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体外多酶组装与生物级联催化:进展与展望
1
作者
马牧青
吴彦
+6 位作者
曲茂华
卢夏锋
曹敏
杜峰
季荣涛
董磊迟
罗志波
《合成生物学》
2025年第4期920-939,共20页
在全球碳中和战略背景下,绿色生物制造正加速取代传统高污染、高能耗的化工生产方式。多酶级联反应(multi-enzyme cascade reaction,MECR)作为新一代生物催化平台技术,通过模块化酶网络实现“一锅式”高效转化,展现出卓越的原子经济性...
在全球碳中和战略背景下,绿色生物制造正加速取代传统高污染、高能耗的化工生产方式。多酶级联反应(multi-enzyme cascade reaction,MECR)作为新一代生物催化平台技术,通过模块化酶网络实现“一锅式”高效转化,展现出卓越的原子经济性、显著降低的能耗以及突出的环境友好性。本综述明确聚焦于体外多酶级联催化系统(in vitro multi-enzyme systems),涵盖以下研究范畴:①体外多酶级联体系的定义;②体外多酶级联体系的分类;③体外多酶级联体系的相关技术及应用。系统解析了体外多酶组装与生物级联催化的分子机制与技术体系:基于反应拓扑学特征,提出四类级联模型(线性/趋同/平行/循环),阐明其动力学优势;突破性技术涵盖AI驱动的酶理性设计、纳米限域空间组织及光/电辅因子再生系统。通过智能适配设计理念,本文深入解析了跨尺度酶模块的拓扑优化与催化耦合机制,整合了计算流体力学建模、载体界面分子工程及微环境传质调控等关键技术。产业化实践表明,该技术已成功实现手性药物中间体、高值天然产物等的高效绿色合成,推动医药、材料等领域的工艺革新。展望未来,动态微环境精准适配、人工智能辅助的酶网络设计及连续流规模化制备等方向将引领技术发展,为绿色生物制造的产业化升级提供重要理论支撑与技术路径。
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关键词
多酶
级联反应
多酶组装
生物级联催化
绿色生物制造
拓扑优化
酶
工程
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职称材料
生物支架系统在合成生物学中的应用
被引量：
1
2
作者
王琛
赵猛
+3 位作者
丁明珠
王颖
姚明东
肖文海
《化工进展》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第11期4557-4567,共11页
合成生物学作为一种新兴的工程化生物学,可以在底盘细胞中引入外源基因模块实现新功能。但是如何将多种外源模块(酶)进行有效地组装从而提高其协同催化功能是急需解决的一个重大问题。由于异源酶在新宿主中存在内源环境适应性问题,限制...
合成生物学作为一种新兴的工程化生物学,可以在底盘细胞中引入外源基因模块实现新功能。但是如何将多种外源模块(酶)进行有效地组装从而提高其协同催化功能是急需解决的一个重大问题。由于异源酶在新宿主中存在内源环境适应性问题,限制了酶的生物活性。生物支架系统作为一种有效手段,可以提供有效的多酶组装系统。恰当的生物支架能够提供适应环境的柔性平台,实现多酶体系的表达调控,稳定性组装,利于酶与底物结合的区域化设计。本综述对不同类型的生物支架的研究进展进行了系统的总结。文中根据不同类型支架(蛋白型、核酸型)的特点,介绍了典型的应用范例,论述了每种支架的优势与不足,并对生物支架的常见工作机制做了详细讨论。最后对生物支架在人工细胞器设计和复杂聚合物降解等方面的应用做出展望。
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关键词
合成生物学
生物支架
多酶组装
系统
生物催化
代谢路径
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职称材料
题名
体外多酶组装与生物级联催化:进展与展望
1
作者
马牧青
吴彦
曲茂华
卢夏锋
曹敏
杜峰
季荣涛
董磊迟
罗志波
机构
杭州微远生物科技有限公司
出处
《合成生物学》
2025年第4期920-939,共20页
基金
杭州市农业与社会发展领域公益性科研引导项目(20241029Y103)。
文摘
在全球碳中和战略背景下,绿色生物制造正加速取代传统高污染、高能耗的化工生产方式。多酶级联反应(multi-enzyme cascade reaction,MECR)作为新一代生物催化平台技术,通过模块化酶网络实现“一锅式”高效转化,展现出卓越的原子经济性、显著降低的能耗以及突出的环境友好性。本综述明确聚焦于体外多酶级联催化系统(in vitro multi-enzyme systems),涵盖以下研究范畴:①体外多酶级联体系的定义;②体外多酶级联体系的分类;③体外多酶级联体系的相关技术及应用。系统解析了体外多酶组装与生物级联催化的分子机制与技术体系:基于反应拓扑学特征,提出四类级联模型(线性/趋同/平行/循环),阐明其动力学优势;突破性技术涵盖AI驱动的酶理性设计、纳米限域空间组织及光/电辅因子再生系统。通过智能适配设计理念,本文深入解析了跨尺度酶模块的拓扑优化与催化耦合机制,整合了计算流体力学建模、载体界面分子工程及微环境传质调控等关键技术。产业化实践表明,该技术已成功实现手性药物中间体、高值天然产物等的高效绿色合成,推动医药、材料等领域的工艺革新。展望未来,动态微环境精准适配、人工智能辅助的酶网络设计及连续流规模化制备等方向将引领技术发展,为绿色生物制造的产业化升级提供重要理论支撑与技术路径。
关键词
多酶
级联反应
多酶组装
生物级联催化
绿色生物制造
拓扑优化
酶
工程
Keywords
multi-enzyme cascade reaction
multi-enzyme assembly
bio-catalytic cascade
green biomanufacturing
topology optimization
enzyme engineering
分类号
Q814 [生物学]
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职称材料
题名
生物支架系统在合成生物学中的应用
被引量：
1
2
作者
王琛
赵猛
丁明珠
王颖
姚明东
肖文海
机构
天津大学合成生物学前沿科学中心
天津大学系统生物工程教育部重点实验室
天津大学前沿技术研究院
出处
《化工进展》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第11期4557-4567,共11页
基金
国家重点研发计划(2019YFA0706900)
天津市自然科学基金一般项目(7JCYBJC23900)。
文摘
合成生物学作为一种新兴的工程化生物学,可以在底盘细胞中引入外源基因模块实现新功能。但是如何将多种外源模块(酶)进行有效地组装从而提高其协同催化功能是急需解决的一个重大问题。由于异源酶在新宿主中存在内源环境适应性问题,限制了酶的生物活性。生物支架系统作为一种有效手段,可以提供有效的多酶组装系统。恰当的生物支架能够提供适应环境的柔性平台,实现多酶体系的表达调控,稳定性组装,利于酶与底物结合的区域化设计。本综述对不同类型的生物支架的研究进展进行了系统的总结。文中根据不同类型支架(蛋白型、核酸型)的特点,介绍了典型的应用范例,论述了每种支架的优势与不足,并对生物支架的常见工作机制做了详细讨论。最后对生物支架在人工细胞器设计和复杂聚合物降解等方面的应用做出展望。
关键词
合成生物学
生物支架
多酶组装
系统
生物催化
代谢路径
Keywords
synthetic biology
biological scaffold
multi-enzyme assembly system
bio-catalysis
metabolic pathway
分类号
Q5 [生物学—生物化学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
体外多酶组装与生物级联催化:进展与展望
马牧青
吴彦
曲茂华
卢夏锋
曹敏
杜峰
季荣涛
董磊迟
罗志波
《合成生物学》
2025
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职称材料
2
生物支架系统在合成生物学中的应用
王琛
赵猛
丁明珠
王颖
姚明东
肖文海
《化工进展》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020
1
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