摘要:本期主要围绕酶的理性设计 (酶的祖先序列重建、酶的虚拟计算改造以及亲和标签影响)、氨基酸衍生转化产物 ((S)-2-羟基丁酸、l-2-氨基丁酸、5-氨基乙酰丙酸)、芳香族系列化合物 (黑色素、多巴胺、羟基酪醇) 的生物合成、功能糖与食品安全 (d-阿洛酮糖、α-葡聚糖、生物胺的降解) 等研究论文进行点评。本期多个产品的生物合成产量达到了公开报道的最高水平，感谢相关作者选择《生物工程学报》作为发表这些成果的期刊，并期待更多作者在《生物工程学报》上发表兼具创新性和实用性的研究成果。

摘要:产甲烷古菌是目前发现唯一能产生甲烷气体的微生物，也是自然界中生物甲烷的主要贡献者。甲基-辅酶M还原酶 (Methyl-coenzyme M reductase，Mcr) 负责产甲烷代谢中最后一步甲烷的生成与甲烷氧化代谢中第一步甲烷的激活反应。该酶的基因高度保守，被广泛应用于古菌的鉴定与系统发育研究。其特殊的辅因子F430及催化碳氢 (C-H) 键裂解的酶学机制也一直备受关注。近年来，在高分辨率蛋白结构和反应过渡态结构方面的重要突破有效地推动了Mcr结构与功能的研究。特别是最新发现的激活非甲烷烷烃厌氧降解的类甲基-辅酶M还原酶 (Mcr-like)，引起了众多研究者对该类酶激活惰性烷烃分子机制的浓厚兴趣。因此，文中概述了Mcr结构、功能及催化机制的最新研究进展，包括新发现的Mcr-like的研究情况，并展望了Mcr/Mcr-like酶在烷烃厌氧氧化及温室气体控制方面的未来研究方向。

摘要:喷司他丁是一种核苷类抗生素，对腺苷脱氨酶有极强的抑制效果，在临床治疗恶性肿瘤方面具有广泛应用。但其生产成本高、市售价格昂贵，难以满足需求。近10年来，关于生物合成喷司他丁的研究主要集中在菌种选育、优化培养基组分与发酵工艺等方面。目前，尽管喷司他丁的生物合成机制得到了阐明，但生物合成喷司他丁方面的综述尚无。对此，文中综述了喷司他丁的生物合成进展，为其进一步研究提供参考。首先，简介了喷司他丁的合成方法及其生产现状；其次，总结了喷司他丁在不同微生物中的生物合成机制；最后，探讨了生物合成喷司他丁所面临的问题，并提出调控微生物合成喷司他丁的策略，以期为喷司他丁的规模化生产提供指导。

摘要:糖苷类化合物在医药、食品、表面活性剂和化妆品等领域应用广泛，通过糖苷酶催化糖苷类化合物合成具有原料成本低、反应条件温和等优点。糖苷酶催化过程可分为逆水解反应和转糖苷反应两大类，但反应体系中的水会限制反应的进行，而适当降低体系中的水活度可以有效提高糖苷酶的催化效率。但游离的糖苷酶在低水活度时容易失活，限制了糖苷酶在低水环境下的应用。固定化酶技术通过载体和酶的相互结合能够有效提高酶结构的稳定性，使得糖苷酶能够在低水环境下甚至有机溶剂体系中保持酶活，从而实现糖苷酶在低水活度环境下的应用，提升糖苷合成效率。从糖苷酶催化性质出发，文中归纳了近30年来糖苷酶固定化的相关研究，其中包括单一或综合的固定化技术，以及近些年发展的结合基因工程的固定化技术，为糖苷酶的固定化及糖苷合成提供了可借鉴的思路和方法。

摘要:酶祖先序列重建是指通过计算机算法推导来自灭绝生物的祖先酶的氨基酸序列的技术。通常可分为6个步骤，依次为现代酶的核酸/氨基酸序列收集、多序列比对、系统发育树构建、祖先酶序列的计算机推测、基因克隆、酶学性质表征。该方法广泛应用于研究分子在行星时间尺度上对环境条件不断变化的适应性和进化机制。随着酶在生物催化领域中扮演越来越重要的角色，该方法逐渐成为研究酶序列、结构和功能关系的有力手段。同时，祖先酶大多具有温度稳定性、突变稳定性等特性，使其成为进一步定向进化的理想蛋白质支架。文中综述了酶祖先序列重建的计算机算法、应用和常用计算机软件，并结合最新研究进展，展望其在酶定向进化领域中的应用前景。

摘要:蛋白激酶CK2是一种常见的、进化保守的、普遍存在的蛋白激酶。近年来，越来越多的研究表明CK2具有多种磷酸化蛋白底物，这些底物在生长发育及各类疾病中都具有重要的作用，因此CK2可以通过调控这些底物的磷酸化参与这些生理过程。文中简要综述了蛋白激酶CK2的结构特征及其在生长发育、免疫、肿瘤等疾病中的生理功能，以期为进一步研究CK2的调控机制和应用提供理论依据。

摘要:苏氨酸醛缩酶催化醛和甘氨酸羟醛缩合，一步反应即可构建产物β-羟基-α-氨基酸的两个手性中心，从原子经济性和环境影响角度，是非常具有潜力的绿色合成光学纯β-羟基-α-氨基酸的方式之一。多个不同生物来源的苏氨酸醛缩酶得到分离和表征，较低的β-碳立体选择性以及反应过程中动力学和热力学控制难题，使其在合成应用中面临很大挑战。文中综述了近年来苏氨酸醛缩酶在基因挖掘、催化机理、高通量筛选与分子改造、合成应用等方面的研究进展，旨在为进一步研究提供参考。

摘要:2-羟基丁酸 (2-hydroxybutyric acid，2-HBA) 是合成生物可降解材料和各种药物的重要中间体，化学法合成的外消旋2-HBA需要去消旋才能获得光学纯对映异构体，应用于工业。文中通过在大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3) 中共表达苏氨酸脱氨酶 (Threonine deaminase，TD)、l-乳酸脱氢酶 (l-lactate dehydrogenase，LDH)和甲酸脱氢酶 (Formate dehydrogenase，FDH)，构建 (S)-2-HBA的合成途径及其辅因子NADH的循环系统，实现了基于三酶级联反应催化底物l-苏氨酸合成 (S)-2-HBA。为了解决多酶级联催化反应中中间产物2-酮丁酸的生成速率和消耗率不匹配的问题，文中通过启动子工程策略来调控TD和FDH的表达水平，获得了多酶催化速率平衡的重组大肠杆菌P21285FDH-T7V7827。在5 L发酵罐水平，全细胞催化反应16 h，(S)-2-HBA的最高产量为143 g/L，摩尔转化率为97%，为迄今报道的最高产量的1.83倍，使其具有较强的工业化应用潜力。此外，结果表明，在单细胞中构建可调节的多酶协调表达系统对生物催化制备羟基酸类化合物具有重要意义。

摘要:羟基酪醇是重要精细化学品，作为天然抗氧化剂被广泛应用于食品、医药领域。利用合成生物学技术生产羟基酪醇具有重要意义。本文克隆并功能鉴定了来源于大肠杆菌Escherichia coli BL21的羟化酶编码基因HpaBC，结果表明该酶的两个亚基均能成功表达并能催化酪醇生成羟基酪醇。通过CRISPR-Cas9技术将由tac启动子调控的HpaBC基因表达盒整合到前期构建的酪醇高产菌株YMG5A*R基因组中，同时删除副产物乙酸的合成途径，获得大肠杆菌代谢工程菌株YMGRD1H1。摇瓶发酵实验结果表明，重组菌株能够直接利用葡萄糖生产羟基酪醇，产量达到1.81 g/L，同时发现几乎没有副产物积累。5 L发酵罐规模的流加补料发酵实验表明，羟基酪醇最高产量达到2.95 g/L，是目前文献报道以葡萄糖从头合成羟基酪醇的最高水平。通过系统改造大肠杆菌，实现了羟基酪醇的大量合成，为进一步构建具有工业应用潜力的羟基酪醇细胞工厂奠定了基础，也为拓展芳香族化合物的微生物制造路线提供了有益的参考。

摘要:亮氨酸脱氢酶 (Leucine dehydrogenase，LDH) 是制备l-2-氨基丁酸的关键限速酶，针对该酶的Loop区域进行改造以提高关键酶的酶活及稳定性从而高效合成l-2-氨基丁酸。通过亮氨酸脱氢酶的分子动力学模拟分析均方根涨落 (Root mean square fluctuation，RMSF) 值，对其波动非常明显的Loop区域合理设计以得到比酶活提高的截短突变体EsLDHD2，其比酶活为野生型的123.2%；此外，由于l-2-氨基丁酸制备过程中苏氨酸脱氨酶催化l-苏氨酸制备2-酮丁酸的速率过快导致多酶催化不平衡，因此双拷贝亮氨酸脱氢酶及甲酸脱氢酶以平衡多酶催化速率，构建多酶级联催化的单细胞E. coli BL21/pACYCDuet-RM，其摩尔转化率相较于E. coli BL21/pACYCDuet-RO提高74.6%；对菌株E. coli BL21/pACYCDuet-RM的全细胞转化条件进行优化，其最适pH、温度、底物浓度分别为7.5、35 ℃和80 g/L，此时摩尔转化率大于99%；在1 L转化体系和最适转化条件下分批加入l-苏氨酸80 g和40 g，l-2-氨基丁酸的产量达97.2 g。总之，该策略为l-2-氨基丁酸的制备提供了绿色、高效的合成方法，具有工业化制备药物前体的巨大潜力。

摘要:多巴胺是多种天然抗氧化药物生物合成的前体物质，在人体内作为神经递质调控中枢神经系统的多种生理功能，常用于多种类型休克的临床治疗。目前，通过微生物合成技术已经实现了多巴胺的从头合成，但是合成效率很低。针对该问题，在左旋多巴 (l-DOPA) 大肠杆菌工程菌基础上，利用不同拷贝数质粒表达野猪Sus scrofa来源的多巴脱羧酶基因Ssddc，实现了葡萄糖到多巴胺的生产。为了进一步提高多巴胺合成效率，从100个候选基因中筛选出5个多巴脱羧酶基因进行测试，其中来源于人Homo sapiens多巴脱羧酶基因Hsddc的工程菌摇瓶发酵的多巴胺产量最高，达到3.33 g/L；而来源于果蝇Drosophila melanogaster多巴脱羧酶基因Dmddc的工程菌摇瓶发酵的左旋多巴残余量最低，仅有0.02 g/L；这两株工程菌分批补料发酵表明，多巴胺的产量可以分别达到13.3 g/L和16.2 g/L，左旋多巴残余量分别是0.45 g/L和0.23 g/L。将多巴脱羧酶基因Dmddc和Ssddc分别整合到基因组上，获得遗传稳定的工程菌，在分批补料发酵条件下，多巴胺产量最高达到17.7 g/L，是目前国内外报道的最高产量。

摘要:不同类型的亲和标签会影响酶的催化功能和酶学性质。近平滑假丝酵母Candida parapsilosis来源的(S)-羰基还原酶2 ((S)-carbonyl reductase 2，SCR2) 能催化2-羟基苯乙酮。文中在SCR2的N端添加不同类型的亲和标签，在大肠杆菌Escherichia coli中异源表达并纯化重组蛋白his6-SCR2、strep-SCR2和MBP-SCR2，研究了重组蛋白催化2-羟基苯乙酮的酶学性质。结果表明，不同类型的亲和标签对SCR2的酶学性质有一定的影响。其中，不同类型的亲和标签对重组蛋白稳定性影响较大：1) 在pH 6.0、30 ℃条件下保温13 h后，重组蛋白his6-SCR2和strep-SCR2的剩余酶活力是无融合标签SCR2的90.0%?95.2%，而MBP-SCR2的剩余酶活力是无融合标签SCR2的1.25倍。2) MBP-SCR2在50 ℃的半衰期比strep-SCR2、his6-SCR2和无融合标签SCR2长26.6%–48.8%。3) MBP-SCR2在?80 ℃存储60 d后，其酶活动力学参数kcat比his6-SCR2、strep-SCR2和无融合标签SCR2高1.25–1.45倍。根据三级结构分析推出重组蛋白MBP-SCR2中MBP的C末端的α螺旋具有稳定SCR2的N端无规则卷曲的作用，从而提高酶的稳定性。圆二色谱检测结果表明MBP标签对蛋白SCR2的二级结构有一定的影响，且解折叠温度 (Tm) 分析证明，MBP-SCR2的Tm比无融合标签SCR2提高近5 ℃。研究结果不仅为羰基还原酶家族增添了一种2-羟基苯乙酮的稳定高效催化剂MBP-SCR2，同时为其他短链醇脱氢酶的标签设计提供了借鉴和依据。

摘要:乙酸是木质纤维素类生物质水解液中的常见毒性抑制物，选育乙酸耐受性好的酿酒酵母菌株，有利于高效利用木质纤维素类生物质，发酵生产生物燃料和生物基化学品。目前对酿酒酵母抗逆性的研究多集中在转录水平，但对转运RNA (Transfer RNA，tRNA) 在耐受性中的作用研究较少。在对酿酒酵母抗逆性研究过程中发现，一些转运RNA基因在耐受性好的酿酒酵母菌株中转录明显上调。本文深入分析了精氨酸tRNA基因tR(ACG)D和亮氨酸tRNA基因tL(CAA)K过表达对酿酒酵母耐受木质纤维素水解液的影响。结果表明，在4.2 g/L乙酸胁迫条件下进行乙醇发酵时，过表达tL(CAA)K的菌株生长和发酵性能均优于对照酵母菌株，乙醇生产强度比对照菌株提高了29.41%，但过表达tR(ACG)D基因的菌株生长和代谢能力较对照菌株明显降低，体现了不同tRNA的不同调控作用。进一步分析发现，过表达tL(CAA)K的重组酵母菌株乙酸耐受性调控相关基因HAA1、MSN2和MSN4等胁迫耐受性相关转录因子编码基因的转录水平上调。本文的研究为选育高效利用木质纤维素资源进行生物炼制的酵母菌株提供了新的改造策略，也为进一步揭示酿酒酵母tRNA基因表达调控对抗逆性的影响提供了基础。

摘要:d-阿洛酮糖3-差向异构酶 (d-allulose-3-epimerase) 是异构化d-果糖生成d-阿洛酮糖 (d-allulose) 的关键酶。为提高d-阿洛酮糖3-差向异构酶的热稳定性并获得可重复使用的d-阿洛酮糖3-差向异构酶重组枯草芽孢杆菌固定化细胞，N端融合双亲短肽，通过聚丙烯酰胺凝胶电泳 (SDS-PAGE) 分析，异源d-阿洛酮糖3-差向异构酶在枯草芽孢杆菌中正确折叠，蛋白大小为33 kDa。40 ℃孵育48 h，SAP1-DSDPEase残余酶活仍保持在58%。固定化细胞最优条件为海藻酸钠浓度2%、二氧化钛添加量1︰4 (二氧化钛︰海藻酸钠)、氯化钙溶液浓度2%、戊二醛0.02%作为交联剂。该条件下固定化细胞酶活回收率高达82%，固定化细胞与游离细胞相比，最适反应温度不变均为80 ℃，热稳定性提高，连续10次操作使用，酶活回收率仍保留58%，机械强度仍保持100%，转化率仍保持在28.8%，残余酶活保持在70.5%。在海藻酸钠溶液中加入二氧化钛可减少固定化细胞的细胞泄露，增大了机械强度。

摘要:5-氨基乙酰丙酸 (5-aminolevulinic acid，5-ALA) 在医药和农业等领域有着广泛作用，目前主要采用大肠杆菌或谷氨酸棒杆菌以微生物发酵法合成。为了进一步提高谷氨酸棒杆菌合成5-ALA的能力，对其C4代谢途径进行了系统代谢改造。首先分别在谷氨酸棒杆菌中异源表达荚膜红杆菌和沼泽红假单胞菌的5-氨基乙酰丙酸合成酶ALAS，选择酶活相对较高的沼泽红假单胞菌的RphemA基因作为关键合成酶基因，并筛选到能显著增强RphemA的酶活性的核糖体结合位点RBS5。重组菌株ALAS的比酶活可达 (221.87±3.10) U/mg，且5-ALA产量提高了14.3%；随后通过敲除α-酮戊二酸脱氢酶抑制蛋白基因 (odhI) 和琥珀酸脱氢酶基因 (sdhA)，促进了前体琥珀酰CoA向5-ALA途径的流动；通过sRNA抑制hemB表达减少了5-ALA的降解；并且过表达半胱氨酸/O-乙酰丝氨酸转运蛋白eamA提高了5-ALA的输出效率；使用重组菌株C. glutamicum 13032/?odhI/?sdhA-sRNAhemB-RBS5RphemA-eamA摇瓶发酵，5-ALA最高产量达11.90 g/L，较出发菌株提高了57%。最后，在5 L发酵罐中进行补料分批发酵，48 h内5-ALA的产量达25.05 g/L，为目前以葡萄糖为碳源发酵的最高产量。本研究构建了高产5-ALA重组谷氨酸棒杆菌，具有良好的工业应用前景。

摘要:脱水应答元件结合蛋白 (Dehydration-responsive element binding proteins，DREBs) 是一类重要的植物耐逆相关转录因子。蒙古沙冬青Ammopiptanthus mongolicus是中国西北荒漠区特有的强耐逆常绿阔叶灌木。为探明其AmDREB1F基因在耐受非生物逆境中的功能和作用机理，文中对该基因编码蛋白的亚细胞定位、表达模式和转基因拟南芥的耐逆性进行了分析。结果表明：AmDREB1F编码的蛋白质定位于细胞核内；在室内培养幼苗中，该基因在正常条件下不表达，在低温和干旱胁迫下有较明显表达，在高盐和高温胁迫下仅有微弱表达，而在脱落酸 (Abscisic acid，ABA) 处理下不表达；在野外生长植株的叶片中，其表达量在秋末、冬季和早春远高于其他季节，而不同器官相比，其在根和未成熟果荚中的表达量远高于其他器官；将AmDREB1F在拟南芥中组成型表达可提高多个受DREBs调控的胁迫响应基因的转录水平，增强转基因株系对干旱、高盐和低温以及氧化胁迫的耐性，同时导致其生长发育延滞，外施赤霉素3可消除生长延滞现象；将该基因进行胁迫诱导表达也可提高转基因拟南芥对上述非生物胁迫的耐受性，而不影响其生长发育。这些结果说明AmDREB1F可能通过ABA非依赖的信号途径在响应和耐受逆境胁迫中起正调节作用。

摘要:自CRISPR/Cas9基因编辑系统成功应用于模式生物以来，因其快速、高效、便捷等特点，广泛应用于基因功能研究、基因治疗和基因工程等研究领域。与此同时，CRISPR/Cas系统不断在微生物界的发现也加速了新的基因编辑工具的不断涌现。CRISPR/Cpf1是第二类 (Ⅴ型) 能够编辑哺乳动物基因组的CRISPR系统，相比于CRISPR/Cas9基因编辑系统，能够利用5′T-PAM富集区增加基因组覆盖率，具有其切割位点为粘性末端和更不易同源重组修复等诸多优势。基于此，本研究构建了能够在家蚕细胞表达的3个不同来源的CRISPR/Cpf1 (AsCpf1、FnCpf1和LbCpf1) 表达载体，选择高度保守的家蚕热休克蛋白基因BmHSP60和家蚕ATP酶家族BmATAD3A基因分别设计靶标gRNA，构建gHSP60-266R和gATAD3A-346R基因编辑载体。通过T7E1酶切分析和T克隆测序，鉴定3个Cpf1基因编辑系统AsCpf1、FnCpf1和LbCpf1对靶标基因BmHSP60和BmATAD3A的编辑效率。同时，利用Western blotting分析不同基因编辑系统敲除靶基因后对其BmATAD3A和BmHSP60蛋白翻译的影响。本研究成功构建了家蚕CRISPR/Cpf1基因编辑系统，能够在家蚕细胞中有效编辑家蚕基因组，为家蚕基因功能研究、基因工程和遗传育种开发了新技术与新方法。

摘要:为了初步探究魔芋热激转录因子HSFB1基因及其启动子的功能，以白魔芋Amorphophallus albus为试材，利用同源克隆方法获得长度为1 365 bp的AaHSFB1基因序列。qRT-PCR结果表明：AaHSFB1基因对热胁迫较敏感，在根中的表达量表现出先升后降的趋势，并在热处理1 h时表达丰度最高；在热处理12 h时，叶片中的表达量也达到最高，在整个热处理时段内球茎中的表达量变化不大；亚细胞定位结果显示AaHSFB1定位于细胞核内。再利用FPNI-PCR法通过三轮步移扩增得到1 509 bp的AaHSFB1启动子序列。生物信息学分析表明：AaHSFB1含有热胁迫响应元件HSE及多种与植物发育及逆境应答相关的顺式作用元件。为进一步分析AaHSFB1启动子的功能，构建融合表达载体prAaHSFB1::GUS，利用农杆菌介导法转入拟南芥，热处理后对转基因拟南芥进行GUS组织化学染色鉴定，结果显示其表达部位主要在叶中。因此推测AaHSFB1可能在白魔芋抗外界逆境特别是热胁迫中起重要作用。

摘要:4,6-α-葡萄糖基转移酶 (4,6-a-GTs) 能以直链淀粉为底物合成含a(1-6) 键的a-葡聚糖，在酶法合成膳食纤维中具有很大的应用潜力。根据4,6-a-GTs氨基酸序列中的保守区段设计引物，从发酵乳杆菌Lactobacillus fermentum基因组中PCR扩增得到一条假定GTFB-like 4,6-a-GTs基因 (命名为gtf16)，构建重组质粒pET15b-gtf16并在宿主大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3) 成功表达，纯化后对其进行酶学表征。结果表明，该酶最适pH为5.0，最适温度为40 ℃。通过薄层色谱、NMR光谱、水解酶水解等检测手段对Gtf16酶转化产物进行系统的表征，发现其产物具有以下特征：与已报道的来源于罗伊氏乳杆菌Lactobacillus reuteri 121菌株的4,6-α-葡萄糖基转移酶-GtfB与直链淀粉作用后的产物异麦芽寡糖结构类似；产物键型中a(1-6) 键占比可达75%，产物平均分子量为23 793 Da；产物被消化酶水解后得到的抗消化成分含量可达88.22%。

摘要:拉格啤酒酵母是我国啤酒酿造的主要菌种。细胞絮凝是啤酒酵母重要的生产性状，在不影响发酵性能的情况下适度提高酵母的絮凝能力，有助于发酵结束时细胞和产物的分离，有利于工业化啤酒生产，具有较高的经济价值。前期在对一株工业用拉格啤酒酵母G03及其絮凝突变株的研究中，挖掘到一个可能影响啤酒酵母絮凝性的候选基因RIM21。为了验证该基因的作用，文中在G03中对RIM21进行了敲除，发现RIM21敲除后，酵母在11 ℃发酵条件下的絮凝性能增强，基因FLO5、Lg-FLO1及细胞壁完整性途径中的部分基因表达上调。同时，CO2失重、酒精度、发酵度等发酵指标未有明显变化。另外，发现RIM21的缺失增强了啤酒酵母对细胞壁抑制剂的耐性。研究结果为阐释低温发酵条件下啤酒酵母的絮凝调控机理及菌株絮凝性的改善提供了基础。

摘要:多铜氧化酶 (Multicopper oxidase，MCO) 家族中的某些酶可以通过氧化反应降解食品中的胺类危害物生物胺。然而酶在催化时因为持续被氧化可能会影响整个反应过程中MCO的活性及稳定性，使酶的催化效率和降解生物胺的能力下降。文中成功在大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3) 中构建并表达了来源于发酵乳杆菌Lactobacillus fermentum的多铜氧化酶 (MCOF) 与枯草芽孢杆菌过氧化氢酶 (CAT) 的融合酶。8种融合酶对H2O2的耐受性提高了51%–68%，融合酶CAT&MCOF在降解组胺的过程中稳定性比MCOF提高了17.3%。以2,2′-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS)为底物时，CAT&MCOF对底物的亲和力 (Km) 提高了1.0倍，催化效率 (kcat/Km) 提高了1.7倍，摩尔比酶活提高了1.2倍，且在酸性 (pH 2.5–4.5) 和中高温 (35–55 ℃) 条件下的稳定性都有不同程度的提高。此外，CAT&MCOF对腐胺、尸胺和组胺的降解率分别为31.7%、36.0%和57.8%，分别比MCOF提高了132.5%，45.7%和38.9%。多铜氧化酶与过氧化氢酶融合表达提高酶催化稳定性和催化效率的策略将为通过酶的分子改造提高其应用特性提供参考。

摘要:为明确黑芝麻多酚氧化酶的酶学性质，利用大肠杆菌Escherichia coli原核表达了黑芝麻多酚氧化酶 (Black sesame polyphenol oxidase，BsPPO)。将合成的基因构建至pMAL-c5x载体，并在大肠杆菌中进行表达，对重组蛋白进行分离纯化及融合标签切除，获得的BsPPO蛋白用于酶学性质探究。结果表明，合成的Bsppo基因1 752 bp，编码585个氨基酸，理论蛋白分子量为65.3 kDa；构建的pMAL-c5x-Bsppo重组质粒在大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3) 中可溶表达了MBP-BsPPO蛋白；酶切去除MBP融合标签后对BsPPO进行了酶学性质研究，结果表明BsPPO的最适温度和pH分别为25 ℃和4.0，在低温和弱酸性环境中有较好的稳定性。短时间低强度的光照和Cu2+可激活BsPPO的活性，Zn2+和Ca2+能抑制其活性。BsPPO可催化单酚、二酚以及三酚类化合物，对l-酪氨酸以及香草酸表现出较高的催化活性，此外BsPPO还对黑芝麻中含有的2-甲氧基肉桂酸、吲哚3-羧酸和根皮素表现出良好的催化活性。研究结果为黑芝麻多酚氧化酶酶学特性的明确奠定了理论基础。

摘要:为了建立定量检测人血清中Ⅰ型前胶原氨基端肽 (Type Ⅰ procollagen N-terminal peptide，PINP) 的化学发光免疫分析检测方法，首先在谷氨酸棒状杆菌中分泌表达了PINP-α1链重组蛋白，以其为免疫原制备单抗，获得了2B10、8C12和1F11共3株可稳定分泌抗PINP-α1链的单抗杂交瘤细胞株。进一步配对筛选后，以单抗8C12偶联生物素作为捕获抗体，单抗1F11标记辣根过氧化物酶作为检测抗体，二者与样本中的PINP结合形成夹心复合物，再与包被有链霉亲和素的磁微粒形成完整的检测系统，从而定量检测人血清中PINP的浓度。对该方法进行条件优化后，确定捕获抗体、检测抗体的最佳工作浓度均为3 μg/mL，孵育时间为30 min；本方法的最低检测限为1.22 ng/mL，批内、批间的变异系数均在10%以内，线性范围为5–1 100 ng/mL，回收率在93%–107%之间。通过对160份临床样本进行检测，本方法检测结果与罗氏诊断试剂盒检测结果的相关系数R2为0.906 2。开发的磁微粒化学发光免疫分析检测方法可定量检测人血清中PINP的含量，有望成为骨骼疾病检查的辅助手段。

摘要:来源于粉红螺旋聚孢霉Clonostachys rosea的玉米赤霉烯酮水解酶 (ZHD101) 可以有效降解谷物农副产品和饲料中的霉菌毒素玉米赤霉烯酮 (Zearalenone，ZEN)，但是，该酶的热稳定性较低，限制了其在工业中的应用。由于水解ZEN的反应没有吸光值的变化，不适合高通量筛选。本文以ZHD101为模式酶，进行计算虚拟突变并结合实验验证。通过比对不同温度下的分子动力学模拟轨迹，选取32个柔性位点；再通过位置特异性评分和酶构象自由能计算，从32个柔性位点上的608个虚拟饱和突变体中筛选出12个突变体。经实验验证，其中3个突变体N156F、S194T和T259F的热熔融温度有一定程度的提升 (ΔTm>4 ℃)，且酶活性与野生型类似甚至更高 (相对酶活性为95.8%、131.6%和169.0%)。分子动力学模拟分析显示，导致3个突变体热稳定性提高的可能作用机理分别为NH-π作用力、盐桥重排和分子表面空穴填充。将3个突变体进行迭代组合突变，N156F/S194T表现出最高的热稳定性 (ΔTm=6.7 ℃)。这项工作表明基于柔性区域的虚拟饱和突变在酶稳定性改造上的可行性，探索计算虚拟改造结合实验验证的酶改造策略。

摘要:微信小程序“无需安装，触手可及”的便捷性使其在移动端辅助实验教学的应用中独具优势。为优化考核评价体系，提高实验教学质量与效果，利用自制微信小程序辅助构建过程考核评价体系，并创新性地应用于2019级生物工程2班“无机化学实验”的教学实践中，以“评”促“教” “学”。结果表明，2019级生物工程2班学生的课程成绩显著优于对照组；过程评价考核环节与期末考试成绩相关性显著。说明小程序辅助的过程考核评价体系能较好地反映学生的学习效果，并有效提高课程成绩，使学生更好地掌握无机化学实验相关知识。问卷调查结果也表明师生对小程序辅助教学认可度较高。

摘要:微生物工程是一门实践性和应用性较强的课程。让学生走进企业的生产线进行实践性学习是必不可少的教学环节。实习资源不足一直是限制微生物工程课程开展高水平实习教学的瓶颈。利用信息技术搭建的虚拟化生产线不但可以使学生从中学习复杂的生产系统中的理论性知识，还能进行更深层次的虚拟操作，从而促进学生实践能力和创新能力的形成。为了更好地发挥虚拟仿真实验项目在本科教学中的作用，文中对微生物工程类虚拟仿真实验项目的教学价值进行了归纳，对其建设进展和特点进行了总结，对限制其共享应用的主要问题进行了分析并提出了解决方案。

摘要:“分子生物学”是中医院校为医学生开设的专业基础课，课程特征是逻辑性强、核心概念多、生物过程复杂。为加强学生对教学内容的理解和应用，培养学生高阶思维能力，我们探索了将思维导图模型融入教学的课前、课中、课后3个环节中：通过“九宫分析法”模型提出教学问题、“六顶思考帽”模型创新课堂教学及“金字塔原理”模型复盘教学内容帮助学生构建思考力闭环。以相关知识内联和发散为指导思想，通过思维可视化加强学生对知识点的理解。根据问卷调查，有91%的同学认为思维导图模型的应用是一种有效的教学方法，可实现提高课堂效率、提升教学效果的目的，有76%的同学尝试将这种方法用于其他课程的学习，认为对个体思考力的提高有帮助。据此，思维导图模型应用于教学环节对培养学生高阶思维能力有重要意义，为高校课程教学提供一种新思路。

摘要:文中对照成果导向教育 (Outcome-based education，OBE) 的教学理念，详细阐述笔者教学团队经过5个轮次的教学实践和持续改进，逐步形成的“生物工程项目实践创新课程”教学逻辑与教学方法，重点阐述了课程教学项目的遴选、教学过程的实施方式、课程过程性考核办法以及“监控-评价与反馈-改进”的课程质量保障体系等内容。通过分析3届生物工程专业学生的课程成绩分布与课程目标达成情况，发现笔者教学团队所形成的“生物工程项目实践创新课程”教学逻辑与方法可以大幅提升学生学习的主观能动性及学生成绩，也可以保证学生课程目标的达成。因此，文中所述教学逻辑与教学方法有望为当今工程教育专业认证背景下本科院校工科专业项目实训的教学改革提供基础，为培养适应新时代需求的理论知识扎实、创新思维好、团结协作能力佳和解决复杂工程问题能力强的新型综合人才奠定基础。

摘要:素质教育课程作为大学教育的重要组成部分，具备课程思政建设的良好基础。北京化工大学素质教育课程“生命科学导论”是校级课程思政示范课程，教师积极挖掘课程的思政元素，形成了覆盖全部章节的18个教学案例，并通过BOPPPS教学模式将其融入课堂教学中，在传授课程知识的同时润物无声地使学生实现思想升华，教学效果良好。文中介绍了课程的建设、改革与实施情况。

摘要:“新工科”建设是以培养工程实践能力、创新能力和国际竞争力的高素质复合型人才为目标，双语课程已成为培养既懂专业又能进行国际交流的复合型人才的有效手段之一。然而，大多数双语课程教学效果不是很理想。本文在分析当前双语教学普遍存在问题的基础上，以环境生物技术双语课程为例，从教学模式构建、质控体系建立、教材选用和考核方式优化等方面探讨了改进的策略，从提高教师教学能力、学生学习热情和学校政策保障等方面总结了既往的经验和不足，以期为提高双语教学效果提供借鉴。

摘要:蛋白质与酶工程是生物技术专业的核心、必修课程，在专业人才培养体系中具有重要地位。文中以教育部颁布的《高等学校课程思政建设指导纲要》为依据、结合专业及课程特色，科学设定教学目标，深入挖掘课程思政教育元素，从融入内容、方法路径及评价等方面进行了课程思政教学改革的探索和实践。通过精心开展教学设计，利用对分课堂、以学生为中心，从讲故事、谈生活、说案例、议热点、读文献、做训练入手，激发并培养学生的科学精神、公民品格、全球视野、生态文明、法治意识、家国情怀和文化自信素养，促进课程思政教育有机融入教学全过程，实现课程育人目标的同时推动教学卓越。

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