类抗生素FR008/克念菌素、聚醚类南昌霉素、聚酮类梅岭霉素、杂合聚酮多肽类口恶唑霉素等生物合成基因簇。
深入的基因功能分析揭示了他们独特的生物合成途径和调节机理,为正在进行的组合生物合成结构改造和代谢工程产量提高奠定了基础。
关键词:微生物次级代谢产物;生物合成基因簇;药物创新;组合生物合成;代谢工程Secondary metabolic pathway genes and new drug discoveryABSTRACT Microorganisms produce myriads of secondary metabolites with both structural and functional diversities. The cloning of corresponding biosynthetic gene clusters is essential for new drug discovery and yield improvement by metabolic engineering. To date, more than 150 biosynthetic geneclusters had been cloned via different strategies, which are subsequently manipulated through combinatorial biosynthesis, in vitro glycorandomization, or other biotechnological methods. In our laboratory, several biosynthetic gene clusters have been cloned and sequenced, representatives of which are responsible for the biosyntheses of the aminoglycoside jinggangmycin/validamycin, polyene antibiotic FR008/candicidin, polyether nanchangmycin, polyketide meilingmycin, PKSNRPS oxazomycin and others. Extensive analyses of gene functions, their unique biosynthetic pathways and regulatory mechanisms have now paved the way for more rational structural modifications through combinatorial biosynthesis and yield improvements using metabolic engineering.KEY WORDS Microbial secondary metabolites; Biosynthetic gene cluster; New drug discovery; Combinatorial biosynthesis; Metabolic engineering微生物产生的次级代谢产物在化学结构和生物活性方面多种多样,主要的产生菌类群包括放线菌、芽孢杆菌、粘细菌、假单胞菌、蓝细菌、真菌等,其中已知抗生素的三分之二以上是以链霉菌为代表的放线菌产生的。
生物制药工艺学名词解释:第一章:1. 药品:一定剂型和规格的药物并赋予一定的形式(如包装),而且经过有关部门的批准,有明确的作用用途。
药物:能影响机体生理、生化和病理过程,用以预防、诊断、治疗疾病和计划生育的化学物质。
2. 生物药物Biopharmaceuticals:以生物体、生物组织或其成份为原料综合应用生物学、物理化学与现代药学的原理与方法加工制成的药物。
3. 生物活性Biological activity,Bioactivity:对活组织如疫苗有影响的特性。
4. 酶工程enzyme engineering:酶学与工程学互相渗透结合,发展形成的生物技术,它是从应用目的出发,研究酶和应用酶的特异催化功能,并通过工程化过程将相应原料转化成所需产物的技术。
5. 固定化酶immobilized enzyme:是指借助于物理和化学的方法把酶束缚在一定空间内并具有催化活性的酶制剂。
6. 组合生物合成combinatorial biosynthesis(组合生物学combinatorial biology):应用基因重组技术重新组合微生物药物的基因簇,产生一些非天然的化合物。
7. 药物基因组学:一门研究个人的基因遗传如何影响身体对药物反应的科学。
8. 凝聚作用coagulation:指在电解质作用下,胶粒粒子的扩散双电子层排斥电位降低,破坏了胶体系统的分散状态,使胶体粒子发生聚集的过程。
9. 萃取extraction:将物质从基质中分离出来的过程。
一般指有机溶剂将物质从水相转移到有机相的过程。
10. 反萃取stripping/back extraction:将萃取液与反萃取剂相接触,使某种被萃入有机相的溶质转入水相的过程。
11. 萃取因素/萃取比:萃取溶质进入萃取相的总量与该溶质在萃余相中总量之比。
12. 分离因素separation factor:在同一萃取体系内两种溶质在同样条件下分配系数的比值。
13. 双相萃取技术two-aqueous phase extraction:利用不同的高分子溶液相互混合可产两相或多相系统,静置平衡后,分成互不相溶的两个水相,利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来进行萃取的方法。
合成生物学策略引言:合成生物学是一门新兴的学科,它将生物学、工程学和计算机科学相结合,旨在通过设计和构建生物系统来解决现实世界中的问题。
合成生物学策略的应用范围非常广泛,涉及到医学、能源、环境保护等众多领域。
本文将探讨一些常见的合成生物学策略,并分析其应用前景。
一、合成生物学策略的基本原理合成生物学策略的基本原理是通过合成DNA序列来构建新的生物系统。
研究人员可以通过合成DNA序列,改造已有的生物体,使其具有新的性状或功能。
这种方法可以用于优化生物产物合成、开发新型药物、改良农作物等多个领域。
二、模块化设计策略模块化设计策略是合成生物学中常用的一种策略。
研究人员将生物系统分解为多个模块,每个模块负责一种特定的功能。
通过组合这些模块,可以构建出具有复杂功能的生物系统。
这种模块化设计策略可以提高系统的可重复性和可扩展性,使得研究人员能够更加灵活地设计和构建生物系统。
三、基因调控策略基因调控是合成生物学中的重要研究方向之一。
通过调控基因的表达水平,研究人员可以控制生物体的特定性状或功能。
例如,可以通过调控特定基因的表达水平来提高生物产物的合成效率,或者抑制病原体的生长。
基因调控策略可以通过合成新的调控元件或优化现有的调控元件来实现。
四、细胞工程策略细胞工程是合成生物学中的另一个重要研究方向。
通过改造细胞的代谢途径、调控信号传导网络等手段,研究人员可以改变细胞的性状或功能。
例如,可以通过改造细菌的代谢途径,使其能够合成高效的生物燃料。
细胞工程策略可以通过合成新的酶或优化现有的酶来实现。
五、计算机辅助设计策略计算机辅助设计是合成生物学中的一项重要技术。
借助计算机模拟和预测的手段,研究人员可以在计算机上进行生物系统的设计和优化。
例如,可以通过计算机模拟来预测特定基因调控元件的效果,或者优化生物系统的结构和功能。
计算机辅助设计策略可以显著提高研究效率,缩短研发周期。
六、合成生物学策略的应用前景合成生物学策略在多个领域具有广阔的应用前景。
生物合成化学合成
生物合成和化学合成是两种不同的合成方式,它们都可以用来制造新的物质。
生物合成是指生物体内的合成过程,它是由生物体内的酶催化的,酶是一种特殊的蛋白质,它可以将一种物质转化为另一种物质,从而实现物质的合成。
生物合成的过程可以分为三个步骤:首先,酶将原料物质分解成更小的物质;其次,酶将这些小物质组合成更大的物质;最后,酶将这些大物质组合成最终的产物。
化学合成是指在实验室中通过化学反应来合成新物质的过程。
它是由化学反应催化的,化学反应可以将一种物质转化为另一种物质,从而实现物质的合成。
化学合成的过程可以分为三个步骤:首先,化学反应将原料物质分解成更小的物质;其次,化学反应将这些小物质组合成更大的物质;最后,化学反应将这些大物质组合成最终的产物。
生物合成和化学合成都可以用来制造新的物质,但它们之间也有很多不同之处。
首先,生物合成是由酶催化的,而化学合成是由化学反应催化的;其次,生物合成的过程更加复杂,而化学合成的过程更加简单;最后,生物合成的产物更加复杂,而化学合成的产物更加简单。
此外,生物合成和化学合成还有一个重要的区别,就是它们的应用范围不同。
生物合成主要用于生物体内的合成,而化学合成则主要用于实验室中的合成。
总之,生物合成和化学合成都是用来制造新的物质的方法,它们之间有很多不同之处,但它们都可以用来制造新的物质。
聚酮合类药物和聚酮合酶一、聚酮类药物聚酮类化合物是由简单脂肪酸在聚酮合酶催化下经过类似长链脂肪酸的合成途径生成的,其中心骨架是通过丙二酸(或有取代基的丙二酸)硫酯重复的脱羧缩合而形成的。
包括聚次甲基酮基团( (CH2一CO)n)化合物及其加水、脱水或者脱羧的衍生物。
常见的聚酮类药物主要有洛伐他汀、阿霉素、红霉素、四环素、两性霉素、南昌霉素、普拉固(普伐他汀)等二、聚酮合酶聚酮合成酶通过催化前体物质进行反复的缩合反应,可以形成多种聚酮体,再经过甲基化、氧化还原、糖基化等修饰反应形成各种各样结构复杂的聚酮类化合物。
尽管聚酮类化合物在结构上是多样的,但其生物合成有其共同的机制,其核心结构均由聚酮合酶催化合成。
根据聚酮合酶的结构及其它性质,聚酮合酶被分成Ⅰ型(typeⅠPKS,又称模件型)、Ⅱ型(typeⅡPKS,又称迭代型)和Ⅲ型(typeⅢPKS,查尔酮型)3大类。
Ⅰ型PKSⅠ型PKS是以模块形式存在的多功能酶,每一模块含有一套独特的、非重复使用的催化功能域,其非重复使用的催化功能域与聚酮生物合成的反应顺序呈线性对应,主要催化合成大环内酯类、聚烯及聚醚类化合物。
Ⅱ型PKS 1984年Malpartida和Hopwood首次报道了Ⅱ型PKS是一个多功能酶复合体,只包含一套可重复使用的结构域,每一结构域在重复的反应步骤中都多次地用来催化相同的反应。
Ⅲ型PKSⅢ型聚酮合酶(TypeⅢPKSs)以植物中的查耳酮合酶为代表(chalcone synthases)。
1999年,Funa等发现了一种类似苯基苯乙烯酮合成酶的PKS(chalcone synthase-like PKS)———Rp-pA,后来被称为Ⅲ型PKS。
Ⅲ型PKS和其它两种PKS迥然不同,它在不需要ACP的情况下直接催化泛酰辅酶A间的缩合,主要负责单环或双环芳香类聚酮化合物的生物合成。
全球现在已有两个聚酮合酶数据库,一个是印度国家免疫学研究所的Yadav G等人于2003年构建的PKSDB数据库;另一个是在PKSDB数据库基础上,韩国SmallSoft公司Tae H等人对PKSDB数据库加以改进和补充,在2007年构建的ASMPKS数据库。
合成生物学研究报告01合成生物学的概念合成生物学是以工程学理论为指导,设计和合成各种复杂生物功能模块、系统甚至人工生命体,并应用于特定化学物生产、生物材料制造、基因治疗、组织工程等的一门综合学科。
合成生物学包含工程学的理念,而任何一个生命体系可以看作是具有不同功能的生物零件的有序组合。
合成生物学的目的在于设计和创造新的生物组件和体系,对现有的生物体系进行重新设计。
从基本的生物组件构建复杂的人工生命体系,对整个生命过程进行重新设计、改造、构建。
合成生物学的研究应用主要包括两个方面:一是“自上而下”的方法,通过对现有的、天然存在的生物系统进行重新设计和改造,修改已存在的生物系统,使之增添新的功能(从基因组中剔除非必要基因组);二是“自下而上”的方法,通过设计和构建新的生物元件、组件和系统,创造自然界中尚不存在的人工生命系统(从核苷酸合成新的生命体)。
图:合成生物学的内涵资料来源:中国发展门户网02合成生物学的里程碑事件2000年,美国科学家JamesJ.Collins开发出了遗传开关,这通常被认为合成生物学的开端。
2010年,Craig Venter创造出了第一个人造生命。
之后合成生物学快速发展,出现了非天然核酸、蛋白质从头设计、单条染色体酵母和大肠杆菌基因组全合成等一系列里程碑式的工作。
合成生物学的发展大体经历了3个阶段:第一阶段,创建时期(2000—2003年):产生了许多具备领域特征的研究手段和理论,特别是基因线路工程的建立及其在代谢工程中的成功运用。
第二阶段,扩张和发展期(2004—2007年):这一阶段的特征是领域有扩大趋势,但工程技术进步比较缓慢。
第三阶段,快速创新和应用转化期(2008—2013年):这一阶段涌现出的新技术和工程手段使合成生物学研究与应用领域大为拓展,特别是人工合成基因组的能力提升到了接近染色体长度的水平,基因组编辑技术出现前所未有的突破。
图:2000—2018年合成生物学研究的代表性进展资料来源:中国发展门户网图:以“synthetic biology”为关键词的文章增量资料来源:pubmed03合成生物学的基本模块与传统生物工程相比,合成生物学最大的进步在于对工程设计原理的系统性应用:依据工程设计原理对天然存在的各种酶、调控分子等进行简单化、模块化处理,设计出具有各种基本功能的元件。
2009年第28卷第3期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·477·化工进展化学生物组合法合成米格列醇及其表征王端好,孙蓓,赵彭花,薛小波,张小里(西北大学化工学院,陕西西安 710069)摘要:以葡萄糖和乙醇胺为原料,催化加氢生成N-羟乙基葡糖胺,葡萄糖转化率为89%。
氧化葡萄糖酸杆菌Gouv2007的静息细胞在通气下氧化N-羟乙基葡糖胺脱氢生成米格列醇的前体物质6-脱氧-6-羟乙基氨基-α-L-呋喃山梨糖,再催化加氢生成米格列醇,对从N-羟乙基葡糖胺生成米格列醇的底物转化率为77.3%。
采用熔程测定、红外光谱分析、质谱分析对N-羟乙基葡糖胺和米格列醇进行了表征,结果表明:所合成的产物分别被鉴定为N-羟乙基葡糖胺和米格列醇。
关键词:氧化葡萄糖酸杆菌;N-羟乙基葡糖胺;微生物氧化;米格列醇中图分类号:TQ 463 文献标识码:A 文章编号:1000–6613(2009)03–0477–04Synthesis and characterization of miglitol by combined biotechnological -chemical synthesis methodWANG Duanhao,SUN Bei,ZHAO Penghua,XUE Xiaobo,ZHANG Xiaoli(College of Chemical Engeering,Northwest University,Xi’an 710069,Shaanxi,China)Abstract:Glucose and ethanolamines were catalytic hydrogenated to obtain N-(2-hydroxyethyl)- glucamine,with a transformation rate of 89%. N-(2-hydroxyethyl)-glucamine was dehydrogenated to6-(2-droxyethyl)amino-6-deoxy-a-L-sorbofiuanose the key intermediate of miglitol by the resting cellsof Gluconobater oxydans Gouv2007 through aeration. 6-(2-Droxyethyl)amino-6-deoxy-a-L- sorbofiuanose was hydrogenated catalyticlly to miglitol. In the transformation of N-(2-hydroxyethyl)- glucamine to miglitol,the transformation rate was 77.3%. The samples of N-(2-hydroxyethyl)- glucamine and miglitol were characterized with infrared spectroscopy,melting point and MALDI-MS analysis. The results confirmed the samples of N-(2-hydroxyethyl)-glucamine and miglitol.Key words:Gluconobater oxydans;N-(2-hydroxyethyl)-glucamine;microbial oxidation;miglitol米格列醇(miglitol)是一种新型α-葡糖苷酶抑制剂,能竞争性抑制α-葡糖苷酶,减少糖类化合物的代谢,降低糖类在小肠的吸收,从而稳定饭后血浆葡萄糖浓度。
组合生物合成研究进展作者:张能江, 姚远, Zhang Neng-jiang, Yao Yuan作者单位:浙江普洛家园药业有限公司,东阳,322118刊名:国外医药(抗生素分册)英文刊名:WORLD NOTES ON ANTIBIOTICS年,卷(期):2011,32(1)1.Shen B Polyketide biosynthesis beyond the type Ⅰ,Ⅱ and Ⅲ polyketide synthase paradigms 2003(2)2.Shen B Polyketide biosynthesis beyond the type Ⅰ,Ⅱ and Ⅲ polyketide synthase paradigms[外文期刊] 2003(02)3.Sheng SJ.Zhao SJ A comprehensive overview of type Ⅲ polyketide synthases from plaats:molecular mechanism and application perspeetive-a review 2009(11)4.Sheng SJ;Zhao SJ A comprehensive overview of type Ⅲ polyketide synthases from plaats:molecular mechanism and application perspeetive-a review[期刊论文]-Chinese Journal of Biotechnology 2009(11)5.Floss HG Combinatorial biosynthesis-potential and problems 2006(1)6.Floss HG Combinatorial biosynthesis-potential and problems[外文期刊] 2006(01)7.黄惠娟.乔建军聚酮类抗生素组合生物合成 2007(5)8.黄惠娟;乔建军聚酮类抗生素组合生物合成[期刊论文]-细胞生物学杂志 2007(5)9.张琪.赵群飞.刘文浅谈天然产物的组合生物合成及其应用 2009(4)10.张琪;赵群飞;刘文浅谈天然产物的组合生物合成及其应用[期刊论文]-生物产业技术 2009(4)11.王岩.虞沂.赵群飞.孔毅.刘文天然产物的生物合成和组合生物合成研究进展 2008(6)12.王岩;虞沂;赵群飞天然产物的生物合成和组合生物合成研究进展[期刊论文]-国外医药(抗生素分册)2008(06)13.Piel J Combinatorial biosynthesis in symbiotic bacteria 2006(12)14.Piel J Combinatorial biosynthesis in symbiotic bacteria[外文期刊] 2006(12)15.Miyahisa I;Funa N;Ohnishi Y Combinatorial biosynthesis of flavones and flavonols in Escherichia coli[外文期刊] 2006(01)16.Miyahisa I.Funa N.Ohnishi Y Combinatorial biosynthesis of flavones and flavonols in Escherichia coli 2006(1)17.Grunewald J;Marahiel MA Chemoenzymatic and templatedirected synthesis of bioactive macrocyclic peptides[外文期刊] 2006(01)18.Grunewald J.Marahiel MA Chemoenzymatic and templatedirected synthesis of bioactive macrocyclic peptides 2006(1)19.Miao v.Coeffet-Legal MF.Brain P Daptomycin biosynthesis in Streptomyces roseosporus:Cloning and analysis of the gene cluster and revision of peptide stereochemistry 2005(5)20.Miao v;Coeffet-Legal MF;Brain P Daptomycin biosynthesis in Streptomyces roseosporus:Cloning and analysis of the gene cluster and revision of peptide stereochemistry[外文期刊] 2005(05)21.Gu JQ.Nguyen KT.Gandhi C Structural characterization of daptomycin analogues A21978C1-3-(d-22.Gu JQ;Nguyen KT;Gandhi C Structural characterization of daptomycin analogues A21978C1-3-(d-Asnll)produced by a recombinant Streptomyces roseosporus strain[外文期刊] 2007(02)23.Nguyen KT.Ritz D.Gu JQ Combinatorial biosynthesis of novel antibiotics related to daptomycin2006(46)24.Nguyen KT;Ritz D;Gu JQ Combinatorial biosynthesis of novel antibiotics related to daptomycin[外文期刊] 2006(46)25.Kohli RM;Walsh CT;Burkart MD Biomimetic synthesis and optimization of cyclic peptide antibiotics [外文期刊] 2002(6898)26.Kohli RM.Walsh CT.Burkart MD Biomimetic synthesis and optimization of cyclic peptide antibiotics 2002(6898)27.Weckwerth W;Miyamoto K;Linuma K Biosynthesis of PF1022A and related cyclooctadepsipeptides[外文期刊] 2000(23)28.Weckwerth W.Miyamoto K.Linuma K Biosynthesis of PF1022A and related cyclooctadepsipeptides2000(23)29.Duerfahrt T.Doekel S.Sonke T Construction of hybrid peptide synthetases for the production of α-1-aspartyl-1-phenylalanine,a precursor for the high-intensity sweetener aspartame 2003(22)30.Duerfahrt T;Doekel S;Sonke T Construction of hybrid peptide synthetases for the production of α-1-aspartyl-1-phenylalanine,a precursor for the high-intensity sweetener aspartame[外文期刊] 2003(22)31.汪星明.赵凤生组合生物合成 2003(2)32.汪明星;赵凤生组合生物合成[期刊论文]-国外医药(抗生素分册) 2003(02)33.Menzella HG.Reeves CD Combinatorial biosynthesis for drug development 2007(3)34.Menzella HG;Reeves CD Combinatorial biosynthesis for drug development 2007(03)35.Simunovic V.Zapp J.Rachid S Myxovirescin a biosynthesis is directed by hybrid polyketide synthases/nonribosomal peptide synthetase,3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthases,and trans-acting acyltransferases 2006(8)36.Simunovic V;Zapp J;Rachid S Myxovirescin a biosynthesis is directed by hybrid polyketide synthases/nonribosomal peptide synthetase,3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthases,and trans-acting acyltransferases[外文期刊] 2006(08)37.Silakowski B.Kunze B.Blocker H Novel features in a combined polyketide synthase/non-ribosomal peptide synthetasc:the myxalamid biosynthetic gene cluster of the myxobacterium Stigmatella aurantiaca Sga151 2001(1)38.Silakowski B;Kunze B;Blocker H Novel features in a combined polyketide synthase/non-ribosomal peptide synthetasc:the myxalamid biosynthetic gene cluster of the myxobacterium Stigmatella aurantiaca Sga151[外文期刊] 2001(01)39.Bergmann S;Schumann J;Scherlach K Genomics driven discovery of PKS-NRPS hybrid metabolites from Aspergillus nidulans[外文期刊] 2007(04)40.Bergmann S.Schumann J.Scherlach K Genomics driven discovery of PKS-NRPS hybrid metabolites from41.Banik JJ;Brady SF Cloning and characterization of new glycopeptide gene clusters found in an environmental DNA megalibrary[外文期刊] 2008(45)42.Banik JJ.Brady SF Cloning and characterization of new glycopeptide gene clusters found in an environmental DNA megalibrary 2008(45)43.Rude MA;Khosla C Production of ansamycin polyketide precursors in Escherichia coli[外文期刊] 2006(08)44.Rude MA.Khosla C Production of ansamycin polyketide precursors in Escherichia coli 2006(8)45.Peiru S;Menzella HG;Rodriguez E Production of the potent antibacterial polyketide erythromycin C in Escherichia coli[外文期刊] 2005(05)46.Peiru S.Menzella HG.Rodriguez E Production of the potent antibacterial polyketide erythromycin C in Escherichia coli 2005(5)47.Magarvey NA;Beck ZQ;Golakoti TD Biosynthetic characterization and chemoenzymatic assembly of the cryptophycins.Potent anticancer agents from cyanobionts[外文期刊] 2006(12)48.Magarvey NA.Beck ZQ.Golakoti TD Biosynthetic characterization and chemoenzymatic assembly of the cryptophycins.Potent anticancer agents from cyanobionts 2006(12)49.Pfeifer BA;Wang CCC;Walsh CT Biosynthesis of yersiniabactin,a complex polyketide-nonribosomal Peptide,Using Escherichia coli as a heterologous host[外文期刊] 2003(11)50.Pfeifer BA.Wang CCC.Walsh CT Biosynthesis of yersiniabactin,a complex polyketide-nonribosomal Peptide,Using Escherichia coli as a heterologous host 2003(11)51.Mutka SC;Carney JR;Liu Y Heterologous production of epothilone C and D in Escherichia coli[外文期刊] 2006(04)52.Mutka SC.Carney JR.Liu Y Heterologous production of epothilone C and D in Escherichia coli2006(4)53.Salas JA;Mendez C Indolocarbazole antitumour compounds by combinatorial biosynthesis[外文期刊] 2009(02)54.Salas JA.Mendez C Indolocarbazole antitumour compounds by combinatorial biosynthesis 2009(2)55.Zhang HR;Wang Y;Blaine A Bacterial hosts for natural product production[外文期刊] 2008(02)56.Zhang HR.Wang Y.Blaine A Bacterial hosts for natural product production 2008(2)57.Chiu HT;Hubbard BK;Shah AN Molecular cloning and sequence analysis of the complestatin biosynthetic gene duster[外文期刊] 2001(15)58.Chiu HT.Hubbard BK.Shah AN Molecular cloning and sequence analysis of the complestatin biosynthetic gene duster 2001(15)1.刘文.唐功利以生物合成为基础的代谢工程和组合生物合成[期刊论文]-中国生物工程杂志2005,25(1)2.王岩.虞沂.赵群飞.孔毅.刘文.WANG Yan.YU Yi.ZHAO Qun-fei.KONG Yi.LIU Wen天然产物的生物合成和组合生物合成研究进展[期刊论文]-国外医药(抗生素分册)2008,29(6)3.汪星明.赵凤生组合生物合成[期刊论文]-国外医药(抗生素分册)2003,24(2)5.刘文药用天然产物的生物合成及组合生物合成研究[会议论文]-20106.冯健飞.周日成.郭兴庭.张扬.FENG Jian-fei.ZHOU Ri-cheng.GUO Xing-ting.ZHANG Yang聚酮类化合物及其应用[期刊论文]-现代农业科技2011(3)7.黄惠娟.乔建军.Hui-Juan Huang.Jian-Jun Qiao聚酮类抗生素组合生物合成[期刊论文]-细胞生物学杂志2007,29(5)8.陈俊升.景兰.邵雷.CHEN Jun-sheng.JING Lan.SHAO Lei组合生物合成技术在药物研发中的应用[期刊论文]-药学进展2009,33(8)9.王伟.孔建强.孟超.朱平.程克棣.WANG Wei.KONG Jian-qiang.MENG Chao.ZHU Ping.CHENG Ke-di大肠杆菌组合生物合成紫杉烯的研究[期刊论文]-中国药学杂志2005,40(18)10.赵文英.顾兼群.朱伟明.ZHAO Wen-ying.GU Qian-qun.ZHU Wei-ming组合生物合成技术在聚酮类天然产物研究中的应用[期刊论文]-中国药学杂志2006,41(19)本文链接:/Periodical_gwyykssfc201101003.aspx。
聚酮化合物及其生物合成摘要:聚酮化合物的生物合成是当前国际化学与生物学交叉学科研究的热点之一,也正在发展成为药物创新超常规的重要手段。
合成聚酮类化合物的方法有很多,但应用最多的是组合生物合成方法,因而本文主要是对这种方法的介绍,特别是I型聚酮化合物的组合生物合成的常用技术和方法学发展进行了详细解说。
关键词:聚酮化合物;聚酮合酶;生物合成一、聚酮化合物及其聚酮合酶聚酮化合物是一大类由细菌、真菌和植物将低级羧酸通过连续的缩合反应产生的天然产物,它包括许许多多具有抑制细菌(如红霉素、四环素)、真菌(如灰黄霉素、两性霉素)、寄生虫(如avermectin、奈马克丁)、癌症(如多柔比星、enediynes)等活性的化合物,有些抗真菌聚酮化合物同时还具有免疫抑制剂的活性(如雷帕霉素、FK506),它被广泛地应用于医药、畜牧和农业。
如今,这一化合物越来越为人们所重视,这主要是由于该化合物具有:(1)无可比拟的生物学活性使之具有巨大的新药物开发潜力和商业价值,聚酮化合物所形成的药物已用于几乎所有重要的疾病治疗,每年的销售额超过了100亿美元;(2)独特的结构和合成机制为人们研究酶催化的分子机制、分子识别和蛋白质的相互作用提供了空前的契机;(3)聚酮合酶所具有的可塑性可以使人们方便地通过组合生物合成手段来获得新的化合物。
目前已发现了不少于10000种聚酮化合物,而由之衍生出的新产物更是难以记数。
聚酮化合物是功能和结构最多样化的天然产物之一,它们的合成包括酰基辅酶A活化羧酸的一系列重复的醇醛缩合而形成有一定长度的聚酮链骨架,然后经过环化或者芳香化、或者与脱氧糖等结构单位连接等过程。
尽管聚酮化合物的结构和特性千差万别,总的来说它可以分为两大类:芳香族聚酮化合物和复合聚酮化合物。
前者是乙酸通过缩合(起始单位除外)形成的大部分β-酮基在酰基链的延伸和完成后都一直保持非还原状态,经过折叠和醇醛缩合形成六元环,芳香环随后被脱水还原,如放线紫红素、柔红霉素、四环素。
合成生物的通俗理解一、什么是合成生物1. 定义合成生物可以简单理解为通过人工设计和构建生物系统的一门学科或技术。
就像是搭积木一样,科学家们利用生物学的知识和技术手段,把生物的各个部分(如基因、蛋白质等)按照自己的想法重新组合起来,创造出具有新功能或者改进功能的生物或者生物系统。
例如,在自然界中,微生物可能具有分解某些物质的能力,但分解速度比较慢或者只能分解特定的物质。
科学家通过合成生物学的方法,对微生物的基因进行改造,让它能够快速分解更多种类的污染物,从而用于环境治理。
2. 与传统生物学的区别传统生物学更多的是对自然界中已经存在的生物进行观察、描述和研究其运行规律。
比如生物学家会研究植物是如何进行光合作用的,动物是如何进行繁殖的等。
而合成生物学则是主动地去构建生物体系。
它不仅仅满足于知道生物是如何工作的,还想要按照人类的需求去创造生物。
就好比传统生物学是研究自然存在的汽车是怎么运行的,而合成生物学则是要自己设计并组装一辆具有特殊功能的汽车。
二、合成生物的主要操作对象和工具1. 基因层面基因是合成生物最重要的操作对象之一。
科学家可以对基因进行编辑、合成和重组。
基因编辑技术,如CRISPR Cas9,就像是一把非常精准的剪刀。
它可以在生物的基因组(也就是生物的基因蓝图)上找到特定的位置,然后对基因进行切割、添加或者修改。
例如,科学家想要让一种植物能够抵抗某种害虫,就可以利用CRISPR Cas9技术,把能够产生抗虫蛋白的基因插入到植物的基因组中。
基因合成则是根据人们的设计,从头合成基因。
这就好比按照自己的设计图来制造一个新的零件。
通过化学合成的方法,可以制造出自然界中可能不存在或者很难获取的基因。
基因重组是把不同来源的基因组合在一起。
比如从一种细菌中提取一个能够产生特殊酶的基因,再从另一种生物中提取一个能够控制基因表达的调控元件,然后将它们组合到一个新的生物体系中,创造出一个既能产生特殊酶又能按照特定方式调控这个酶产生的新生物。
合成生物技术综述1.引言1.1 概述合成生物技术是一种快速发展的交叉学科领域,它融合了生物学、工程学和计算机科学等多个学科的知识与技术。
通过对生物体的基因组进行编辑、设计和合成,合成生物技术的目标是创造新的生物体、改造现有生物体的特性,并开发出可应用于医药、农业、能源等领域的生物材料和生物产物。
合成生物技术的发展源于遗传工程和基因编辑技术的进步。
传统遗传工程主要利用外源基因的导入和转基因技术来实现对生物体性状的改变,而合成生物技术则能够更加精确地编辑和设计基因组,从根本上改变生物体的功能和性质。
基因编辑技术如CRISPR-Cas9等的出现,更是大大提升了合成生物技术的研究速度和效率。
合成生物技术的应用领域广泛。
在医药领域,合成生物技术可以用于合成新型药物、生产生物疫苗、开发基因治疗等。
在农业领域,合成生物技术可以应用于增强作物的抗病虫害能力、提高农产品的产量和品质,甚至实现以微生物为基础的精准农业。
此外,合成生物技术还能被应用于环境保护领域,包括生物降解技术、生物能源的开发和利用等。
尽管合成生物技术在上述领域中已经取得了许多成果,但仍然面临着一些挑战和争议。
其中之一是生物安全性问题,即修改生物体基因组带来的潜在风险和影响。
另外,合成生物技术的道德和伦理问题也需要引起重视,如何合理规范其研究和应用,保证科技的发展与人类和环境的安全是一个需要深入探讨和面对的问题。
综上所述,合成生物技术是一门有着广阔应用前景的领域,它以生物学为基础,借助工程学和计算机科学等技术手段,探索并实现对生物体的精确调控和改造。
随着科技的不断进步,合成生物技术的发展前景将更加广阔,它有望为人类社会带来更多的创新和进步。
1.2 文章结构文章结构部分的内容应该是对整篇文章的框架和各个部分的简要介绍。
可以按照以下内容来编写:文章结构本篇长文主要包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要概述合成生物技术的背景和意义,并对本文的内容做出介绍。
基因重组基因重组是由于不同DNA链的断裂和连接而产生DNA片段的交换和重新组合,形成新DNA分子的过程。
发生在生物体内基因的交换或重新组合。
包括同源重组、位点特异重组、转座作用和异常重组四大类。
是生物遗传变异的一种机制。
指整段DNA在细胞内或细胞间,甚至在不同物种之间进行交换,并能在新的位置上复制、转录和翻译。
在进化、繁殖、病毒感染、基因表达以致癌基因激活等过程中,基因重组都起重要作用。
基因重组也归类为自然突变现象。
基因工程是在试管内按人为的设计实施基因重组的技术,也称为重组DNA。
有目的的将一个个体细胞内的遗传基因转移到另一个不同性状的个体细胞内DNA分子,使之发生遗传变异的过程。
来自供体的目的基因被转入受体细菌后,可进行基因产物的表达,从而获得用一般方法难以获得的产品,如胰岛素、干扰素、乙型肝炎疫苗等是通过以相应基因与大肠杆菌或酵母菌的基因重组而大量生产的。
即基因重组由于基因的独立分配或连锁基因之间的交换而在后代中出现亲代所没有的基因组合。
原核生物的基因重组有转化、转导和接合等方式。
受体细胞直接吸收来自供体细胞的DNA片段,并使它整合到自己的基因组中,从而获得供体细胞部分遗传性状的现象,称为转化。
通过噬菌体媒介,将供体细胞DNA片段带进受体细胞中,使后者获得前者的部分遗传性状的现象,称为转导。
自然界中转导现象较普遍,可能是低等生物进化过程中产生新的基因组合的一种基本方式。
供体菌和受体菌的完整细胞经直接接触而传递大段DNA遗传信息的现象,称为接合。
细菌和放线菌均有接合现象。
高等动植物中的基因重组通常在有性生殖过程中进行,即在性细胞成熟时发生减数分裂时同源染色体的部分遗传物质可实现交换,导致基因重组。
基因重组是杂交育种的生物学基础,对生物圈的繁荣昌盛起重要作用,也是基因工程中的关键性内容。
基因工程的特点是基因体外重组,即在离体条件下对DNA分子切割并将其与载体DNA分子连接,得到重组DNA。
1977年美国科学家首次用重组的人长激素释放抑制因子基因生产人生长激素释放抑制因子获得成功。
生物大分子的合成和组合生物大分子是构成生命基础的有机分子,可以分为四类:碳水化合物、脂类、蛋白质和核酸。
它们都是由单体组合而成的高分子物质,而这些单体都是采用共价键连接在一起的。
碳水化合物的合成碳水化合物是生命活动中最重要的物质之一,它们主要由碳、氢、氧三种元素组成。
在自然界中,碳水化合物有许多来源,其中最主要的是通过光合作用产生的葡萄糖和其他糖类。
碳水化合物的合成过程就是光合作用中产生葡萄糖的过程。
光合作用是由叶绿体中的光合色素和其他辅助色素组成的复杂体系。
它们可以利用光能将碳、氢、氧等元素分别从二氧化碳、水中获取,并合成出葡萄糖等有机物。
这一过程中需要水和二氧化碳的参与,同时还需要光合色素的能量以及辅助色素和酶的协同作用。
脂类的合成脂类是生物大分子中重要的一类,它们在构建生物膜、保持生物的相对不稳定性、储能、信号传递、储存维生素和调节代谢等方面都扮演着非常重要的角色。
脂类的合成是由生物体内的脂肪酸和甘油酯合成而成的。
脂肪酸是由20-22个碳原子组成的长链烷基羧酸,它们是与氧生成羧酸基的直链酸,可以通过解羧反应脱除部分碳原子,进而生成不同的链长。
甘油是一个三碳糖醇,也称为1,2,3-三羟基丙烷。
当脂肪酸与甘油发生酯化反应时,就可以生成甘油三酯,即“三酰甘油”。
不同的脂肪酸和甘油组合在一起可以生成各式各样的脂类。
蛋白质的合成蛋白质是构成生物体的重要有机物,它们在生物体内扮演着很重要的角色:作为生物体的构成分子、参与代谢过程、负责生命活动中的信号传递等。
蛋白质的合成过程被称为“翻译“,必须经过以下几个阶段:转录、RNA加工、逆转录、转录后修饰、核出、核糖体组装和转运,才能最终得到完整的蛋白质。
蛋白质的合成过程必须通过DNA序列指导,因此它的合成过程始于DNA的转录,这个过程是由RNA酶在DNA指定的位置中合成出RNA的一种过程,这个RNA叫做“信使RNA”(mRNA),此时的mRNA中包含了即将要合成的蛋白质的所有信息。