生物制造手性化学品的现状及其发展趋势

手性化学品是传统制造工业的重要产品之一,具有高度选择性的生物制造技术尤其适用于高光学纯度化学品的制造过程,大力发展手性化学品生物制造技术,符合国家重大需求,也是实现绿色制造的重要手段。论述了生物制造手性化学品的重要意义及国内外研究现状,对生物制造手性化学品的未来发展方向和趋势进行了展望。     

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。     

生物制造手性化学品研究现状及发展趋势

手性化学品是传统制造工业的重要产品之一,现代生物技术的快速进步极大地推动了生物制造手性化学品的快速发展。目前,生物制造手性化学品受到世界各国的广泛关注,已经成为发达国家工业生物技术领域重要的科技与产业发展方向。本文主要介绍了国内外生物制造手性化学品的研究现状和发展趋势。今后应大力加强系统技术平台和理论体系的构建,为建设重要手性化学品的先进绿色生物制造产业提供全面的技术支撑。     

手性医药化学品生物催化绿色制造

生物催化具有选择性强、催化效率高、反应条件温和、环境友好等优点,广泛应用于传统化学方法不能或者不易合成的手性化合物的生产过程中,已成为化学合成法的一种重要补充。同时,生物催化能够更好地解决资源、能源和环境方面的压力,维持和谐的生态环境,促进工业的可持续发展。近年来,生物催化技术已在手性医药化学品产业化生产中得到了广泛的应用,有效地实现了手性医药化学品的绿色制造。本文就生物催化介入的手性医药化学品的产业化技术和过程进行介绍。     

手性医药化学品的绿色生物合成

手性在自然界中普遍存在,与生命现象密切相关,也显著影响物质的性能。手性医药化学品的化学合成存在原子经济性、过程经济性差、环境污染和资源浪费严重等问题。生物合成技术具有过程绿色、选择性好等优势。近年来,生物合成技术在手性医药化学品合成关键酶的选择、催化机制解析、光学纯手性中间体合成途径构建、工艺开发及放大生产等方面均取得长足进步,有望解决手性中心构筑复杂、光学纯度低、污染大等手性化学品制造的瓶颈问题,推动我国医药行业的绿色可持续发展。本文主要总结了中国科学院天津工业生物技术研究所成立以来在手性医药化学品生物催化合成方面的一些研究进展。     

羰基生物还原法合成手性醇的研究进展

手性醇是合成许多光学活性药物、农用化学品及其他精细化学品的关键手性砌块。羰基生物还原法理论上可实现100%转化率,且反应条件温和,对环境十分友好,被普遍认为是生产手性醇的绿色、高效途径。综述了近年来利用生物信息学、高通量筛选和蛋白质工程的发展对新型、高效生物催化剂开发的影响,特别是利用相关技术手段开发羰基还原酶的进展。     

基于合成生物学的微生物制造研究进展

基于合成生物学的微生物制造在天然产物药物、生物能源、生物基化学品及生物传感器件的研究中发挥越来越重要的作用。本文系统地介绍了合成生物学研究领域的最新技术进展,包括DNA和染色体合成、新生物元件开发与元件库标准化、染色体工程与最小基因组技术、途径装配技术等,并阐述了合成生物学在微生物制造领域内所取得的突破和巨大的应用价值。     

合成生物学驱动的智能生物制造研究进展

合成生物学的迅猛发展给包括药物和化学品在内的生物制造带来了强劲动力。它助力生物合成关键元件的挖掘,丰富了智能生物制造所必需的基础(催化)元件库;底盘细胞的性能优化为高效生物制造奠定了基石和平台。合成生物学经典的"设计-构建-测试-学习"则是创建高效智能细胞工厂的核心研发内容。天然宿主的系统代谢工程和合成生物学以及无细胞体系的体外合成生物学,是实现高效生物制造和替代底盘细胞体系的可选途径。该文简要综述近年国内外的相关研究进展。     

973项目“生物制造手性化学品的科学基础”取得突出进展

“生物制造手性化学品的科学基础”项目围绕手性生物制造的关键科学问题,在手性识别规律解析、生物催化剂理性设计、反应调控、典型生物制造过程重构等方面取得了较大进展。     

加快推动生物制造创新研究

<正>生物制造作为生物产业的重要组成部分,是生物基产品实现产业化的基础平台,也是合成生物学等基础科学创新在具体过程中的应用。生物质是自然界唯一含碳的可再生能源,发展绿色生物制造生产燃料乙醇、生物柴油、生物航煤、生物甲烷以及各种化学品和可降解生物材料是其最佳利用途径。生物制造将从原料源头上降低碳排放、通过工业生物技术实现绿色清洁的生产工艺,将从根本上改变我国经济社会发展"高能耗、高排放"的现有模式。重大化工产品(化学品、能     

手性医药化学品生物催化合成进展与实践

手性生物催化是利用生物催化剂对手性分子构型的识别能力进行选择性催化的新型物质加工过程,具有催化效率高、选择性强和反应条件温和等优势。近十年来,生物催化技术快速崛起,树立了多个大品种原料药过程替代的成功范例,成为手性医药化学品绿色制造不可或缺的重要工具。笔者分析了生物催化商业和学术发展的新动向,并结合笔者在手性药物生物催化合成的产业化开发实践,指出了今后的发展方向。     

我国工业生物技术和产业的现状、差距与任务

工业生物技术是利用生化反应和生物体机能进行物质合成加工与能量转化利用的集成技术,正在支撑建立以可发酵糖、秸秆、二氧化碳等可再生资源为原料的化学品绿色高效制造新路线,有望实现工业制造方式的根本转变,是支撑经济社会可持续发展的重大战略技术,已成为世界各国科技和产业竞争的焦点。本文从工业生物技术深度融入和支撑生物经济发展的态势出发,系统分析了我国工业生物技术和生物产业发展的现状、短板问题,提出了未来建议重点发展的主要方向。     

中链化学品微生物制造

中链脂肪酸（C₆-C₁₂）衍生的化学品包括脂肪醇、脂肪烃、中链酯、ω-修饰脂肪酸等,这些化合物是生物燃料、聚合物、日用化学品、特种化学品的重要组分。天然微生物底盘不能合成中链脂肪酸,而通过操纵脂肪酸合成、逆β-氧化等碳链延伸途径,尤其是表达生成游离中链脂肪酸的硫酯酶,可使大肠埃希菌、酿酒酵母等微生物细胞合成超过1 g/L的中链脂肪酸。引入脂肪酸衍生反应,如羧基还原、脱羧、ω-氧化等,可合成许多中链化学品。本文综述了中链化学品合成的酶学基础以及代谢工程策略,为中链化学品高效生物制造提供参考和思路。     

生物活性物的生物制造：现状、挑战和发展趋势

生物活性物的生物制造是指利用包括细胞、微生物和酶在内的生物系统生产具有生物活性的天然或合成分子的过程。这些分子可用于制药、化妆品、农业和食品工业等领域,对提高生命质量、延长生命长度具有重要意义。在合成生物学和自动化等技术的推动下,生物制造领域迅速发展,为创造新产品和替代传统产品提供了绿色可持续的生产模式,为生物经济的增长、创新作出了重要贡献。本文结合生物活性物研发及生产情况,简要梳理并分析了国内外生物活性物的现有市场和未来发展。生物制造作为一种绿色、可持续的生产方式,将在生物经济发展中持续发挥重要作用。     

光催化材料-微生物杂合系统在化工领域的应用进展

随着化工行业的发展,化石能源短缺、环境污染严重等问题日益突出。如何开发新能源,实现化学品的绿色生物制造并修复化工污染,是发展绿色化工的核心问题。近年来,光催化材料-微生物杂合系统为解决上述问题带来新希望,该系统将光催化材料与微生物紧密耦合,充分发挥光催化材料能广谱高效捕获光能的特性以及微生物选择性酶催化功能,实现太阳能到化学能的高效转化。本文详细介绍了该系统的设计理念、作用机制及改进策略,并从生物能源、化学品制造和化工污染修复三个方面综述了该系统在化工领域的应用进展,指出了该领域现存的挑战与未来发展的趋势。     

生物合成芳香族氨基酸及其衍生物的研究进展

现代生物化工主要以廉价可再生资源为底物生产高附加值的精细化学品、大宗化学品、药品及营养品。合成生物学研究是生物化工领域的重要发展方向和支撑体系之一,是在功能基因组学、计算生物学和系统生物学等基础上,将工程化理念应用在生物学中,定向创造新型生物产品和生物过程整体优化的新的研究方向。合成生物学发展十几年以来,创造出了很多强有力的工具被应用于微生物、植物及动物的研究。以微生物生产芳香族氨基酸及其衍生物为主要内容,系统的综述合成生物学在以微生物生产高附加值产物方面的研究进展。     

“生物制造手性化学品的科学基础”举办“长三角”博士生论坛专场报告会

2012年11月8～10日,“长三角”先进生物制造博士生论坛在南京工业大学举行。本次大会为973计划“生物制造手性化学品的科学基础”项目举办了专场报告会,项目首席科学家杨立荣教授。     

形态工程在生物基化学品生产中的应用进展

合成生物学和代谢工程是构建微生物细胞工厂、实现化学品绿色生物制造的重要方法,目前主要集中在微生物代谢网络的改造及调控上,很少考虑到微生物细胞特性的影响。形态工程通过改造微生物细胞形态相关蛋白,有目的地对微生物细胞形态及分裂方式进行合理调控,从而优化微生物细胞的特性,是降低生物炼制成本的一种新兴生物工程技术。文中首先介绍了与微生物细胞形态相关的各类蛋白,并重点总结了形态工程在生物基化学品合成方面的应用进展,包括调控细胞体积以提高胞内产物积累量、改善细胞通透性以促进胞外产物分泌、实现高密度发酵以降低生产成本、控制产物水解程度以提高产品性能。最后,提出了形态工程面临的主要问题并展望了其未来的发展趋势。     

精细化学品的生物合成

正精细化学品在所有化学品中的占比是一个国家化学工业发展水平的重要标志。目前,我国已经成为全球最大的精细化学品供应国。但是,当前的精细化工产业还普遍存在技术落后、环境污染比较严重的问题。进入21世纪,以蛋白质工程和合成生物学等为代表的现代生物技术的进步,为高性能工业生物催化剂的开发提供了有效手段。酶或全细胞催化技术已经在医药化学品、食品和饲料添加剂、农药及其中间体、日用化学品、助剂等精细化学品生产领域展示出强大的竞争力和巨大的发展潜力,生物制造有望成为精细化学品产业发展的重要方向。根据应用领域,分别介绍了近年来生物合成技术在各类精细化学品制造方面取得的典型进展。     

甘油原料转化生产手性环氧氯丙烷关键酶的开发

手性环氧氯丙烷是一种重要的三碳手性合成子,在医药、农药、化工、材料等领域有着广泛的应用。开发以甘油替代石油基原料合成手性环氧氯丙烷的绿色合成工艺具有重要的开发价值。生物催化技术可有效提高过程安全性与原子经济性,降低"三废"排放,提升产品质量。阐述了生物催化合成手性环氧氯丙烷关键酶技术的研究进展,进行了生物合成路线设计、卤化酶酶库构建、卤醇脱卤酶与环氧化物水解酶的筛选与改造、卤醇脱卤酶/环氧化物水解酶双酶串联合成手性环氧氯丙烷工艺构建等技术开发,为手性环氧氯丙烷绿色生物合成技术的研究与应用提供理论基础与技术支持。