甲基杆菌有效同化工业甲醇和植物甲醇的研究进展

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作者 姚陆 马增新 +2 位作者 张聪 杨松 邢新会 《化工进展》 北大核心 2025年第5期2451-2462,共12页

甲醇是第三代工业生物制造的重要原料,同时又能伴随植物生长排放到大气中加剧温室效应。甲基杆菌是一类能以甲醇作为生长碳源和能源的极具广泛应用前景的菌株。然而甲基杆菌催化转化高浓度工业甲醇和寡浓度植物甲醇的过程效率偏低,导致... 甲醇是第三代工业生物制造的重要原料,同时又能伴随植物生长排放到大气中加剧温室效应。甲基杆菌是一类能以甲醇作为生长碳源和能源的极具广泛应用前景的菌株。然而甲基杆菌催化转化高浓度工业甲醇和寡浓度植物甲醇的过程效率偏低,导致甲醇的碳和电子耗散,制约了甲醇的高值化利用。本文首先系统综述了甲基杆菌底盘再造强化工业甲醇有效代谢方面的最新策略,进而论述了甲基杆菌对植物源寡浓度甲醇有效氧化、同化和转化的最新认知,最后展望了甲基杆菌进一步强化甲醇利用的可行性研究方向与策略。本综述期望推动甲基杆菌作为甲醇基细胞工厂和新型植物益生菌剂的技术创新,助力工业生物制造的甲醇高值化,增强植物甲醇的固定封存,实现经济与生态环境效益的共赢发展。 展开更多

关键词 甲基杆菌 甲醇 甲基细胞工厂 植物叶际益生菌 合成生物技术

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构建多酶复合体强化异戊二烯生物合成

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作者 孙慧 屈虹男 +3 位作者 孙甲琛 张根林 贾海洋 李春 《化工学报》 北大核心 2025年第7期3436-3445,共10页

针对大肠杆菌细胞工厂合成异戊二烯存在前体不足、有毒中间代谢物积累、产物流失等问题,利用合成生物学和代谢工程的方法,在大肠杆菌体内表达银白杨(Populus alba)来源的异戊二烯合酶,并通过多顺反子的形式过表达Dxs、Dxr和IspD的单个... 针对大肠杆菌细胞工厂合成异戊二烯存在前体不足、有毒中间代谢物积累、产物流失等问题,利用合成生物学和代谢工程的方法,在大肠杆菌体内表达银白杨(Populus alba)来源的异戊二烯合酶,并通过多顺反子的形式过表达Dxs、Dxr和IspD的单个或多个基因,强化大肠杆菌内源的MEP途径。为缩短中间代谢产物在酶分子间的运输距离及时间,增强途径的底物隧道效应,运用蛋白支架策略将MEP途径中Dxs、Dxr和IspD酶进行共区域化,构建异戊二烯合成的多酶复合体,获得的工程菌株BL21(DE3)-ScaS,异戊二烯产量达到24 mg/L,较游离酶形式的工程菌株BL21(DE3)-FreeS的产量提高了35.7%。并通过工程菌株BL21(DE3)-ScaS质粒稳定性研究,发现发酵过程中补加抗生素能够显著提高不相容性重组质粒pET28a-DxsDxrIspD与pET21b-GSP-IspS的稳定性。同时,利用通量平衡分析(flux balance analysis,FBA)探究合成途径中关键酶的代谢通量分布情况,从理论层面证明了上述策略的有效性,为异戊二烯微生物细胞工厂的开发及应用提供了参考。 展开更多

关键词 异戊二烯 异戊二烯合酶 蛋白支架 多酶复合体 大肠杆菌

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ARTP诱变技术在食品和饲料加工生物催化剂改造中的应用进展 被引量：11

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作者 张雪 吴亦楠 +4 位作者 马飞 王立言 张翀 李和平 邢新会 《生物产业技术》 2019年第3期13-24,共12页

食品和饲料的生物催化转化和发酵技术成为保障餐桌安全及绿色发展的重要领域,其用酶量在工业酶制剂市场中占比最大,且增长最快。性能优良的酶制剂能显著缩短发酵周期,降低生产成本,提高目标产物的转化率,进而提高市场竞争力。食品和饲... 食品和饲料的生物催化转化和发酵技术成为保障餐桌安全及绿色发展的重要领域,其用酶量在工业酶制剂市场中占比最大,且增长最快。性能优良的酶制剂能显著缩短发酵周期,降低生产成本,提高目标产物的转化率,进而提高市场竞争力。食品和饲料加工产业除了应用分离提取的酶制剂外,很多发酵过程仍以微生物为细胞工厂进行多种酶催化转化。该发酵过程通常涉及复杂的代谢网络和调控机制,且很多体系不能采用基因工程技术,因此理性基因工程改造通常难以满足应用需求。诱变育种仍然是食品和饲料加工用酶及微生物菌株改造的主要手段,需要与时俱进不断发展新技术。近年发展起来的常压室温等离子体(ARTP)诱变育种技术因其具有操作简单、安全、环境友好、突变率高、突变库容大等特点,在食品和饲料加工微生物育种中得到了广泛应用,取得了良好的成效。重点介绍近年ARTP在食品与饲料加工酶制剂及发酵微生物改造中的相关应用进展。 展开更多

关键词 常压室温等离子体(ARTP) 酶制剂 食品和饲料加工 微生物发酵 诱变育种

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微生物合成二元醇研究进展 被引量：1

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作者 竺方欢 岑雪聪 陈振 《合成生物学》 CSCD 北大核心 2024年第6期1367-1385,共19页

二元醇是一类重要的大宗化学品,在高分子材料、化妆品、燃料、食品和制药行业有着广泛应用。开发可利用生物质及碳一原料等可再生原料生产二元醇的生物合成路线对于降低化石资源依赖、减少二氧化碳的排放具有重要意义,近年来受到了国内... 二元醇是一类重要的大宗化学品,在高分子材料、化妆品、燃料、食品和制药行业有着广泛应用。开发可利用生物质及碳一原料等可再生原料生产二元醇的生物合成路线对于降低化石资源依赖、减少二氧化碳的排放具有重要意义,近年来受到了国内外广泛关注。虽然通过生物法生产1,3-丙二醇、1,3-丁二醇和1,4-丁二醇已实现商业化,但大多数其他二元醇的高效生物合成仍面临挑战,主要原因包括缺乏有效的天然生物合成途径、基因工程菌的产率低等。本综述全面探讨了微生物合成二元醇的最新研究进展,特别是在开发新代谢途径和代谢工程策略方面,以实现C_(2)至C_(5)二元醇的高效生物合成。例如通过对非天然合成途径的设计和构建以实现系列非天然二元醇的生物合成,以及利用非传统的碳源(如木质纤维素等)通过特定的代谢途径和优化策略合成二元醇,为生物合成领域开辟新的道路。此外,本文还讨论了这些生物合成过程向工业应用转化的主要挑战和未来的发展前景,包括廉价和可持续原料的获取、大规模放大过程的复杂性、满足下游特定需求的后提取工艺开发等。 展开更多

关键词 二元醇 生物合成 代谢工程 可再生原料 工业应用

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酵母细胞催化合成18α-甘草酸

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作者 邢登雪 张良 +4 位作者 李文强 梁建华 秦磊 张根林 李春 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期3266-3276,共11页

18α-甘草酸(18α-GL)是一种齐墩果烷型皂苷,比其差向异构体18β-GL极性小、亲脂性好,更强的抗毒抗炎作用和更高的肝脏靶向性使18α-GL成为保肝护肝领域的主要药物成分。但目前18α-GL的制备方法污染大、效率低,亟需开发一种绿色简单地... 18α-甘草酸(18α-GL)是一种齐墩果烷型皂苷,比其差向异构体18β-GL极性小、亲脂性好,更强的抗毒抗炎作用和更高的肝脏靶向性使18α-GL成为保肝护肝领域的主要药物成分。但目前18α-GL的制备方法污染大、效率低,亟需开发一种绿色简单地合成18α-GL的方法。利用酵母细胞异源表达糖基转移酶,通过全细胞催化方式鉴定出可催化18α-甘草次酸(18α-GA)特异性合成18α-单葡萄糖醛酸甘草次酸(18α-GAMG)的糖基转移酶cGuCSyGT和催化18α-GAMG特异性合成18α-GL的糖基转移酶GgUGT1。进一步运用蛋白质结构预测和分子动力学模拟探究cGuCSyGT对18α-GA的催化活性比18β-GA低的原因。最后采用优化底物添加浓度、底盘细胞、底物添加时间、反应时间、培养基成分补加和底物溶剂的策略构建了酵母催化合成18α-GAMG和18α-GL的最优工艺,使18α-GAMG和18α-GL的产量分别达到(36.38±1.87)mg/L和(39.32±0.75)mg/L。本研究实现了18α-GAMG和18α-GL的微生物催化合成,可为18α-GL的微生物全合成提供理论基础和技术支撑。 展开更多

关键词 甘草 18Α-甘草酸 18α-单葡萄糖醛酸甘草次酸 糖基转移酶 酵母细胞催化

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合成生物学表型测试生物反应器及其装备化研究进展

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作者 郭肖杰 剪兴金 +2 位作者 王立言 张翀 邢新会 《合成生物学》 CSCD 北大核心 2024年第1期16-37,共22页

合成生物学经过多年的发展,形成了典型的细胞工厂创制“设计-构建-测试-学习”(design-build-testlearn,DBTL)循环,成为支撑面向加速生物制造发展的智慧生物育种的重要方法。其中,测试环节是对前期所设计与构建的生物体系进行表型测试,... 合成生物学经过多年的发展,形成了典型的细胞工厂创制“设计-构建-测试-学习”(design-build-testlearn,DBTL)循环,成为支撑面向加速生物制造发展的智慧生物育种的重要方法。其中,测试环节是对前期所设计与构建的生物体系进行表型测试,以提供大量数据用于后续的学习和迭代升级。测试阶段的通量主要依赖于细胞自身或其培养测试所使用的生物反应器及其装备,是整个DBTL流程的限速步骤。本文系统综述了合成生物学表型测试所开发的面向不同通量的生物反应器及装备,从单细胞检测和筛选及不同尺度生物反应器包括皮纳升级生物反应器、微升级生物反应器、毫升级生物反应器和升级生物反应器等,系统地介绍了各自的特点和应用场景。同时,指出了现有生物反应器及其装备的应用潜力、面临的挑战与发展趋势,为合成生物学表型测试技术研究提供重要参考。 展开更多

关键词 合成生物学 高通量筛选 液滴微流控 生物反应器 微孔板 微型管式生物反应器

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高能燃料前体α-红没药烯的生物制造过程优化

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作者 马治东 张亚鹏 +5 位作者 高慧鹏 李文强 吕波 秦磊 张全 李春 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期4702-4711,F0004,共11页

α-红没药烯是一种主要存在于红没药、柠檬等植物精油中的倍半萜化合物,因具备多支链、环状结构,其烷化产物红没药烷可作为航空燃料替代品,受到了国内外的广泛关注。以酿酒酵母为底盘细胞来合成α-红没药烯是一种绿色、可持续的备选生... α-红没药烯是一种主要存在于红没药、柠檬等植物精油中的倍半萜化合物,因具备多支链、环状结构,其烷化产物红没药烷可作为航空燃料替代品,受到了国内外的广泛关注。以酿酒酵母为底盘细胞来合成α-红没药烯是一种绿色、可持续的备选生产方式。本研究在强化甲羟戊酸(mevalonate,MVA)合成途径的酿酒酵母中表达来自北美冷杉的α-红没药烯合酶AgBIS,利用葡萄糖诱导型启动子PHXT1对支路鲨烯合酶及脂肪酸合成途径进行动态下调,进一步系统增强MVA途径多个基因表达,并对辅因子供应与乙醇利用途径进行强化,使α-红没药烯在摇瓶中的产量达到510 mg/L。在3 L发酵罐中,通过乙醇补料发酵使α-红没药烯产量达到16.5 g/L,为目前报道的最高产量。本研究为微生物细胞工厂高效合成α-红没药烯提供了有效策略。 展开更多

关键词 α-红没药烯 酿酒酵母 代谢工程 微生物细胞工厂 合成生物学

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毕赤酵母利用甲醇生产重组蛋白技术的研究进展

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作者 王媛媛 张翀 +1 位作者 韩双艳 邢新会 《化工进展》 北大核心 2025年第5期2441-2450,共10页

甲醇等一碳化合物作为生物制造的一种绿色可持续低碳原料,不存在与人争粮的问题,具有巨大的应用发展潜力。能够天然利用甲醇的毕赤酵母研究历史长,已被广泛应用于多种重组蛋白的生物制造中,成为甲醇利用性能优良的底盘细胞工厂。近年虽... 甲醇等一碳化合物作为生物制造的一种绿色可持续低碳原料,不存在与人争粮的问题,具有巨大的应用发展潜力。能够天然利用甲醇的毕赤酵母研究历史长,已被广泛应用于多种重组蛋白的生物制造中,成为甲醇利用性能优良的底盘细胞工厂。近年虽然对毕赤酵母的生理学、甲醇代谢网络、蛋白分泌表达途径及关键元件挖掘开展了大量的研究,积累了大量知识,但仍存在影响其高效应用的一系列关键问题,如甲醇及其代谢物对细胞毒性的复杂影响机制认知有限、细胞鲁棒性及甲醇利用相关的“生命暗物质”挖掘能力不足、甲醇高效转化成目标蛋白的工程化手段有限等。本文综述了国内外有关毕赤酵母生物转化甲醇合成重组蛋白的研究现状,重点总结讨论了毕赤酵母细胞工厂转化甲醇及蛋白表达优化策略,最后探讨了当前毕赤酵母生物转化甲醇生产重组蛋白过程中面临的挑战,并对其未来的生物技术创新和应用进行了展望。 展开更多

关键词 甲醇 毕赤酵母 重组蛋白 代谢工程 合成生物学

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机器学习驱动的基因组规模代谢模型构建与优化 被引量：1

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作者 吴柯 罗家豪 李斐然 《合成生物学》 北大核心 2025年第3期566-584,共19页

自1999年首个基因组规模代谢模型(genome-scale metabolic model,GEM)问世以来,GEM已成为解析生物代谢的重要工具。该模型包含代谢基因、代谢物和反应,并结合化学计量矩阵与约束优化,系统描述和模拟生物体内的代谢过程。此外,GEM能够整... 自1999年首个基因组规模代谢模型(genome-scale metabolic model,GEM)问世以来,GEM已成为解析生物代谢的重要工具。该模型包含代谢基因、代谢物和反应,并结合化学计量矩阵与约束优化,系统描述和模拟生物体内的代谢过程。此外,GEM能够整合热力学参数、动力学参数、多组学数据及多细胞过程,构建更精细且具有更强大预测能力的多约束多过程模型。然而,先验知识的局限成为其发展的瓶颈。机器学习技术凭借强大的数据处理和模式识别能力,为进一步扩展GEM提供了新思路。本综述系统总结了传统GEM及多约束多过程模型的构建流程,并着重探讨了机器学习在其中关键步骤中的应用前景,如基因功能注释、途径解析、空缺填补和生物学参数预测。机器学习技术作为新的驱动力,有望大幅度提升GEM的规模和质量,深化对生物代谢机制的理解,并推动实现数字孪生细胞。 展开更多

关键词 基因组规模代谢模型 机器学习 合成生物学 代谢建模 多约束多过程模型

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有机相温敏性脂肪酶催化剂的结构和催化特性 被引量：2

10

作者 雍有 朱晶莹 +2 位作者 卢滇楠 戈钧 刘铮 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期2534-2539,共6页

采用不同链长PEO嵌段的Pluronic分子P123、P105、F127及F108，将其端羟基氧化为醛基，使其与脂肪酶CALB的氨基反应形成纳米结合物。TEM分析结果显示CALB-Pluronic结合物在甲苯中呈现直径为20～40 nm的纳米颗粒。所形成的CALB-Pluronic... 采用不同链长PEO嵌段的Pluronic分子P123、P105、F127及F108，将其端羟基氧化为醛基，使其与脂肪酶CALB的氨基反应形成纳米结合物。TEM分析结果显示CALB-Pluronic结合物在甲苯中呈现直径为20～40 nm的纳米颗粒。所形成的CALB-Pluronic结合物在4-甲基-2-戊酮中呈现温度响应性，降低温度可使酶催化剂沉淀出来，结合物中的Pluronic高分子PEO嵌段越长，其最低临界共溶温度（LCST）越高。采用甲苯为溶剂、正丁醇及正己酸为底物，37℃下的催化实验结果显示 CALB-Pluronic 纳米结合物比天然 CALB 的表观活性提高4～6倍，而反应结束后可通过降温回收酶催化剂，显示出脂肪酶-Pluronic纳米结合物在有机相酶催化中的良好应用前景。 展开更多

关键词 生物催化 酶 纳米粒子 有机相酶催化 嵌段聚醚 温敏性高分子 酶-高分子结合物

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百菌清污染土壤生物修复研究进展 被引量：4

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作者 唐丽伟 卢滇楠 刘永民 《化工环保》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期131-136,共6页

针对百菌清具有在土壤中药效稳定、不易分解、代谢周期长、长期大量施加导致土壤严重污染等特点和问题,简要介绍了百菌清的毒性作用机制。总结了降解土壤中百菌清的物理法、化学法和生物法的原理及优缺点。重点阐述了生物修复百菌清污... 针对百菌清具有在土壤中药效稳定、不易分解、代谢周期长、长期大量施加导致土壤严重污染等特点和问题,简要介绍了百菌清的毒性作用机制。总结了降解土壤中百菌清的物理法、化学法和生物法的原理及优缺点。重点阐述了生物修复百菌清污染土壤的主要降解菌株及其效果、降解途径以及降解产物及其毒性,分析了土壤性质、微生物种类、温度、土壤含水率等因素对百菌清降解效果的影响。指出今后的研究重点应为降解中间产物的毒性分析及其进一步的降解与转化问题,而复合菌制剂或多酶复合体系可实现百菌清的彻底降解和无害化。 展开更多

关键词 百菌清 污染土壤 生物修复 降解菌株 降解途径 降解产物

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光驱动微生物杂合系统提高生物制造水平 被引量：1

12

作者 刘昕 戈钧 李春 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期330-341,共12页

太阳能作为最丰富且可再生的清洁能源,具有非常大的成本效益和发展潜力。自然光合作用效率低且难以干预,人工光合作用不稳定且成本高。以绿色、低碳的方式实现太阳能-化学的转化是现代社会可持续发展的迫切需要,也符合绿色生物制造的需... 太阳能作为最丰富且可再生的清洁能源,具有非常大的成本效益和发展潜力。自然光合作用效率低且难以干预,人工光合作用不稳定且成本高。以绿色、低碳的方式实现太阳能-化学的转化是现代社会可持续发展的迫切需要,也符合绿色生物制造的需求。光驱动微生物杂合系统作为一项新兴技术将非生物光敏材料与微生物全细胞结合起来,利用光敏材料优良的光吸收能力和微生物的特定高效合成能力,在利用太阳能驱动合成燃料和化学品方面显示出较大潜力。本文综述了光驱动微生物杂合系统在质子还原制氢、CO_(2)还原转化、固氮和C—H键氧化等重要反应中的应用,并对光驱动微生物杂合系统未来的发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 光生电子 纳米材料 合成生物学 微生物杂合系统 生物催化

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微生物细胞工厂的智能设计进展 被引量：7

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作者 张震 曾雪城 +1 位作者 秦磊 李春 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期6093-6108,共16页

在细胞工厂构建中设计-构建-测试-学习(design-build-test-learn,DBTL)循环是开发微生物细胞工厂的基本研究思路,其中设计环节尤为重要,然而传统的微生物细胞工厂设计方法主要依靠经验、费时费力、准确率低,影响了微生物细胞工厂的开发... 在细胞工厂构建中设计-构建-测试-学习(design-build-test-learn,DBTL)循环是开发微生物细胞工厂的基本研究思路,其中设计环节尤为重要,然而传统的微生物细胞工厂设计方法主要依靠经验、费时费力、准确率低,影响了微生物细胞工厂的开发效率。当前,规模越发庞大的生物数据库和人工智能技术推动了微生物细胞工厂智能设计的快速发展,提升了在生物合成途径设计、调控元件设计和全局优化设计等方面的设计效率与应用。本文综述了微生物细胞工厂中途径预测、元件设计和途径与元件的组合三个环节中的智能设计工具,微生物细胞工厂智能设计的飞速发展将对生物制造领域产生变革性的影响。 展开更多

关键词 生物制造 微生物细胞工厂 智能设计 生物逆合成 调控元件设计

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ARTP生物育种技术与装备研发及其产业化发展 被引量：30

14

作者 吴亦楠 邢新会 +2 位作者 张翀 李和平 王立言 《生物产业技术》 2017年第1期37-45,共9页

安全高效的微生物诱变和高通量筛选技术与装备是生物技术科研及产业发展的核心,具有重要的研究价值和广泛的应用前景。笔者研究团队成功将基于大气压射频辉光放电的常压室温等离子体(ARTP)应用于生物诱变育种领域,对其与生物大分子、细... 安全高效的微生物诱变和高通量筛选技术与装备是生物技术科研及产业发展的核心,具有重要的研究价值和广泛的应用前景。笔者研究团队成功将基于大气压射频辉光放电的常压室温等离子体(ARTP)应用于生物诱变育种领域,对其与生物大分子、细胞之间的作用机理进行了系统研究,并研发了具有自主知识产权的ARTP生物育种仪。因操作安全简便、突变快、突变率高、获得的突变体性状稳定等特点,ARTP育种仪已成功应用于百种以上微生物的诱变育种,在行业引起了广泛关注,并实现了的国际出口。综述了ARTP生物育种技术的原理、装备研发现状及其近年来的研究和应用进展,并对其今后的发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 ARTP 筛选 生物育种 诱变

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合成生物系统构建与绿色生物“智”造 被引量：3

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作者 秦磊 俞杰 +2 位作者 宁小钰 孙文涛 李春 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期3979-3994,共16页

微生物细胞工厂生产化学品是解决能源和环境问题的有效方式之一。越来越多的化合物可通过合成生物系统实现在微生物中的合成,但菌株的生产能力和鲁棒性仍需进一步提高。提高细胞工厂的智能化,实现生物“智”造过程,将是解决菌株发酵生... 微生物细胞工厂生产化学品是解决能源和环境问题的有效方式之一。越来越多的化合物可通过合成生物系统实现在微生物中的合成,但菌株的生产能力和鲁棒性仍需进一步提高。提高细胞工厂的智能化,实现生物“智”造过程,将是解决菌株发酵生产能力不足和鲁棒性差的重要途径。本文从蛋白质设计的智能化、生物传感器的智能化、代谢调控的智能化、菌株进化的智能化以及发酵过程智能化等五个层面对生物“智”造的研究现状进行介绍。生物“智”造的发展将为提高工业生物过程的生产水平和过程节能减排做出重要贡献。 展开更多

关键词 生物工程 分子生物学 合成生物学 智能化 生物制造 鲁棒性 生物传感器 基因线路

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微生物细胞工厂合成五环三萜皂苷类化合物 被引量：8

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作者 任师超 孙秋艳 +1 位作者 冯旭东 李春 《合成生物学》 CSCD 2022年第1期168-183,共16页

五环三萜皂苷类化合物具有丰富的药理、生理活性,广泛应用于医药、功能食品、保健品、化妆品等领域。目前五环三萜皂苷类化合物的主要获取方式是植物提取,随着合成生物学的发展,利用微生物细胞工厂合成植物天然产物逐渐成为研究热点,它... 五环三萜皂苷类化合物具有丰富的药理、生理活性,广泛应用于医药、功能食品、保健品、化妆品等领域。目前五环三萜皂苷类化合物的主要获取方式是植物提取,随着合成生物学的发展,利用微生物细胞工厂合成植物天然产物逐渐成为研究热点,它具有生产周期短、工艺简单、环境友好、条件温和等优势,是未来的发展方向。本文结合五环三萜皂苷类化合物的来源及其天然合成途径,综述了典型五环三萜皂苷类化合物的分类、功能活性、结构特点及目前利用微生物细胞工厂合成五环三萜皂苷类化合物的研究现状;分析了部分五环三萜皂苷类化合物合成途径当中的未解析的关键修饰位点及关键酶,并结合已报道的体内、体外研究,对部分未知途径当中催化母核形成苷元的P450酶以及对苷元进行糖基化修饰的糖基转移酶进行了合理预测;结合当前研究现状分析、总结、归纳了利用微生物细胞工厂合成五环三萜皂苷类化合物存在的主要瓶颈,讨论了现阶段工业化生产现状及利用生物合成进行工业化生产所面临的挑战,为高效合成五环三萜皂苷类天然产物的微生物细胞工厂构建提供了理论支持和新思路。 展开更多

关键词 合成生物学 五环三萜皂苷 微生物细胞工厂 糖基化修饰 合成途径

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甘草黄酮合酶Ⅱ催化甘草素特异性合成7,4'-二羟基黄酮 被引量：2

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作者 孙甲琛 孙文涛 +2 位作者 孙慧 吕波 李春 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期3202-3211,共10页

利用同源序列比对和分子进化树分析从胀果甘草转录组数据库中挖掘并成功克隆到2个黄酮合酶基因:Gur.gene26505和Gur.gene26116。经表征Gur.gene26505为黄酮合酶Ⅱ,具有催化甘草素特异性合成7,4′-二羟基黄酮的特性,而Gur.gene26116为黄... 利用同源序列比对和分子进化树分析从胀果甘草转录组数据库中挖掘并成功克隆到2个黄酮合酶基因:Gur.gene26505和Gur.gene26116。经表征Gur.gene26505为黄酮合酶Ⅱ,具有催化甘草素特异性合成7,4′-二羟基黄酮的特性,而Gur.gene26116为黄烷酮2位羟化酶,可催化甘草素生成包括7,4′-二羟基黄酮在内的三种产物。进一步通过蛋白质结构预测、分子对接和分子动力学模拟探究了黄酮合酶Ⅱ(Gur.gene26505)催化合成7,4′-二羟基黄酮特异性的原因。由于Gur.gene26505活性口袋附近特有的刚性结构β片层使大位阻苯丙氨酸残基翻转至羟化中心下方,消除了羟化产物2-羟基甘草素进入脱水中心的阻力进而发生C_(2)-C_(3)位的脱水反应特异性生成7,4′-二羟基黄酮。最后通过基因过表达、反应条件优化和强化菌体生长建立了7,4′-二羟基黄酮特异性合成的最佳细胞催化工艺,使甘草素转化率达到了76.67%。 展开更多

关键词 甘草黄酮合酶Ⅱ 甘草素 7 4′-二羟基黄酮 特异性转化 生物催化

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微生物细胞工厂的设计构建:从诱变育种到全基因组定制化创制 被引量：10

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作者 袁姚梦 邢新会 张翀 《合成生物学》 2020年第6期656-673,共18页

微生物细胞工厂(microbial cell factories,MCFs)被广泛用于生产丰富多样的化学品、食品、药品和能源,是绿色生物制造的核心环节。早期主要通过天然微生物的筛选和诱变育种的方式获得高产菌种,然而作为一种“以时间(人力)换水平”的非... 微生物细胞工厂(microbial cell factories,MCFs)被广泛用于生产丰富多样的化学品、食品、药品和能源,是绿色生物制造的核心环节。早期主要通过天然微生物的筛选和诱变育种的方式获得高产菌种,然而作为一种“以时间(人力)换水平”的非理性策略,其创制效率极低。随着分子生物学和基因工程研究方法的不断发展,对微生物系统认知和改造能力的进步促使代谢工程学科诞生。基于生物学知识的理性/半理性代谢工程设计和构建策略,目前已发展了从分子、途径到基因组层次不同的MCFs设计和工程化构建策略。本文结合实际案例对MCFs的设计及构建策略进行综述,首先回顾传统诱变育种和代谢工程指导的理性/半理性设计策略,探讨如何突破代谢工程经典框架的限制,实现全基因组水平定制化MCFs的快速构建,最后对这一新的构建范式的未来进行展望。 展开更多

关键词 生物制造 微生物细胞工厂 代谢工程 基因型-表型关联 数据驱动

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植物天然产物氧化与微生物制造 被引量：1

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作者 张昕哲 孙文涛 +1 位作者 吕波 李春 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期2790-2805,共16页

在植物天然产物合成过程中,氧化反应是其中的关键反应,氧化酶是催化氧化反应不可或缺的生物催化剂,也是利用微生物合成植物天然产物过程中不可或缺的关键酶。介绍了萜类、生物碱、黄酮等植物天然产物骨架的氧化修饰,按照辅基的差异对合... 在植物天然产物合成过程中,氧化反应是其中的关键反应,氧化酶是催化氧化反应不可或缺的生物催化剂,也是利用微生物合成植物天然产物过程中不可或缺的关键酶。介绍了萜类、生物碱、黄酮等植物天然产物骨架的氧化修饰,按照辅基的差异对合成植物天然产物过程中的氧化酶进行分类介绍,阐释了不同辅基参与氧化反应的机理。此外,还介绍了植物天然产物氧化过程在微生物合成过程中的难点,以及提高氧化酶催化效率的方法。最后,对未来合成生物学中氧化酶在微生物合成植物天然产物领域的前景进行了展望。 展开更多

关键词 植物天然产物 氧化修饰 氧化酶 酶工程

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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 微生物细胞工厂 绿色生物制造

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