Advanced Biotechnology

Tối ưu hóa chuyển hóa carbon trung tâm (CCM) là một chiến lược hấp dẫn và thách thức để cải thiện sinh tổng hợp các hóa chất có giá trị do sự điều tiết phức tạp của CCM trong nấm men. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã kích hoạt hiệu ứng Warburg tương tự của các tế bào ung thư trong các chủng nấm men bằng cách giới thiệu phức hợp yếu tố cảm ứng thiếu oxy-1 (HIF-1) của con người, phức hợp này điều chỉnh biểu hiện của nhiều enzyme tham gia vào CCM và định hướng lại dòng chuyển hóa từ quá trình glycosis sang chu trình axit tricarboxylic. Sự định hướng lại này đã thúc đẩy sản xuất squalene tăng 2,7 lần so với chủng đối chứng BY4741. Hơn nữa, phức hợp HIF-1 đã tăng cường sản xuất triterpenoid nội sinh ergosterol lên 1145,95 mg/L và triterpenoid ngoại sinh lupeol lên 236,35 mg/L trong nuôi cấy trong bình lắc, tăng 10,5 lần và 9,2 lần so với các chủng biến đổi mà không có sự tích hợp phức hợp HIF-1, tương ứng. Nghiên cứu này cung cấp một chiến lược mới để tối ưu hóa CCM bằng hiệu ứng Warburg trung gian HIF-1 của các tế bào ung thư nhằm cải thiện sinh tổng hợp triterpen trong nấm men.

Phân tích quang phổ khối hình ảnh (MSI) là một công cụ quý giá cho phép các nhà nghiên cứu khảo sát nhiều hợp chất, peptide và protein trong một mẫu vật, cung cấp những hiểu biết chi tiết ở cả cấp độ nguyên tố và phân tử. Công nghệ đổi mới này chuyển đổi thông tin thu được từ một thiết bị quang phổ khối—bao gồm độ mạnh ion, tỉ lệ khối lượng trên điện tích và tọa độ phân tử ion hóa—trong một khu vực xác định thành một mô hình dựa trên pixel. Do đó, nó tái tạo cấu trúc phân bố không gian của các ion, cho phép hiểu biết toàn diện về cảnh quan phân tử. Ý nghĩa của MSI nằm ở khả năng cung cấp nhiều lợi ích, bao gồm chuẩn bị mẫu đơn giản và độ nhạy đáng kinh ngạc, tất cả đều đạt được mà không cần đánh dấu. Đặc biệt trong lĩnh vực sinh học thực vật, MSI thường được áp dụng để nghiên cứu sự phân bố của các chuyển hoá mục tiêu và các thành phần khác trong mô thực vật. Bài đánh giá này đi sâu vào các nguyên tắc cơ bản, đặc điểm nổi bật, những ưu điểm và ứng dụng của ba công nghệ MSI nổi bật. Hơn nữa, chúng tôi mong muốn hỗ trợ độc giả trong việc sử dụng MSI trong nghiên cứu sinh học thực vật của họ bằng cách thảo luận về các thách thức chính, đề xuất các giải pháp khả thi và làm sáng tỏ triển vọng tương lai liên quan đến công nghệ tiên tiến này.

Biến thể đáng lo ngại (Variants of Concern - VOCs) của SARS-CoV-2 (Virus corona gây hội chứng hô hấp cấp tính nghiêm trọng 2), chẳng hạn như các biến thể phụ Omicron, đặt ra những thách thức lớn trong việc kiểm soát đại dịch do khả năng của chúng trong việc thoát khỏi kháng thể và vượt qua mức bảo vệ của vắc xin. Việc phát hiện ra các kháng thể có khả năng dung nạp sự đột biến trong các VOC và hiểu rõ các cơ chế bên dưới là rất quan trọng cho sự phát triển các liệu pháp điều trị cho bệnh nhân COVID-19, đặc biệt là đối với những bệnh nhân mà các liệu pháp khác có thể không phù hợp. Trong nghiên cứu này, chúng tôi báo cáo việc trung hòa biến thể Omicron bởi FD20, một kháng thể đơn dòng của con người hoạt động mạnh mẽ. Khác với một kháng thể đối chứng được phê duyệt lâm sàng, FD20 trung hòa Omicron với giá trị IC₅₀ tương đương với những gì được quan sát cho các VOC đã lưu hành trước đó và chủng gốc được báo cáo tại Vũ Hán. Tận dụng thông tin cấu trúc, chúng tôi cung cấp cái nhìn sâu sắc về khả năng chịu đựng đột biến của kháng thể này trong biến thể Omicron. Kết quả khuyến khích việc phát triển FD20 như một lựa chọn điều trị cho COVID-19 do các VOC hiện tại và có thể xảy ra trong tương lai gây ra.

Các nhà máy tế bào vi sinh vật đã đạt được nhiều tiến bộ trong việc sản xuất nhiên liệu, sản phẩm tự nhiên và hóa chất số lượng lớn. Tuy nhiên, trong quá trình lên men công nghiệp, các tế bào vi sinh vật thường phải đối mặt với nhiều rối loạn có thể dự đoán và ngẫu nhiên do độc tính của các metabolite trung gian hoặc sản phẩm cuối cùng, gánh nặng chuyển hóa và môi trường khắc nghiệt. Những rối loạn này có thể giảm năng suất và mật độ sản phẩm. Do đó, độ bền của các chủng vi sinh vật là rất cần thiết để đảm bảo hiệu quả sản xuất đáng tin cậy và bền vững. Trong bài đánh giá này, các chiến lược hiện tại để cải thiện độ bền của chủ nhà đã được tóm tắt, bao gồm các phương pháp kỹ thuật dựa trên kiến thức, chẳng hạn như các yếu tố phiên mã, màng/ transporter và protein phản ứng stress, cùng với quá trình tiến hóa thích nghi truyền thống dựa trên chọn lọc tự nhiên. Thiết kế chủ vi sinh vật công nghiệp bền vững hỗ trợ bởi tính toán (ví dụ: GEMs, học sâu và học máy) cũng đã được giới thiệu. Hơn nữa, các thách thức và viễn cảnh trong tương lai về cải tiến độ bền của chủ vi sinh vật đã được đề xuất nhằm thúc đẩy phát triển các nhà sản xuất sinh học xanh, hiệu quả và bền vững.

Quá trình cắt nối thay thế (AS) làm giàu đáng kể sự đa dạng của hệ gen phiên mã và proteom, đóng vai trò chủ chốt trong sinh lý học và sự phát triển của các sinh vật nhân chuẩn. Với sự tiến bộ không ngừng của các công nghệ giải trình tự gen cao thông lượng, ngày càng nhiều các isoform phiên mã mới, cùng với các yếu tố liên quan đến quá trình cắt nối và các chức năng liên quan của chúng, đang được khám phá. Trong bài tổng quan này, chúng tôi tóm tắt ngắn gọn và so sánh các cơ chế cắt nối khác nhau giữa vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn. Hơn nữa, chúng tôi cung cấp cái nhìn tổng quan rộng rãi về những tiến bộ gần đây trong nhiều nghiên cứu về AS, bao gồm các giai đoạn phát triển khác nhau ở các loài thực vật đa dạng và phản ứng với nhiều loại stress phi sinh học khác nhau. Thêm vào đó, chúng tôi thảo luận về các kỹ thuật hiện đại để nghiên cứu chức năng và định lượng các phiên bản AS, cũng như các sản phẩm protein của chúng. Bằng cách tích hợp các nghiên cứu di truyền, các phương pháp định lượng và các kỹ thuật omics cao thông lượng, chúng ta có thể khám phá các isoform phiên mã mới và các yếu tố cắt nối chức năng, từ đó nâng cao sự hiểu biết của chúng ta về vai trò của các dạng cắt nối khác nhau ở các loài thực vật khác nhau.

Tự dị hóa hoạt động như cơ chế phân hủy nội bào chính, giúp vận chuyển các bào quan bị hư hại và protein tự bào chất đến không bào lysosome để phân hủy. Bệnh Crohn, một rối loạn viêm mãn tính không rõ nguyên nhân của đường tiêu hóa, thể hiện ở nhiều vùng khác nhau của hệ thống tiêu hóa. Nghiên cứu gần đây cho thấy việc điều chỉnh tự dị hóa có thể là một hướng đi mới trong điều trị bệnh Crohn, và một số chất điều chỉnh tự dị hóa phân tử nhỏ đầy hứa hẹn đã được báo cáo như các lựa chọn điều trị. Trong bài đánh giá này, chúng tôi sẽ thảo luận chi tiết về cách các đột biến trong các gen liên quan đến tự dị hóa hoạt động trong bệnh Crohn và tóm tắt các tác động điều chỉnh lên tự dị hóa của các loại thuốc phân tử nhỏ hiện đang được sử dụng để điều trị bệnh Crohn. Hơn nữa, chúng tôi cũng sẽ đi sâu vào tiềm năng điều trị của các tác nhân kích thích tự dị hóa phân tử nhỏ đối với bệnh Crohn, nhấn mạnh triển vọng phát triển trong lĩnh vực này. Chúng tôi nhằm mục đích làm nổi bật tầm quan trọng của việc điều chỉnh tự dị hóa trong bệnh Crohn, với hy vọng đóng góp vào sự phát triển của các phương pháp điều trị hiệu quả hơn có thể giảm bớt đau khổ của bệnh nhân và cải thiện chất lượng cuộc sống của họ.

Để phản ứng với môi trường lồi lõm thay đổi, macroalgae lồi lõm đã tiến hóa ra các cơ chế sử dụng CO₂ phức tạp. Tuy nhiên, kiến thức của chúng ta về cơ chế tập trung CO₂ (CCM) của macroalgae còn hạn chế. Carbonic anhydrase (CA), một thành phần chính của CCM, đóng vai trò thiết yếu trong nhiều phản ứng sinh lý ở các loài khác nhau. Trong khi nhiều gen mã hóa CA trong bộ gen Pyropia yezoensis, chức năng chính xác của CA cụ thể trong P. yezoensis vẫn chưa rõ ràng. Để khám phá chức năng đặc biệt của CA lạp thể trong macroalgae lồi lõm, chúng tôi đã tạo ra các đột biến giảm biểu hiện βCA1 lạp thể của P. yezoensis thông qua giao thoa RNA, và các đột biến Pyβca1i (sau đây gọi là ca1i) cho thấy diện tích lá và sinh khối tổng thể giảm đáng kể, cũng như giảm protein hòa tan và hàm lượng axit béo không bão hòa dưới các điều kiện DIC khác nhau. Tuy nhiên, đột biến ca1i cho thấy hàm lượng tinh bột tương đối cao hơn so với kiểu hình hoang dã. Hoạt động của các enzyme tham gia vào chu trình Calvin, quá trình quang hô hấp, con đường pentose-phosphate và tổng hợp tinh bột floridean của P. yezoensis cho thấy một con đường tích lũy tinh bột hiệu quả sau khi can thiệp βCA1. Tất cả các kết quả cho thấy rằng hoạt động giảm của PyβCA1 làm suy yếu CCM và sự phát triển của thalli của P. yezoensis, nhưng kích thích tích lũy tinh bột trong tế bào chất thông qua phản hồi tới con đường quang hô hấp và con đường pentose phosphate để bổ sung các trung gian cho chu trình Calvin. Nghiên cứu này lần đầu tiên khám phá chức năng cụ thể của CA lạp thể trong macroalgae lồi lõm bằng công nghệ di truyền. Các kết quả cung cấp cái nhìn quý giá về các cơ chế thích ứng của macroalgae lồi lõm đối với môi trường của chúng.