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定量合成生物学:合成生物系统的理性设计之路
1
作者 林一瀚 傅雄飞 +1 位作者 刘陈立 欧阳颀 《合成生物学》 北大核心 2025年第3期493-496,共4页
当前,生命科学研究正经历从“认识生命、改造生命”逐步迈向“合成生命、设计生命”的宏伟目标。在这场变革的浪潮中,合成生物学以其独特的“造物致知”“造物致用”理念,引领着生命科学的前沿探索。近二十年来,随着DNA合成、基因编辑... 当前,生命科学研究正经历从“认识生命、改造生命”逐步迈向“合成生命、设计生命”的宏伟目标。在这场变革的浪潮中,合成生物学以其独特的“造物致知”“造物致用”理念,引领着生命科学的前沿探索。近二十年来,随着DNA合成、基因编辑等技术的飞速发展,科研人员构建人工合成生物系统的能力已取得长足进步。然而,源于生命系统固有的复杂性与生命功能的跨层次涌现特性,即使单个生物元件的功能已知,其组合产生的系统也不一定会表现出预期的功能。目前,复杂合成生物系统的构建在很大程度上仍依靠人工反复试错,这种方法效率低下,极大限制了合成生物学的工程化应用。因此,提升对生物系统的理性设计能力已成为当前合成生物学领域面临的核心挑战与首要瓶颈[1]。 展开更多
关键词 合成生物学 理性设计 DNA合成 人工合成生物系统
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假单胞菌生物被膜核心胞外多糖生物合成系统研究进展 被引量：2
2
作者 刘佳文 吴倩 +5 位作者 张昭寰 童金蓉 黄振华 刘静 潘迎捷 赵勇 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2022年第2期273-283,共11页
胞外多糖是假单胞菌生物被膜的重要组成部分,能增强菌体对外界环境、抗菌剂和宿主防御的耐受性。假单胞菌能产生3种与生物被膜形成密切相关的核心胞外多糖:褐藻胶、Psl和Pel,它们在细菌细胞中的合成和转运分别依赖对应的褐藻胶、Psl和Pe... 胞外多糖是假单胞菌生物被膜的重要组成部分,能增强菌体对外界环境、抗菌剂和宿主防御的耐受性。假单胞菌能产生3种与生物被膜形成密切相关的核心胞外多糖:褐藻胶、Psl和Pel,它们在细菌细胞中的合成和转运分别依赖对应的褐藻胶、Psl和Pel生物合成系统。因此,本综述系统全面地总结了假单胞菌3种胞外多糖生物合成系统结构生物学的研究进展,重点围绕已知结构的蛋白质进行具体的结构和功能阐述。在此基础之上,对未来研究方向提出新的思路和见解,可为假单胞菌生物被膜形成机制及控制策略奠定扎实的理论基础。 展开更多
关键词 假单胞菌 生物被膜 核心胞外多糖 褐藻胶生物合成系统 Psl生物合成系统 Pel生物合成系统
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阴极电势对微生物电合成系统还原CO2合成有机物性能的影响 被引量：1
3
作者 柳焜 王黎 +2 位作者 胡宁 陈小进 廖梦根 《化工环保》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期169-174,共6页
采用微生物电合成系统(MES)还原CO2合成有机物,从微生物菌群、有机物积累量、库伦效率、电化学分析等多个角度研究了阴极电势对MES还原CO2合成有机物性能的影响。实验结果表明:阴极电势为-0.70 V时,甲酸和乙酸的积累量均最大(分别为1.55... 采用微生物电合成系统(MES)还原CO2合成有机物,从微生物菌群、有机物积累量、库伦效率、电化学分析等多个角度研究了阴极电势对MES还原CO2合成有机物性能的影响。实验结果表明:阴极电势为-0.70 V时,甲酸和乙酸的积累量均最大(分别为1.554 mmol/L和2.754 mmol/L),系统的总库伦效率最大(为81.42%);在MES中,醋杆菌(Acetobacterium sp.)、假丝酵母菌(Candida sp.S)、地杆菌(Geobacter sp.)为优势菌种。 展开更多
关键词 微生物电合成系统 阴极电势 CO2 合成 有机物 库伦效率
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还原氧化石墨烯/泡沫铜电极用于微生物电合成系统中二氧化碳合成有机物 被引量：1
4
作者 廖梦根 王黎 +2 位作者 柳焜 胡宁 余杨 《化工环保》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期463-468,共6页
采用氧化石墨烯涂覆泡沫铜并还原改性,合成了还原氧化石墨烯/泡沫铜电极,用于微生物电合成系统(MES)中CO_(2)合成有机物,考察了其电化学性能和有机物合成性能。实验结果表明:将改性的泡沫铜阴极用于MES还原CO_(2),在施加的-0.8 V阴极电... 采用氧化石墨烯涂覆泡沫铜并还原改性,合成了还原氧化石墨烯/泡沫铜电极,用于微生物电合成系统(MES)中CO_(2)合成有机物,考察了其电化学性能和有机物合成性能。实验结果表明:将改性的泡沫铜阴极用于MES还原CO_(2),在施加的-0.8 V阴极电势下,产生的乙酸和丁酸的最终质量浓度分别达到265.0 mg/L和122.5 mg/L,与改性前相比分别增加了8%和35%;该系统阴极表面上的主要优势细菌属于瘤球菌科(Ruminococcaceae)和梭菌科(Clostridiaceae),丰度分别增加了0.98倍和0.31倍。 展开更多
关键词 微生物电合成系统 泡沫铜 还原氧化石墨烯 CO2 有机物
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甲烷化抑制剂在微生物电化学合成乙酸系统中的生物抑制效应 被引量：3
5
作者 戚玉娇 BRIDIER Arnaud +3 位作者 DESMOND LE QUEMENERElie 吕凡 何品晶 BOUCHEZ Théodore 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期2033-2040,共8页
研究了利用2-溴乙烷磺酸钠(BES)选择性抑制产甲烷菌,从而提高微生物电化学系统合成乙酸产率的可行性,并对比了BES添加前后阴极室微生物菌群结构的变化。结果表明,厌氧混合菌接种物未经BES处理时甲烷是电化学系统CO_2还原的主导产物,最... 研究了利用2-溴乙烷磺酸钠(BES)选择性抑制产甲烷菌,从而提高微生物电化学系统合成乙酸产率的可行性,并对比了BES添加前后阴极室微生物菌群结构的变化。结果表明,厌氧混合菌接种物未经BES处理时甲烷是电化学系统CO_2还原的主导产物,最大生成速率达0.95 mmol·L^(-1)·d^(-1),8 d反应时间甲烷中电子回收率达55.0%,16S r RNA测序结果显示固态阴极的主要菌群为Methanobacteriaceae。BES的添加基本抑制了产甲烷菌的活动,使得乙酸成为主导产物,其合成速率最高达2.22 mmol·L^(-1)·d^(-1),系统总电子回收率达67.3%。Rhodocyclaceae(15.1%),Clostridiaceae(11.9%)、Comamonadaceae(11.1%)和Sphingobacteriales(11.0%)为主要菌群。研究结果表明了微生物电化学合成系统中抑制甲烷生成对调控微生态结构,从而调控电化学终产物的重要性。 展开更多
关键词 微生物电化学合成系统 二氧化碳还原 乙酸合成 2-溴乙烷磺酸钠(BES) 甲烷化抑制剂 控制 选择性 生物过程
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用模块化分子元件调控和编程生物系统
6
作者 刘海燕 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2012年第2期119-125,共7页
合成生物学的目标包括"通过合成来理解生命"以及用现代工程学方法设计合成复杂生物系统.其工程学目标的实现依赖于可集成、可调控、可重用、功能多样的蛋白质、RNA、DNA等基本分子元件.以分子机制为基础,合理设计与实验室进... 合成生物学的目标包括"通过合成来理解生命"以及用现代工程学方法设计合成复杂生物系统.其工程学目标的实现依赖于可集成、可调控、可重用、功能多样的蛋白质、RNA、DNA等基本分子元件.以分子机制为基础,合理设计与实验室进化相结合,改造和创建生物分子的相互作用特异性、调控方式、定量活性等,是实现生物系统人工调控与编程的重要策略,同时为自下而上设计合成日益复杂的人工生物系统奠定基础. 展开更多
关键词 合成生物学 工程化需求 人工合成生物系统 基因组装 功能集成
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不同物种糖原合成酶激酶基因(gsk3)的进化分析
7
作者 杨献光 翟欢欢 徐存拴 《河南师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期111-114,共4页
糖原合成酶激酶(GSK3)是一种广泛存在的丝/苏氨酸蛋白激酶,它涉及许多信号传导通路,在糖尿病等疾病发生中起重要作用.我们从NCBI数据库中搜索出22种物种的gsk3序列,利用DNAstar软件比对gsk3的基因长度、开放阅读框的序列长度、终止密码... 糖原合成酶激酶(GSK3)是一种广泛存在的丝/苏氨酸蛋白激酶,它涉及许多信号传导通路,在糖尿病等疾病发生中起重要作用.我们从NCBI数据库中搜索出22种物种的gsk3序列,利用DNAstar软件比对gsk3的基因长度、开放阅读框的序列长度、终止密码子的多样性和氨基酸序列同源性,并建立各物种之间的系统进化树,从而分析不同物种的gsk3基因在进化过程中的多样性. 展开更多
关键词 糖原合成酶激酶生物信息学系统进化
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固碳产甲烷微生物阴极能质传输特性数值模拟
8
作者 宋珣 付乾 +3 位作者 李俊 张亮 廖强 朱恂 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期2273-2282,共10页
固碳产甲烷微生物电合成系统以附着其电极表面的生物膜为催化剂,可以在处理废水的同时将CO2转化为甲烷,极具应用前景。微生物阴极是该系统的核心部件之一,其表面生物膜内的能质传输特性极大地影响系统性能。针对微生物阴极能质传输特性... 固碳产甲烷微生物电合成系统以附着其电极表面的生物膜为催化剂,可以在处理废水的同时将CO2转化为甲烷,极具应用前景。微生物阴极是该系统的核心部件之一,其表面生物膜内的能质传输特性极大地影响系统性能。针对微生物阴极能质传输特性尚不明确的问题,推导了微生物阴极电极反应动力学方程(Nernst-Monod方程),构建了耦合生化/电化学反应的物质传输理论模型,研究了不同阴极电势、生物膜电导率以及孔隙率对阴极生物膜内电荷及物质传输的影响规律。研究结果表明当阴极电势高于-0.5 V (vs SHE)时,随阴极电势的降低生物膜内电流密度增大,底物浓度降低;但当阴极电势降低至-0.5 V(vs SHE)后,生物膜消耗电子还原底物的能力几乎达到饱和;低电导率(<10-3S/m)会导致生物膜内形成明显的电势差,使得底物利用速率降低,严重影响微生物阴极的性能;生物膜孔隙率控制在0.4时,微生物阴极可达到最佳电流密度。 展开更多
关键词 微生物电合成系统 二氧化碳还原 生物膜 传质 动力学模型
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巴斯德毕赤酵母底盘细胞的工程化改造及应用 被引量：6
9
作者 刘启 钱芷兰 +4 位作者 宋丽丽 要超颖 徐名强 任燕娜 蔡孟浩 《合成生物学》 CSCD 2022年第6期1150-1173,共24页
优质的微生物底盘宿主是实现绿色、可持续生物制造的重要平台。巴斯德毕赤酵母底盘宿主因其在蛋白表达和发酵生产中的诸多优势受到了广泛的关注和应用。而作为一种工业甲基营养酵母,其可以有效地利用来源广泛的甲醇作为唯一碳源,使其成... 优质的微生物底盘宿主是实现绿色、可持续生物制造的重要平台。巴斯德毕赤酵母底盘宿主因其在蛋白表达和发酵生产中的诸多优势受到了广泛的关注和应用。而作为一种工业甲基营养酵母,其可以有效地利用来源广泛的甲醇作为唯一碳源,使其成为碳一化合物潜在的生物转化平台。近年来,随着合成生物技术和生物制药技术的快速发展,围绕毕赤酵母底盘的工程化改造研究逐渐增多,并取得了卓有成效的进展,促进了毕赤酵母底盘的发展和升级。本文简述了毕赤酵母底盘细胞的发展和应用现状,从基因操纵技术、基因表达调控、代谢工程改造等方面介绍了毕赤酵母的工程化改造策略及应用效果,总结了毕赤酵母中合成生物技术、调控元器件、新型表达平台和生物转化体系的建立与开发情况。在此基础上,进一步强调了毕赤酵母中CRISPR介导的基因编辑及调控、转录系统的重构及人工设计,介绍了其在蛋白表达和化合物合成方面的应用,并分析了其在实际应用中的优势和问题。最后,对毕赤酵母在后续研究中的底盘升级方向和应用场景进行了展望。 展开更多
关键词 毕赤酵母 底盘细胞 甲基营养型酵母 细胞工厂 合成生物系统
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