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“双碳目标”驱动下绿色生物制造产业发展现状及集群发展的必要性探究 被引量:2
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作者 王浩绮 董维亮 《现代管理科学》 北大核心 2023年第6期55-62,共8页
绿色生物制造产业的建设和发展是建设制造强国的重要路径之一。我国绿色生物制造产业虽然起步较晚,但近年来发展迅速。本文基于大宗化学品全生命周期的碳排放数据,从绿色生物制造产业发展与实现“双碳目标”的态势出发,系统综述我国绿... 绿色生物制造产业的建设和发展是建设制造强国的重要路径之一。我国绿色生物制造产业虽然起步较晚,但近年来发展迅速。本文基于大宗化学品全生命周期的碳排放数据,从绿色生物制造产业发展与实现“双碳目标”的态势出发,系统综述我国绿色生物制造产业发展现状、短板问题以及对“碳减排”的意义,剖析了我国绿色生物制造产品研发方向分散、附加值低、市场化程度低的问题,提出绿色生物制造产业亟须瞄准石化基大宗产品原料替代、高附加值精细产品生物合成等方向,建立“原料—过程—产品—市场”一体化的产业集群的发展建议。 展开更多
关键词 双碳目标 碳减排 绿色生物制造 产业集群
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甾体化合物绿色生物制造:从生物转化到微生物从头合成 被引量:7
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作者 熊亮斌 宋璐 +4 位作者 赵云秋 刘坤 刘勇军 王风清 魏东芝 《合成生物学》 CSCD 2021年第6期942-963,共22页
甾体化合物(简称甾体)分布广泛、功能卓越,在机体生长、物种繁育以及代谢调控等方面,发挥着难以取代的生理功能。因此,天然甾体及其衍生物被广泛用于生殖健康、内分泌调控等领域,是器官移植、重症感染等许多危重疾病的“刚需药”和“救... 甾体化合物(简称甾体)分布广泛、功能卓越,在机体生长、物种繁育以及代谢调控等方面,发挥着难以取代的生理功能。因此,天然甾体及其衍生物被广泛用于生殖健康、内分泌调控等领域,是器官移植、重症感染等许多危重疾病的“刚需药”和“救命药”。甾体结构复杂、构型精巧,很难通过化学全合成来生产,当前主要以天然甾体皂素或甾醇为原料,通过化学与生物转化相结合的半合成法获得。然而,甾体药物的生产路线长、工艺复杂、收率低,涉及大量有毒有害试剂和重金属催化剂的使用,污水废渣排放量大、处理难度高,总体成本居高不下。为改变此局面,推动产业的转型升级,大力开发绿色生物制造技术是行业健康发展的大势所趋。当前,甾体制药工业正处于以生物催化转化取代化学合成的产业升级阶段,随着高效酶和细胞转化的成功应用,传统的甾体生产模式正发生着深刻变化。在此基础上,若能进一步利用合成生物学技术,创建可高效从头合成甾体的微生物细胞工厂,则将彻底改变甾体制药的工业模式,切实实现甾体药物的绿色制造。近年来,已有利用微生物从头合成部分甾体化合物的报道,然而由于甾体的天然合成机制异常复杂,如何实现细胞工厂的高效生产,仍是目前面临的主要挑战。本文从甾体药物生产方式的演变出发,系统综述了甾体生物催化转化和从头合成的最新进展,重点阐述了甾体生物催化转化酶的挖掘及改造、微生物代谢转化甾醇机制的解析及转化细胞工厂的开发、微生物从头合成甾体人工路线的创建三部分内容,以期对甾体药物绿色生物制造的现状和趋势做出合理的总结与展望。 展开更多
关键词 甾体化合物 绿色生物制造 生物催化转化 从头生物合成 生物细胞工厂
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智能抗逆微生物细胞工厂与绿色生物制造 被引量:9
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作者 许可 王靖楠 李春 《合成生物学》 2020年第4期427-439,共13页
绿色生物制造作为新的工业模式,在其发酵过程中,生物转化效率往往被环境变化或代谢失衡引起的一系列逆境胁迫所限制,导致细胞工厂生长缓慢、产量下降、生产能耗大幅升高等,严重制约着产业的发展。构建在多重胁迫因子条件下具有良好表现... 绿色生物制造作为新的工业模式,在其发酵过程中,生物转化效率往往被环境变化或代谢失衡引起的一系列逆境胁迫所限制,导致细胞工厂生长缓慢、产量下降、生产能耗大幅升高等,严重制约着产业的发展。构建在多重胁迫因子条件下具有良好表现的智能抗逆微生物细胞工厂,为绿色生物制造迎来了新的机遇。本文介绍了绿色生物制造过程中微生物细胞工厂面临的胁迫因子及其胁迫机理,综述了提高微生物细胞工厂耐受性的主要策略,包括非理性技术增强细胞自身防御系统及以工程化思维、借助合成生物学技术有针对性地设计并集成抗逆基因线路,重编程微生物细胞工厂提高其抗逆能力,最后对智能抗逆微生物细胞工厂在生物医药、大宗化学品、食品等绿色生物制造涉及领域的应用进行展望。期待本文为实现细胞工厂对环境胁迫的应答与智能调节提供新的研究思路。 展开更多
关键词 逆境胁迫 抗逆基因线路 智能响应 生物细胞工厂 绿色生物制造
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基于转运蛋白工程提升微生物菌株耐受性和生物制造效率的研究进展 被引量:2
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作者 李昕悦 周明海 +6 位作者 樊亚超 廖莎 张风丽 刘晨光 孙悦 张霖 赵心清 《生物技术通报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期123-136,共14页
微生物细胞工厂广泛用于生物燃料以及高值化学品和大宗化学品的可持续生产,但是高浓度产物和底物以及多种环境胁迫条件会抑制菌株的发酵效率,降低生产的经济性。因此,增强菌株耐受性对于目的产物的高效和可持续生产至关重要。近年来,利... 微生物细胞工厂广泛用于生物燃料以及高值化学品和大宗化学品的可持续生产,但是高浓度产物和底物以及多种环境胁迫条件会抑制菌株的发酵效率,降低生产的经济性。因此,增强菌株耐受性对于目的产物的高效和可持续生产至关重要。近年来,利用转运蛋白工程保护菌株免受毒性化合物的损害以提升菌株耐受性的策略日益受到研究者的关注。因此,本文总结了基于微生物转运蛋白工程改造提升菌株耐受性的研究进展,分析了目前微生物转运蛋白研究领域中存在的关键问题,并探讨了基于转运蛋白工程提升微生物菌株耐受性的策略,尤其对人工智能在转运蛋白功能注释、结构模拟和底物-转运蛋白互作预测中的应用进行了总结和展望,以期能够促进微生物在绿色生物制造领域的应用。 展开更多
关键词 绿色生物制造 转运蛋白 胁迫耐受性 工业微生物 发酵效率
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综合利用木质纤维素生物转化合成有机酸 被引量:2
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作者 柴猛 王风清 魏东芝 《合成生物学》 CSCD 北大核心 2024年第6期1242-1263,共22页
开发环境友好型的生物可降解材料,被公认为是解决“白色污染”的重要途径。作为制备生物可降解材料的主要原料之一,有机酸的绿色高效制造备受关注。木质纤维素是储量庞大且可再生的自然资源,以木质纤维素为原料,通过生物转化的方式生产... 开发环境友好型的生物可降解材料,被公认为是解决“白色污染”的重要途径。作为制备生物可降解材料的主要原料之一,有机酸的绿色高效制造备受关注。木质纤维素是储量庞大且可再生的自然资源,以木质纤维素为原料,通过生物转化的方式生产有机酸,是发展绿色可降解生物基材料的理想途径,具有过程绿色低碳的优势,符合绿色可持续发展经济的需求。近年来,人们针对木质纤维素的生物炼制开展了大量研究,并在生物转化合成有机酸等领域取得了重要进展,特别是在高产有机酸微生物细胞工厂的设计开发上不断取得突破,使得生物基有机酸的生产水平屡创新高,丁二酸等品种的产量甚至突破了150 g/L,积极推动了生物基可降解材料产业的形成和发展。本文介绍了木质纤维素的组分并总结了木质纤维素的物理预处理法、化学预处理法、生物预处理法、物理-化学共处理法和化学-生物共处理法等多种预处理技术,以及抑制物的脱毒技术、还原催化分馏工艺、催化剂的回收、偶联木质纤维素水解和发酵的制造工艺。并以木质纤维素为原料合成的高价值有机酸(丁二酸、3-羟基丙酸、黏康酸、2,5-呋喃二甲酸和2-吡喃酮-4,6-二羧酸)为例,从这些有机酸的生物合成途径,合成生物学改造策略和发酵条件优化等角度探讨了这些有机酸的研究现状。最后,对当前生物可降解材料产业链的发展趋势进行了总结和展望,讨论了开发新型预处理技术和优化联合生物处理工艺等策略对木质纤维素组分解离和利用的重要意义,并从提高微生物细胞工厂的鲁棒性以及设计木质纤维素的综合转化途径等方面进行系统分析,以期能为有机酸的工业化生产提供参考。 展开更多
关键词 木质纤维素 有机酸 生物基材料 绿色生物制造 合成生物
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胞内生物传感器提高微生物细胞工厂的精细调控 被引量:4
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作者 孙怡 张腾 +1 位作者 吕波 李春 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期521-534,共14页
在当今倡导化合物绿色制造的背景下,利用微生物细胞工厂合成新化合物或提高化合物的产量是绿色化工技术发展的重要方向之一。但目标化合物的低产是微生物细胞工厂合成的常见问题。解决这个瓶颈的有效方法之一是在微生物细胞中设计生物... 在当今倡导化合物绿色制造的背景下,利用微生物细胞工厂合成新化合物或提高化合物的产量是绿色化工技术发展的重要方向之一。但目标化合物的低产是微生物细胞工厂合成的常见问题。解决这个瓶颈的有效方法之一是在微生物细胞中设计生物传感器来监测和调控化合物的生物合成。详细介绍了胞内生物传感器的种类和作用机制,重点阐释了生物传感器如何与微生物细胞工厂中产物合成途径设计相结合,从而提高细胞工厂的精细调控和目标产物的合成能力。最后还讨论了目前胞内生物传感器设计所面临的挑战和可行的解决方案。 展开更多
关键词 胞内生物传感器 生物细胞工厂 精细调控 绿色生物制造 合成生物
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微藻光合转化甲酸生产蛋白质的研究
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作者 郑伟杰 邢蒙蒙 +3 位作者 江静 王旺银 曹旭鹏 李灿 《食品与生物技术学报》 CSCD 北大核心 2024年第11期71-79,共9页
蛋白质是重要的食品原料,其高质量稳定供应对提升人民生活水平和保证国家粮食战略安全至关重要。目前中国对蛋白质的进口依存度较高,急需高效的非粮来源高品质蛋白质的生产技术。近年来莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii, C. reinhard... 蛋白质是重要的食品原料,其高质量稳定供应对提升人民生活水平和保证国家粮食战略安全至关重要。目前中国对蛋白质的进口依存度较高,急需高效的非粮来源高品质蛋白质的生产技术。近年来莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii, C. reinhardtii)作为一种显著增长的可食用蛋白质资源受到广泛关注,但其主要以乙酸为碳源进行异养发酵,无法利用其光合作用在绿色生物制造方面的优势。作者利用CO_(2)清洁能源还原产物甲酸作为强化碳源,探索甲酸提高C. reinhardtii光合生产效率的可行性。基于HCOO^(-)对光合活性的抑制作用,以叶绿素荧光动力学参数为依据,通过逐步提升培养基中HCOO^(-)浓度,获得HCOO^(-)耐受浓度达到150 mmol/L的驯化藻株。在50~150 mmol/L的HCOO^(-)下,驯化藻株的光系统Ⅱ的最大量子产率(Fv/Fm)以及光合作用相关的多不饱和脂肪酸的质量分数维持稳定。在相同培养条件下,接近于乙酸添加的培养效率,蛋白质的质量分数为30%~35%,达到或超过常规衣藻乙酸发酵产品的蛋白质质量分数。该研究在人工光合杂化高效转化CO_(2)的背景下,提供了一种以甲酸为原料快速生产C. reinhardtii蛋白质的技术路线,也为绿色生物制造提供了一种新的技术选择。该研究所获得的高浓度HCOO^(-)耐受藻株,为探索光合活性调控机制提供了理想的研究对象。 展开更多
关键词 人工光合成 莱茵衣藻 甲酸 蛋白质 绿色生物制造
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体外多酶组装与生物级联催化:进展与展望
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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。 展开更多
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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高通量筛选技术在菌种进化中的研究进展 被引量:3
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作者 杨祖明 王颖 +1 位作者 姚明东 肖文海 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期2402-2412,共11页
菌种进化工程是绿色生物制造的重要策略,利用高效的高通量筛选方法和技术可以快速地获得理想的实用菌株。针对菌种进化工程中的高通量筛选方法,本文重点综述了基于颜色或荧光、基于细胞生长、基于生物传感器以及基于液滴微流体平台等4... 菌种进化工程是绿色生物制造的重要策略,利用高效的高通量筛选方法和技术可以快速地获得理想的实用菌株。针对菌种进化工程中的高通量筛选方法,本文重点综述了基于颜色或荧光、基于细胞生长、基于生物传感器以及基于液滴微流体平台等4个方面的高通量筛选技术的重要进展,同时也介绍了各种高通量筛选技术的应用范围和特点,为研究人员从不同进化文库中获得生理特性或者代谢能力显著提高的目标菌株提供了理论指导,极大地提高进化文库的筛选效率,降低了菌株筛选的时间和成本。最后展望了人工智能、合成生物学以及生物信息学的发展对高通量筛选技术的重要影响,以期提高高通量筛选技术的精度、效率和应用范围,进而加速菌种进化过程和工业化进程。 展开更多
关键词 菌种进化工程 绿色生物制造 高通量筛选 进化文库
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