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生物制造助力发展新质生产力
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作者 刘建明 张以恒 曾安平 《合成生物学》 CSCD 北大核心 2024年第6期1227-1230,共4页
生物制造技术在全球可持续发展战略中发挥着至关重要的作用,它不仅是解决资源匮乏和环境污染的关键技术,也是推动新质生产力发展的重要引擎。随着全球绿色低碳经济的崛起,各国纷纷出台政策以支持生物制造技术的创新与应用。例如,中国《... 生物制造技术在全球可持续发展战略中发挥着至关重要的作用,它不仅是解决资源匮乏和环境污染的关键技术,也是推动新质生产力发展的重要引擎。随着全球绿色低碳经济的崛起,各国纷纷出台政策以支持生物制造技术的创新与应用。例如,中国《“十四五”生物经济发展规划》明确提出,要大力发展生物制造,推动生物基材料、绿色能源、生物医药等领域的突破性发展,以实现“双碳”目标和绿色经济转型。这一政策呼应了全球可持续发展的需求,强调通过生物制造减少对石化资源的依赖,推动生物基产品在工业生产中的广泛应用。与此同时,欧盟的《欧洲绿色协议》也将生物制造列为发展循环经济和可再生能源的重要组成部分。通过政策的引导与技术创新的结合,生物制造正在成为构建未来新质生产力的核心力量之一,促进了从传统化石燃料到可再生碳资源(如二氧化碳、生物质等)的转型,为全球经济的可持续发展注入了新的动力。本文将从生物制造原料的开发与利用、高附加值产品的生物制造进展、生物制造催化剂的创新以及其在合成生物学的突破等方面,阐述本期生物制造专辑的主要内容。 展开更多
关键词 生物制造 全球可持续发展 合成生物学 可再生能源 绿色能源 化石燃料 生物医药 生物基产品
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巴氏梭菌作为工业底盘细胞高效生产1,3-丙二醇——从代谢工程和菌种进化到过程工程和产品分离 被引量:5
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作者 刘建明 张炽坚 +1 位作者 张冰 曾安平 《合成生物学》 CSCD 北大核心 2024年第6期1386-1403,共18页
1,3-丙二醇(PDO)是一种重要的化工原料,广泛应用于材料和化妆品等领域。生物制造PDO具有原料可再生性和环境友好性等众多优点和广阔的发展前景。由于巴氏梭菌(Clostridium pasteurianum)菌株安全、非致病、代谢甘油速率快、生长快、不... 1,3-丙二醇(PDO)是一种重要的化工原料,广泛应用于材料和化妆品等领域。生物制造PDO具有原料可再生性和环境友好性等众多优点和广阔的发展前景。由于巴氏梭菌(Clostridium pasteurianum)菌株安全、非致病、代谢甘油速率快、生长快、不依赖昂贵的培养基组分、天然具备高效生产PDO代谢途径等条件,利用和改造巴氏梭菌作为工业底盘生产PDO呈现出得天独厚的优势。本文首先回顾了PDO的生物制造现状和挑战,随后深入探讨了采用巴氏梭菌生产PDO的方法,特别关注于巴氏梭菌的甘油代谢机制、甘油发酵的策略和发酵过程的工艺设计。值得一提的是,本文作者研究团队筛选到的巴氏梭菌突变体和随之开发的鲁棒性发酵工艺在一定程度上突破了传统巴氏梭菌对环境的要求,特别是对铁离子浓度的敏感性;在电辅助甘油发酵过程中,PDO产量达到120.7 g/L,生产强度达到4.8 g/(L·h),收率达到理论值;并进一步阐述了巴氏梭菌基因工程改造方面的天然屏障,围绕着理性基因组改造和定向进化等几个方面进行了详细讨论;由于PDO产品纯度(>99.9%)通常有较高要求,因此开发高效的下游处理技术对于实现利用可再生资源发酵生产PDO的工业化应用至关重要,本文在分离工艺方面主要讨论了基于蒸发和蒸馏的PDO纯化技术以及基于萃取的PDO纯化技术。通过对代谢工程、菌种进化、发酵过程优化以及产品分离等多个维度全方位分析,全面地解析了巴氏梭菌生产PDO的特点和优势,以及巴氏梭菌作为新型工业底盘微生物在未来发展过程中值得关注的问题。 展开更多
关键词 生物制造 巴氏梭菌 1 3-丙二醇 粗甘油发酵 下游分离纯化
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定向进化在蛋白质工程中的应用研究进展 被引量:12
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作者 祁延萍 朱晋 +2 位作者 张凯 刘彤 王雅婕 《合成生物学》 CSCD 2022年第6期1081-1108,共28页
定向进化旨在通过基因多样化和突变体库筛选的迭代循环,加速实现在胞内或胞外进行的自然进化过程。近年来,因其强大的功能而被广泛应用于酶工程当中。本文概述了近十年助力定向进化发展的最新技术,包括胞外和胞内高效构建基因突变体库... 定向进化旨在通过基因多样化和突变体库筛选的迭代循环,加速实现在胞内或胞外进行的自然进化过程。近年来,因其强大的功能而被广泛应用于酶工程当中。本文概述了近十年助力定向进化发展的最新技术,包括胞外和胞内高效构建基因突变体库的方法、高通量筛选突变体库的方法、连续定向进化策略、自动化生物合成平台助力定向进化的策略、计算机技术辅助定向进化的应用实例。为了阐述定向进化在酶工程中的应用价值,本文着重讨论了利用定向进化技术对酶进行改造的代表性案例,其中包括改善酶在有机溶剂中的耐受性、提高酶的热稳定性、增强天然酶对非天然底物的催化能力、提高酶催化化学反应的选择性(包括区域选择性、立体选择性和对映选择性)以及拓展酶催化的反应类型。最后,本文对定向进化在未来可能遇到的挑战及应用前景进行了归纳总结。 展开更多
关键词 定向进化 蛋白质工程 酶工程 生物催化
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无细胞多酶分子机器赋能二氧化碳的高值利用及其挑战 被引量:4
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作者 刘建明 曾安平 《合成生物学》 CSCD 2022年第5期825-832,共8页
二氧化碳等温室气体排放导致的全球气候变暖及相应的气候灾难日益严重,开发高效二氧化碳捕获和利用 技术迫在眉睫。利用生物制造技术固定二氧化碳是合成生物学工程科学的一个重要攻关方向,其中挖掘和组装无 细胞多酶分子机器赋能二氧化... 二氧化碳等温室气体排放导致的全球气候变暖及相应的气候灾难日益严重,开发高效二氧化碳捕获和利用 技术迫在眉睫。利用生物制造技术固定二氧化碳是合成生物学工程科学的一个重要攻关方向,其中挖掘和组装无 细胞多酶分子机器赋能二氧化碳高值利用,由于背景清晰、调控相对简单、副反应少和产率高等优点,受到越来 越多的关注。近期,JamesC. Liao教授团队人工设计和开发了新型的多酶复合分子机器,建立了用于二氧化碳固 定的闭合循环反应-还原型乙醛酸-丙酮酸合成路径 (reductive glyoxylate-pyruvate synthesis cycle),可以理论上实现 2分子二氧化碳 (碳酸氢盐) 到 1分子乙醛酸的合成反应,并设计和尝试了反应过程中监控辅因子浓度以提高酶 稳定性的策略。本文基于设计和组装体外多酶分子机器,聚焦辅因子工程以及利用多酶分子机器固定二氧化碳所 面临的挑战等角度讨论这篇工作并简述作者的相关思考。 展开更多
关键词 二氧化碳固定 多酶分子机器 无细胞催化 辅因子工程 酶稳定性
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