定制酶分子机器/细胞工厂，引领生物制造产业未来

工业酶制剂研发与应用已经渗透到各大工业领域,但中国作为用酶大国、产酶小国面临重大挑战,鉴于以化学催化为核心的基础物质加工业面临资源、能源和环境三大危机,酶工程与生物催化已被列入许多国家的科技与产业发展战略,应用高效、清洁的生物催化技术是实现化学工业可持续发展以及发酵工业产业升级的重要途径之一。文中以2017年第十一届中国酶工程学术研讨会杜邦-杰能科中国酶工程杰出贡献奖获得者特邀报告为基础整理编写而成,从自主酶库构建、酶分子机器/细胞工厂创制及产业化应用等角度概述当前酶工程与生物催化发展现状及前景。     

传统与未来的碰撞：食品发酵工程技术与应用进展

随着生物技术的飞速发展,作为食品生物工程的主要组成部分,食品发酵工程技术不断升级,在传统发酵食品的菌种、发酵过程、产品品质得到改善的同时,生物制造的功能食品组分、未来食品等新型产品也应运而生。首先概述了由生物技术和信息技术的进步带来的食品发酵研究手段与生产方式的多层面变革,并重点阐释了利用食品合成生物学设计构建细胞工厂的思路和方法,以及食品生物工程在微生物分析、过程工程和分离工程方面的智能化进程。其次,介绍了现代食品生物工程技术在改善传统发酵食品品质及安全性、生产功能食品组分、添加剂和酶制剂、创制未来食品和开发新型益生食品方面的应用进展。最后,对全球和我国食品发酵产业面临的挑战和未来发展趋势进行了总结和展望,以期为食品发酵的技术革新和工业化应用提供参考。     

生物制造“细胞工厂”的设计与组装

以化石资源为原料的化学品制造行业在消耗不可再生资源的同时,还对生态环境造成了破坏,这给以可再生资源为原料的生物制造带来了发展机遇。与传统化工制造不同,生物制造把细胞作为\"生产车间\",\"车间\"内每一道工序由酶催化完成。\"细胞工厂\"除了反应条件温和,还具有较强的可塑性,可根据需求调整或者重构代谢途径来合成各种目标化学品。\"细胞工厂\"的设计过程遵循如下的准则:1)构建一条由原料到产品的最优合成途径;2)平衡代谢途径中每步反应的代谢流,使该途径代谢通量远高于细胞基础代谢;3)足量地供应合成途径的前体,多个前体根据需要调整供应比例;4)酶促反应往往有各种辅因子的参与,顺畅的代谢通路需要平衡或者再生各种辅因子;5)通过遗传改造或者工艺改进解除产物和代谢中间体的反馈抑制,以获取更高的产量。     

PHA生物制造及加工过程进展

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一类全生物可降解的高分子聚酯材料.近年来,随着代谢工程和合成生物学等技术的发展,PHA的微生物发酵生产取得了进一步突破.目前PHA的生物制造体系主要分为传统工业生物技术和下一代工业生物技术.本文从下一代工业生物技术体系比较分析出发,简要综述了PHA生物合成过程强化、PHA分离纯化及改性加工等研...     

合成生物制造

本文对2021年《生物工程学报》在合成生物制造领域发表的综述和论文进行了评述.重点讨论了大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、谷氨酸棒杆菌、酿酒酵母、丝状真菌以及非模式细菌、非传统酵母等主要底盘细胞的设计改造,氨基酸、有机酸、维生素、高级醇、天然化合物(萜类、黄酮类、生物碱类)、抗生素类、酶与生物催化产品、生物聚合物等产品的生物制造...     

人工智能时代的智能生物制造

生物制造以低碳循环、绿色清洁的优势在社会可持续经济发展模式中占有举足轻重的作用,其发展是未来大趋势.技术进步使得生物制造在微生物细胞代谢调控规律、生物加工过程的在线数据等方面形成了海量数据,但传统数据分析相关理论的不完善极大地限制了这些海量数据的挖掘,利用人工智能在数据处理方面的优势,通过机器学习对数据中蕴含的知识进行...     

生物炼制细胞工厂：生物制造的技术核心

对生物炼制细胞工厂的发展进行了简要回顾,从微生物糖代谢的分子机制、细胞工厂的代谢网络及调控、细胞工厂的构建技术及细胞工厂的优化4个方面介绍了本期专刊发表的17篇生物炼制细胞工厂方面的论文。     

萤火虫跟未来的低碳技术

随着经济发展节奏加快,由此造成的环境污染问题严重影响了人们的生产与生活。类似于光化学烟雾,臭氧层空洞、放射性污染等问题困扰着我们,严峻的环境现状已经不容乐观。现阶段的险峻情势要求我们在盲目发展经济的同时兼顾对自然环境的保护,维持好大环境下的生态平衡,而低碳技术以其低耗能低污染的特点受到了广泛关注与热议,逐渐步入人们的生活,成为不     

基于模式微生物生长特性调控的食品功能因子生物制造研究进展

食品功能因子作为功能性食品制造的基础素材,是食品中真正起生理作用的有效成分,在调节人体机能,改善睡眠和促进生长发育等方面发挥着重要作用.合成生物学作为一种更安全、更健康和绿色可持续的食品获取方式,已经成为推动食品行业发展的重要技术支撑.食品合成生物技术主要通过采用合成生物学技术设计构建食品组分的合成途径,创建具有食品工业应用能力的智能化细胞工厂,大幅提升食品功能因子等高附加值产品的合成效率.目前,以大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、谷氨酸棒杆菌和酿酒酵母等模式微生物作为合成载体,通过对其生长进行精细调控,食品功能因子的生物制造已取得重大进展.本文主要从转运蛋白工程改造提高细胞生长速率、重编程细胞能量代谢和平衡细胞生长与产物合成方面总结了基于模式微生物生长特性调控合成食品功能因子的研究策略和进展,提出了目前所面临的挑战,并对其未来发展做出展望.     

甲酸生物利用的研究进展

利用微生物细胞工厂实现高效的原料利用和目标物质合成是合成生物学的重要研究方向之一。传统工业微生物主要以糖基类原料作为发酵底物,而发掘更为廉价的碳资源并实现其高效利用,值得探究。甲酸是重要的有机一碳资源,亦是基本有机化工原料之一,广泛应用于农药、皮革、染料、医药和橡胶等工业。近年来受产业需求波动的影响,甲酸生产面临产能过剩的困境,亟待发展新的转化路径来拓展和延伸相关产业链,而生物路线是重要方向之一。然而,天然的甲酸利用微生物普遍存在生长缓慢、甲酸代谢效率低以及分子工具匮乏造成遗传改造困难等问题,亟待改造和优化;而人工构建甲酸利用微生物的研究尚处于起始阶段,存在极大的发展空间,值得关注。文中对近年来甲酸生物利用的研究进展进行了梳理和总结,并对今后的研究重点和方向提出建议。     

人乳寡糖2’-FL和3-FL的生物制备研究进展

人乳寡糖(Human milk oligosaccharides,HMO)是母乳中重要的免疫活性成分,对婴幼儿健康起到显著促进作用。2’-岩藻糖基乳糖(2’-FL)是HMO的主要组分,极具应用价值,3-岩藻糖基乳糖(3-FL)与2’-FL的合成途径相似,两者的研究具有相互借鉴意义,近年来针对它们的研究取得了较多进展。以微生物细胞工厂为核心理念的新型生物合成途径有望将2’-FL和3-FL产业化,未来将对乳制品行业产生重要的影响。文中综述了生物技术制备2’-FL和3-FL的最新研究进展,并对未来发展趋势进行了展望。     

鬼臼毒素及其衍生物生物合成研究进展

鬼臼毒素(Podophyllotoxin,PTOX)是来源于中药八角莲、山荷叶和桃儿七等鬼臼属植物的芳基四氢萘类木脂素.其化学半合成衍生物依托泊苷和替尼泊苷被用于多种癌症的临床治疗.作为天然产物来源新药创制的典型代表,鬼臼毒素目前依赖天然提取,供求矛盾日渐突出.生物合成具有不受资源限制、反应条件友好等优势,是鬼臼毒素及...     

细胞培养肉的生物伦理学思考

近年来,为了解决人类社会发展和环境资源的矛盾日益突出的问题,人造肉越来越多的进入人们的视野。通常所说的人造肉,可以分为植物蛋白肉和细胞培养肉。其中植物蛋白肉已经逐步开始商业化,细胞培养肉采用动物细胞进行培养,与真实肉制品更为接近。文中在分析细胞培养肉本质基础上,探讨细胞培养肉对肉类生产行业、消费者群体以及人类未来可持续发展的积极意义。在生物伦理学的视角下,研发和生产细胞培养肉有助于保障人类社会的可持续发展、提升动物福利、减少资源需求、改善肉制品营养功能,并为其他行业的发展提供新的增长点。此外,对于细胞培养肉生产涉及的食品安全、技术滥用、技术监管层面上的伦理风险提出进行了深入思考,希望能从生物伦理学的层面为人造肉行业的可持续发展提供参考。     

A seasonal study of the carbon content of planktonic naked amoebae in the Hudson Estuary and in a productive freshwater pond with comparative data for ciliates

The total carbon contents of gymnamoebae and ciliates, dwelling in the water column of the Hudson Estuary and a highly productive freshwater pond, were monitored during a 7-month period from April through October 2006. The carbon contents of the gymnamoebae and the ciliates were greater in the pond compared with the estuary, and carbon contents of gymnamoebae were greater in the spring and autumn in both locations than those of ciliates. Given the global distribution of gymnamoebae, these results suggest that greater attention should be given to the potential role of gymnamoebae in microbial food webs.     

酵母中性位点的挖掘及应用研究进展

酵母是代谢工程中生产蛋白质、化学品和植物天然产物的重要宿主,挖掘多样化的酵母中性位点对复杂产物的高效细胞工厂的构建和优化具有重要的意义。本文归纳总结了酵母染色体上中性位点的筛选标准、表征手段、强度影响因素,介绍了其在合成生物学和生物制造领域中的应用,并对未来的研究方向进行了展望,为利用中性位点进行酵母细胞工厂的构建优化提供了理论支撑。