合成生物学技术在糖胺聚糖生产中的应用

糖胺聚糖是一类直链酸性多糖,具有优良的生物相容性和生理活性,被广泛应用于临床治疗,并用作药物运输载体,其中透明质酸、肝素和硫酸软骨素的相关研究最为深入。由于传统方式（如动物组织提取法等）制备糖胺聚糖,存在外毒素、病毒等致病因子污染的风险,因而,利用合成生物学技术,构建重组工程菌株生产糖胺聚糖,逐渐受到研究者们的重视。主要围绕透明质酸、肝素前体及软骨素,综述糖胺聚糖的生物合成途径,并探讨产糖胺聚糖基因工程菌的构建以及糖胺聚糖生物合成过程中分子质量调控机制,以期为构建产高品质糖胺聚糖工程菌株提供新思路。     

合成生物学在环境修复中的应用

环境问题是21世纪人类面临的最严重的挑战。随着现代工农业飞速发展,生态环境日益恶化,难降解污染物如新兴污染物逐渐显现,已成为制约社会经济可持续发展的重要因素。微生物具有强大的环境修复能力,但是其进化速度远不及新兴污染物出现的速度,亟需应用合成生物学的技术来解决这一难题。在充分认识难降解有机污染物微生物降解(途径)特性的基础上,利用我国丰富的微生物与基因资源,运用合成生物学的手段,定向设计和改造现有降解菌株,构建能够降解一种或多种污染物的工程菌株;同时针对复合型污染,如废水等,在建立典型有机污染物代谢、调控和抗逆相关基因元件的模块库基础上,引入人工菌群等策略,对生物系统进行理性设计和组装,构建典型环境污染物的高效降解菌群,可有效促进我国新兴污染物微生物分解代谢的研究,为环境修复的工程应用提供技术支持。     

合成生物学技术在材料科学中的应用

材料是人类赖以生存与发展的物质基础,科技和社会的进步都离不开材料技术的发展,未来先进材料的合成和制备必然朝着绿色可持续、低耗高产出、精细可调控、高效多功能的方向发展。以\"基因调控·工程设计\"为核心的合成生物学技术从分子、细胞层面极大地推动了生命科学的发展,也已经并继续为材料科学的发展注入新的思路和活力。本文将围绕合成生物学技术在材料科学中的应用,以基因回路设计为核心,概念应用为线索,重点介绍合成生物学技术在高分子生物材料和无机纳米材料领域的开发和生产,细胞展示和蛋白定向进化战略对分子材料的筛选和优化,\"活体\"功能材料、工程菌调节的人工光合系统功能材料体系以及基因回路在材料科学中的应用。     

合成生物学及其在生物技术中的应用进展

合成生物学是一门21世纪生物学的新兴学科,它着眼生物科学与工程科学的结合,把生物系统当作工程系统\"从下往上\"进行处理,由\"单元\"(unit)到\"部件\"(device)再到\"系统\"(system)来设计,修改和组装细胞构件及生物系统.合成生物学是分子和细胞生物学、进化系统学、生物化学、信息学、数学、计算机和工程等多学科交叉的产物.目前研究应用包括两个主要方面:一是通过对现有的、天然存在的生物系统进行重新设计和改造,修改已存在的生物系统,使该系统增添新的功能.二是通过设计和构建新的生物零件、组件和系统,创造自然界中尚不存在的人工生命系统.合成生物学作为一门建立在基因组方法之上的学科,主要强调对创造人工生命形态的计算生物学与实验生物学的协同整合.必须强调的是,用来构建生命系统新结构、产生新功能所使用的组件单元既可以是基因、核酸等生物组件,也可以是化学的、机械的和物理的元件.本文跟踪合成生物学研究及应用,对其在DNA水平编程、分子修饰、代谢途径、调控网络和工业生物技术等方面的进展进行综述.     

合成生物学中的DNA组装技术

合成生物学旨在应用工程学的研究思路及手段去设计或改造生物系统,是一个综合了科学与工程的拥有发展潜力的新兴学科,在生物医药、农业、能源、环保等方面发挥着巨大作用。DNA组装技术是合成生物学中的关键技术,也是合成生物学快速发展的限制性技术。综述了众多DNA组装技术的发展及其在合成生物学研究中的意义和应用。     

合成生物学改造微生物及生物被膜用于重金属污染检测与修复

随着工业化进程不断加快,重金属污染日益加剧,尤其是水体的重金属污染,已严重威胁人类健康,迫切需要进行有效的污染修复.相比传统物理和化学修复,生物修复具有绿色环保和可持续性的特点.因为微生物生长繁殖迅速、生物被膜具有动态可调节和环境适应性好等特点,使其能更好耐受胁迫环境,在环境修复中有重要作用.合成生物学改造微生物及生物...     

面向先进生物燃料的合成生物学

先进生物燃料一般指来自于非粮食原料的交通运输用生物燃料。近年来,先进生物燃料的发展引起了众多国家的浓厚兴趣,然而,先进生物燃料正处于关键的技术研发阶段,还需经过大量研发以突破技术障碍和示范生产活动后方能进行商业化部署。过去10年内,合成生物学研究大量兴起并不断取得突破,使人们有可能人工设计构建新的高效生命系统,克服生物燃料发展的技术瓶颈,进行先进生物燃料的生产。在介绍先进生物燃料与合成生物学的发展现状的基础上,分析了合成生物学在先进生物燃料研发中的重要价值与研发进展,探讨了合成生物学的发展潜力。     

人工细胞在合成生物学中的应用

人工细胞作为一种模拟天然细胞结构和功能的人工系统,在多个领域的研究中发挥着重要作用。基于人工细胞构建策略可分为“自上而下”的人工细胞和“自下而上”的人工细胞。这与以构建或模拟天然生物细胞中存在的复杂路径为目标的“自下而上”的合成生物学思想不谋而合。利用合成生物学“自下而上”的逻辑属性,可以工程化设计人工细胞,并应用于生物工程、医药和疾病治疗等领域。本文重点介绍了人工细胞在合成生物学和医学领域中的应用,尤其是基于人工细胞构建的药物递送系统以及人工细胞在组织工程和再生医学中的应用。同时探讨了如何运用新的工程方法提高人工细胞的活性和稳定性,从而缩小人工细胞与天然细胞之间的差距。本文可为加速和推进多功能人工细胞的研究,将人工细胞的应用范围扩展到生物技术、医学和靶向药物治疗等诸多领域提供参考,为人类社会的可持续性发展提供更多可能性。     

合成生物学的医学应用

合成生物学旨在基于工程学原理,通过人工合成生物调控元件、模块和基因调控网络等对细胞进行设计和改造,以实现细胞和生命体的定向演化。在医学研究中,合成生物学主要采用人工设计合成治疗性的基因回路,制备工程化细胞植入体内,纠正机体已发生缺陷的生物调控元件,以达到治疗疾病的目的。本文对合成生物学的兴起、发展及其在医学中的应用和研究进展进行了综述。     

EM有效微生物技术在环境保护中的应用

综述了EM技术在工业废水治理、生活废水处理、畜禽养殖污染治理、河流湖泊环境净化、固体废物环境治理以及农村生态环境保护等环保领域中的应用,并对下一步EM技术的深入研究和应用提出了若干建议。     

合成生物学与微生物遗传物质的重构

作为一门新兴学科的合成生物学已经展现出巨大的科学价值和应用前景。近年来已经发表了多篇综述文章,从不同角度对合成生物学进行了总结和论述。文章首次对合成生物学和微生物遗传学之间的关系进行了阐述,同时介绍了合成生物学在微生物遗传物质的重构方面最近的研究进展,包括微生物遗传物质的合成、设计和精简,遗传元件的标准化和遗传线路的模块化。也探讨了合成生物学与微生物遗传工程的关系。     

微生物对拟除虫菊酯类农药残留的生物修复

拟除虫菊酯类农药是一类高效、广谱农药,且具有低毒性和能被生物降解之特性,但其残留却给人们的健康带来了巨大的威胁,如何有效地去除其残留成为摆在环境工作者面前的一项重大课题。以生物修复为理论基础的农药残留降解菌技术为解决这一难题带来了新思路,该方法操作简便、经济实用,在国内外均成为环境工作者的研究热点。     

Microbiological and Biotechnological Aspects of Metabolism of Carbamates and Organophosphates

Abstract

Several carbamate and organophosphate compounds are used to control a wide variety of insect pests, weeds, and disease-transmitting vectors. These chemicals were introduced to replace the recalcitrant and hazardous chlorinated pesticides. Although newly introduced pesticides were considered to be biodegradable, some of them are highly toxic and their residues are found in certain environments. In addition, degradation of some of the carbamates generates metabolites that are also toxic. In general, hydrolysis of the carbamate and organophosphates yields less toxic metabolites compared with the metabolites produced from oxidation. Although microorganisms capable of degrading many of these pesticides have been isolated, knowledge about the biochemical pathways and respective genes involved in the degradation is sparse. Recently, a great deal of interest in the mechanisms of biodegradation of carbamate and organophosphate compounds has been shown because (1) an efficient mineralization of the pesticides used for insect control could eliminate the problems of environmental pollution, (2) a balance between degradation and efficacy of pesticides could result in safer application and effective insect control, and (3) knowledge about the mechanisms of biodegradation could help to deal with situations leading to the generation of toxic metabolites and bioremediation of polluted environments. In addition, advances in genetic engineering and biotechnology offer great potential to exploit the degradative properties of microorganisms in order to develop bioremediation strategies and novel applications such as development of economic plants tolerant to herbicides. In this review, recent advances in the biochemical and genetic aspects of microbial degradation of carbamate and organophosphates are discussed and areas in need of further investigation identified.     

单萜类化合物的微生物合成

单萜类化合物是萜类化合物的一种,一般具有挥发性和较强的香气,部分单萜还具有抗氧化、抗菌、抗炎等生理活性,是医药、食品和化妆品工业的重要原料.近年来,利用微生物异源合成单萜类化合物的研究引起了科研人员的广泛关注,但因产量低、生产成本高等限制了其大规模应用.合成生物学的迅猛发展为微生物生产单萜类化合物提供了新的手段,通过改...     

Assessment and Maintenance of Unigametic Germline Inheritance for C. elegans

1. Download high-res image (213KB)
2. Download full-size image

     

化学品生物合成专刊序言

以酶及微生物细胞催化剂结合工程学方法将廉价、废弃原料进行高效生物转化可实现化学品的可持续生产。近年来,合成生物学、系统生物学及酶工程等技术的快速发展大大推动了化学品的可持续生物制造,既实现了多种新型化学品的生物合成,又显著提高化学品的生物合成效率。为展示化学品生物合成的最新进展并促进绿色生物制造的发展,《生物工程学报》特组织出版化学品生物合成专刊,从酶催化与生物合成机制、微生物细胞合成、一碳生物炼制以及关键核心技术等方面,介绍化学品生物合成的最新前沿、挑战以及潜在解决方案。     

工业生物技术专刊序言

以生物催化和生物转化为核心的工业生物技术是实现社会和经济可持续发展的有效手段。本期专刊分别从基因工程、代谢工程与合成生物学、生理工程、发酵工程与生化工程、生物催化与生物转化、生物技术与方法等方面,介绍了我国在工业生物技术领域的最新研究进展。