裂殖壺菌遺傳轉(zhuǎn)化體系的研究及其在DHA合成途徑研究中的應(yīng)用的綜述報告

裂殖壺菌遺傳轉(zhuǎn)化體系的研究及其在DHA合成途徑研究中的應(yīng)用的綜述報告一、引言裂殖壺菌是一種厭氧細菌，在生物制造中有著廣泛的應(yīng)用前景。由于其新陳代謝活性低、遺傳學(xué)知識缺乏、基因操作技術(shù)困難等原因，裂殖壺菌的研究長期處于困境。但是，在遺傳轉(zhuǎn)化體系和拓撲結(jié)構(gòu)的研究中，越來越多的問題得到了解決。本文就裂殖壺菌遺傳轉(zhuǎn)化體系的研究及其在DHA合成途徑研究中的應(yīng)用做一綜述。二、裂殖壺菌遺傳轉(zhuǎn)化體系的研究裂殖壺菌遺傳轉(zhuǎn)化體系是指將外源基因或腺病毒載體導(dǎo)入裂殖壺菌細胞中，從而引起遺傳信息的改變。裂殖壺菌不僅能自由轉(zhuǎn)化外源基因，亦可溶性胞質(zhì)成分導(dǎo)入外源DNA，自然轉(zhuǎn)移體亦能實現(xiàn)高效率的基因轉(zhuǎn)移。裂殖壺菌遺傳轉(zhuǎn)化體系的研究主要包括以下三個方面。1、外源DNA的導(dǎo)入方式裂殖壺菌可通過這些方式導(dǎo)入外源DNA：自然轉(zhuǎn)移、電轉(zhuǎn)、化學(xué)轉(zhuǎn)化和熱激法。自然轉(zhuǎn)移是宿主綁定DNA再通過某些因素引發(fā)致反轉(zhuǎn)換從而促使被轉(zhuǎn)移的DNA進入宿主。電轉(zhuǎn)法將DNA電極轉(zhuǎn)換，在電流作用下，DNA進入過復(fù)合的蛋白質(zhì)通道的孔隙?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化則結(jié)合化學(xué)方法使DNA與細胞膜發(fā)生交互作用，從而促使DNA進入細胞內(nèi)部。熱激轉(zhuǎn)化法則使用高溫泡狀電泳操作將DNA預(yù)先排列成環(huán)狀，接著，溫度驟然降低，使DNA成功地進入細胞內(nèi)。2、外源DNA的遺傳育種對于無認知性的裂殖壺菌而言，不同于人體細胞的基因再組合，一般采用單一外源基因或轉(zhuǎn)座子來進行育種。目前對裂殖壺菌基因轉(zhuǎn)移的研究集中于單一技術(shù)方案的優(yōu)化，例如：以無膽色氨酸為基礎(chǔ)，尋找較為敏感的裂殖壺菌株；確定細胞生長期，增加細胞的遺傳轉(zhuǎn)移效率；以恰當?shù)乃幬锟刂苹蜣D(zhuǎn)移，實現(xiàn)基因表達等等。3、遺傳轉(zhuǎn)化的基因表達與分泌裂殖壺菌不僅能自由轉(zhuǎn)移外源基因，亦可溶性胞質(zhì)成分導(dǎo)入外源DNA，自然轉(zhuǎn)移體亦能實現(xiàn)高效率的基因轉(zhuǎn)移。激素的大量分泌對于有機生物制造中的釀酒廠、發(fā)酵廠和制藥廠等行業(yè)而言很是非常關(guān)鍵的一步，這要求產(chǎn)生的表達蛋白有很好的穩(wěn)定性。從目前的研究成果來看，裂殖壺菌和大腸桿菌基本一致，能夠較穩(wěn)定地表達外源基因。三、DHA合成途徑的研究成果DHA合成途徑是指裂殖壺菌在細胞內(nèi)利用鋅酶BioF催化生物反應(yīng)，將LAH轉(zhuǎn)化為DHA的合成路徑。DHA有許多重要的生理功能，在食品行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。目前，在DHA合成途徑的研究方面取得了很多進展。1、酶催化合成DHABioF是裂殖壺菌中最重要的DHA合成酶，研究表明，針對BioF酶的工程改造可有效提高酶的催化效率。同時，BioF酶可以搭配不同的協(xié)同反應(yīng)酶來提高DHA的產(chǎn)率。例如，與鋅酶BirA聯(lián)用可以提高DHA的產(chǎn)率；與NADH-硫酸還原酶聯(lián)用則可以提高LAH轉(zhuǎn)化率。2、基因表達調(diào)控裂殖壺菌的基因調(diào)控機制越來越受到研究者的關(guān)注。一系列研究表明，RpoE信號通路與DHA合成有強關(guān)聯(lián)，此外，其他信號通路比如HrcA和hslR對DHA合成也有著顯著影響，這些信號通路能夠通過調(diào)節(jié)BioF酶的基因表達來影響DHA的合成。3、生理反應(yīng)與Mg2+離子濃度的影響生理反應(yīng)和環(huán)境條件是DHA合成過程中的關(guān)鍵因素之一。研究表明，Mg2+離子對BioF酶的催化效率具有很大的影響。合理調(diào)整Mg2+離子濃度，不僅能提高DHA的產(chǎn)率，同時也能夠保證BioF酶的催化效率。四、結(jié)論通過對裂殖壺菌遺傳轉(zhuǎn)化體系以及DHA合成途徑的研究，我們可以得出如下結(jié)論：1、當前的研究進展表明，裂殖壺菌能夠穩(wěn)定地表達外源基因。2、酶催化合成DHA目前是裂殖壺菌DHA合成途徑中最為主流的方法。3、基因表達調(diào)控和生理反應(yīng)及環(huán)境條件是決定DHA合成