《天津工生所在甾体羟基化研究方面取得新进展》

  • 来源专题:中国科学院亮点监测
  • 编译者: liuzh
  • 发布时间:2018-09-07
  •   中国科学院天津工业生物技术研究所研究员朱敦明和吴洽庆带领的生物催化团队,经过多年努力,通过转录组分析鉴定出一种来源于Thanatephorus cucumeris NBRC 6298的真菌P450酶(STH10),该酶可以催化甾体底物脱氧可的松的C19位和C11位的羟基化。这种新的真菌P450酶与先前报道的甾体芳香化酶细胞色素P450 19(CYP19)的相似度低于20%,是被首次确证的一种能够在甾体19位角甲基实现稳定羟基化的P450酶。该酶的发现为寻找有效合成甾体C-19羟基化的生物催化剂开辟了新的途径。

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  • 《天津工生所在黑曲霉基因组编辑方面取得进展》

    • 来源专题:中国科学院亮点监测
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2018-07-31
    •         CRISPR/Cas9系统作为新一代基因组编辑技术,为生命科学的研究提供了革命性的工具,为生物技术在医药、农业、工业领域的应用迎来了新机遇。但是在很多真核生物中,由于缺乏向导RNA高效表达方法,CRISPR/Cas9系统的建立和应用受到很大制约。黑曲霉是一种重要的工业微生物,其产品柠檬酸、酶制剂等在食品、医药、化工等领域用途广泛,然而目前仍然无法实现对黑曲霉的高效基因组编辑,限制了其工程应用潜力的发挥。   近日,中国科学院天津工业生物技术研究所研究员孙际宾带领的系统生物学中心与研究员郑平带领的系统与合成生物技术研究团队合作,首次在重要工业微生物黑曲霉中提出以核糖体5S rRNA基因为启动子介导sgRNA的表达,开发了一种基于5S rRNA的新型高效的CRISPR/Cas9系统,使Cas9对黑曲霉基因组定点切割效率可达100%。以此建立了黑曲霉高效基因组编辑工具包,以40 bp的短同源臂供体DNA可以简便地实现单位点、多位点的基因敲入以及长至48 kb的大片段DNA敲除等基因组精准编辑。该新型CRISPR/Cas9系统有效解决了黑曲霉sgRNA的活性表达问题,突破了黑曲霉基因组高效编辑的瓶颈,为认识黑曲霉工业潜力的生物学分子基础,进一步提升其工业应用性能,开发新型细胞工厂和新产品提供了强有力的技术支撑。同时,由于核糖体5S rRNA的高度保守性,在任意生物中都可以快速找到其5S rRNA基因,基于5S rRNA的向导RNA表达策略的提出,为解决真核生物向导RNA表达难题、实现CRISPR/Cas9基因组编辑系统在各种真核生物的建立和应用开辟了普适性的新思路。   该研究得到国家自然科学基金青年与面上项目以及中国科学院国际人才计划等项目的支持,相关研究成果已发表在期刊ACS Synthetic Biology上。天津工生所助理研究员郑小梅为论文的第一作者。
  • 《上海硅酸盐所在甲烷光催化转化研究方面取得新进展》

    • 来源专题:中国科学院亮点监测
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2019-03-29
    • 作为天然气、页岩气等主要成分的甲烷具有储量相对丰富和价格低廉的优势,在替代石油生产液体燃料和基础化学品领域是学术界和产业界研究和发展的核心之一。甲烷的含氧衍生物,尤其是醇类衍生物,被认为是碳一化学的支柱;而甲烷是最稳定的有机小分子,C-H键活化后却得到高活性的中间物种,容易发生过度活化并彻底矿化。正因为有着广阔的前景和巨大的挑战,甲烷的选择性活化和定向转化是世界性难题,被誉为是催化乃至化学领域的“圣杯”。迄今为止,甲烷的转化通常采用间接法:在高温下通过水蒸气重整将甲烷转化为合成气,再通过费托合成获得多碳的基础化学品;或由合成气制备甲醇,再生产其它化学品。该转化路线冗长,能耗高,过程中排放大量温室气体二氧化碳,不仅带来环境负荷,也使总碳的利用率不到一半。因此,科学家一直在努力探索甲烷直接转化利用的方法。   光催化直接转化可以打破传统热力学平衡的束缚,使甲烷的转化可以在低温常压下进行。近日,中国科学院上海硅酸盐研究所王文中研究员带领的科研团队在甲烷的光催化转化研究方面取得新进展。该团队设计并制备出铜修饰氮化碳材料,实现甲烷向乙醇的光催化直接转化,并对该过程的机制进行了较为深入的研究。相关研究结果以“Direct functionalization of methane into ethanol over copper modified polymeric carbon nitride via photocatalysis”为题,发表于Nature Communications(DOI: 10.1038/s41467-019-08454-0),并申请中国发明专利一项(201811339733.2),第一作者为上海硅酸盐所博士生周沅逸。   针对甲烷容易发生过度活化并彻底矿化的问题,从活性氧物种的生成以及甲烷的吸附活化两个角度出发,研究团队通过在氮化碳材料的有序空腔中进行铜修饰,不仅实现了羟基自由基的原位生成,还促进了材料对甲烷C-H键的活化以及对高活性中间物种的稳定。该材料表现出卓越的光催化甲烷转化性能,乙醇的产率达到106 μmol g-1 h-1,为目前相关领域报道的最优值。深入研究表明,除了自由基机制以外,该材料中的铜物种与邻近碳原子存在协同效应,使得转化过程沿着甲烷-甲醇-乙醇的路径进行。该工作提出了温和条件下甲烷向液体燃料直接转化的新策略,有助于加深对多碳产物的形成机制的认识。   相关研究工作得到了国家自然科学基金的资助和支持。