摘要:微藻是地球上最丰富的光合单细胞真核生物之一,被认为是各种工业应用的替代可持续资源。衣藻是一种新兴的微藻模型,可通过多种生物技术工具进行操作,以生产高价值的生物产品,如生物燃料、生物活性肽、色素、保健食品和药物。具体而言,莱茵衣藻已成为不同基因编辑技术的研究对象,这些技术可用于调节微藻代谢物的产生。目前可用的主要核基因组编辑工具包括锌指核酸酶 (ZFN)、转录激活因子样效应核酸酶 (TALEN),以及最近发现的成簇的规律间隔的短回文重复序列 (CRISPR)-CRISPR 相关蛋白 (Cas) 核酸酶系统。后者表现出了有趣的编辑能力,已成为基因组编辑的重要工具。在本综述中,我们重点介绍了有关 CRISPR-Cas 在莱茵衣藻基因工程中的方法和应用的现有文献,包括最近的转化方法、最常用的生物信息学工具、Cas 蛋白和 sgRNA 表达的最佳策略、CRISPR-Cas 介导的基因敲入/敲除策略,以及最后与 CRISPR 表达和修饰方法相关的文献。
(发行日期)2021-03-31(资源类型)书籍部分(版本)接受手稿(权利)©2021 Springer Nature Singapore Pte Ltd.
背景肺癌是全球癌症死亡的主要原因[1]。非小细胞肺癌(NSCLC)约占肺癌的85%[2]。目前,NSCLC的主要治疗方法是化疗、手术、放疗和靶向治疗[3],但五年生存率低至18%,且可能导致严重的副作用和耐药性[4,5]。因此,迫切需要开发治疗非小细胞肺癌的有效药物。地球总物种的25%由海洋物种组成。这些化合物中的许多具有特殊的生物活性和化学结构,可作为许多疾病的潜在药物[6,7]。这些海洋植物提取物大多已被证实具有抗癌[8,9]、抗炎[10,11]、抗病毒[12,13]等作用。从海洋植物提取物中提取的海洋药物受到越来越多的关注。褐藻是海洋中的一种大型藻类。岩藻固醇是褐藻乙醇提取物中的一种藻类植物固醇,已被证实具有多种生物活性,包括抗氧化[14-16]、抗炎[17-19]、抗癌[20]、抗菌[21]、抗抑郁[22]等。先前的研究报道了岩藻固醇在抗宫颈癌[20]、抗白血病[23]、抗结直肠癌[24]等方面的作用,但关于岩藻固醇治疗非小细胞肺癌的机制研究很少,其潜在的治疗靶点和相关途径尚未详细报道。
纽约州的水生资源在全国名列前茅。州居民受益于这样一个事实:这些资源并非孤立存在,而是从长岛东端到西部的尼亚加拉河,从北部的圣劳伦斯河到南部的特拉华河,都可以找到。这些资源及其所蕴藏的动植物为州和当地社区提供了丰富的公共卫生、经济和生态效益,包括饮用水、旅游、水上娱乐和其他生态系统服务。有害藻华 (HAB) 主要发生在纽约州的积水(即湖泊和池塘)中,近年来变得越来越普遍,并影响了这些资源所提供的价值和服务。
从微藻中提取的富含胞外多糖 (EPS) 的提取物具有广泛的生物活性,包括抗菌和抗真菌特性。然而,这些特性因微藻种类、所用的抗菌检测方法和所选的目标微生物而异。这项研究旨在调查从五种很少在此方面研究的微藻中获得的富含胞外多糖的提取物的抗菌特性。本研究选定的目标微生物包括革兰氏阳性菌 (枯草芽孢杆菌) 和革兰氏阴性菌 (铜绿假单胞菌)、真菌 (枝孢菌) 和微藻 (小球藻)。使用扩散测定法、肉汤微量稀释测定法和使用吸光度的生长测量来比较方法并充分评估抗菌特性。使用吸光度测量,对于至少一种富含 EPS 的微藻提取物,所有目标物种的生长率抑制率至少达到 80%。在 500 mgGlcEq · L − 1 的浓度下,枯草芽孢杆菌的活性提取物大部分来自莱茵衣藻(生长抑制率 87.1%)、普通念珠藻(53.7%)和多色紫球藻(46.4%)。发现莱茵衣藻(86.2%)、普通念珠藻(59.9%)和紫球藻(31.1%)的富含 EPS 的提取物对铜绿假单胞菌最有效。微绿球藻(86.0%)、莱茵衣藻(16.6%)和多色紫球藻(17.8%)的 EPS 提取物的抗真菌活性最高。结果表明,富含 EPS 的 N. commune 提取物(99.3%)、C. reinhardtii 提取物(84.8%)和 M. gaditana 提取物(84.1%)可抑制微藻生长。据我们所知,这项研究首次探索了富含 EPS 的微藻提取物的杀藻特性,为未来研究其潜在应用确定了有希望的候选物。
微藻作为光合生物,有可能生产用于食品,饲料,化妆品,营养素,燃料和其他应用的生物分子。更快的增长率以及更高的蛋白质和脂质含量使微藻成为许多工业应用的流行底盘。但是,诸如低生产率和高生产成本之类的挑战限制了其商业化。为了克服这些挑战,已经采用了生物工程方法,例如基因工程,代谢工程和合成生物学,以提高基于微藻的产品的生产率和质量。采用基因组编辑工具(例如CRISPR/CAS)的基因工程允许精确且有针对性的遗传修饰。CRISPR/CAS系统目前用于修改微藻的遗传组成,以增强特定生物分子的产生。但是,由于某些局限性,这些工具尚未在微藻中明确探索。尽管基于CRISPR的生物工程方法取得了进展,但仍然需要进一步研究以优化基于微藻的产品的生产。这包括提高基因组编辑工具的效率,了解微藻代谢的调节机制以及优化生长条件和培养策略。此外,解决与微藻的遗传修饰有关的道德,社会和环境问题对于基于微藻的产品的负责发展和商业化至关重要。审查将帮助研究人员了解进度并启动微藻中的基因组编辑实验。本评论总结了基于CRISPR的生物工程的进步,用于生产具有工业重要的生物分子的生产,并提供了在微藻中使用CRISPR/CAS系统的关键注意事项。
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工程生物材料 (ELM) 是一类新型功能材料,其特点是将生物成分在惰性聚合物基质内进行空间限制,以重现生物功能。了解基质内细胞群的生长和空间配置对于预测和改善其响应潜力和功能至关重要。本文研究了真核微藻莱茵衣藻 (C. reinhardtii) 在三维形状的水凝胶中的生长、空间分布和光合生产力,这些生长、空间分布和光合生产力取决于几何形状和尺寸。嵌入的莱茵衣藻细胞进行光合作用并形成受限的细胞簇,由于有利的气体交换和光照条件,当细胞簇靠近 ELM 外围时,它们生长得更快。利用位置特定的生长模式,这项研究成功设计和打印了具有更高 CO 2 捕获率的光合 ELM,具有高表面积体积比。这种控制细胞生长以提高 ELM 生产力的策略类似于多细胞植物叶片中已经建立的适应性。
1 码头调查研究所。Unidad Asociada de Fitoplancton Tóxico (CSIC-IEO)。Vigo 2 Laboratorio de Sanidad 外观。领土政治和公共行政部。Vigo pilar.riobo@vi.ieo.es 目录 1.摘要 2.亲水性毒素:2.1。PSP 毒素:STX 2.2 组。ASP 毒素:多莫酸 3.亲脂性毒素 3.1 一般提取程序 3.2 DSP 毒素:冈田酸组 3.3 AZP:Azaspiracids 3.4 海葵毒素 3.5 雪卡毒素 3.6 NSP:短藻毒素 4. div>尚未证实对人类有影响的脂溶性毒素 4.1 YTX 组 4.2 PTX 组 4.3 环状亚胺组:Espirolids、Gymnodimines、Pinnatoxins 和 Pteriatoxins 5.结论 6.< div> 致谢 7.参考文献 1.摘要 藻毒素是海洋生物合成的天然产物微藻,尤其是属于甲藻类的微藻。目前已知约有 20 种甲藻和少量硅藻会产生藻毒素,这些藻类占所有微藻种类的不到 2%。众所周知,它们会在从热带到极地纬度的整个食物链中产生中毒综合症 (Hallegraeff, 1993)。海洋生物毒素是结构差异很大的非蛋白质化合物,其分子量介于250-3500道尔顿。它们的物理化学性质根据其极性、亲脂性、热稳定性、对pH、氧气和光的敏感性等而变化。生物毒素中毒的危险对人类的影响在于其急性和慢性影响。食用受海洋生物毒素污染的海鲜可能会导致严重疾病,影响:麻痹性贝类中毒 (PSP) 中的神经系统、腹泻性贝类中毒 (DSP) 中的肠道系统以及失忆性贝类中的记忆丧失中毒(ASP)。在多个国家的海鲜中发现的其他知名毒素是短尾藻毒素 (BTX)、雪卡毒素 (CTX)、海葵毒素 (PLTX) 和河豚毒素 (TTX)。它们的作用方式尚不清楚,(Hu 等人,2001;Miles 等人,
靶标 引物/探针 序列 5′ → 3′ 参考 18S rDNA SSUF1 AACCTGGTTGATCCTGCCAGTAGTC ( 1 ) SSUR1 TGATCCTTCTGCAGGTTCACCTACG 28S rDNA 28SF1 AAGCATATCAATAAGCGGAGG ( 2 ) 635 GGTCCGTGTTTCAAGACGG 细胞色素 B cytB_F1 GYGTWGAACAYATTATGAGAG ( 3 ) cytB_R2 WACCCATAARAARTACCATTCWGG 附表 2. 18S rDNA 核糖体亚基、28S rDNA 核糖体亚基 D1/D2 区和部分细胞色素 B 基因的序列分析。使用基本局部比对搜索工具 (BLAST) 查询 NCBI 数据库(访问于 2024 年 7 月)