大肠杆菌利用合成生物学策略生产聚羟基脂肪酸酯的研究进展

合成生物学作为近年来发展迅速的一门交叉学科,为微生物的生物合成提供了强有力的平台工具。微生物细胞工厂可以合成一系列不同种类的聚羟基脂肪酸酯(PHA),而大肠杆菌作为最常用的底盘,正不断运用合成生物学的策略发掘PHA的多样性并降低成本、提高产量。本文中,笔者综述了大肠杆菌利用合成生物学策略生产生物基材料PHA的研究进展,并对其开发与应用前景进行了展望。     

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...     

聚羟基脂肪酸酯的应用展望

聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,简称PHA)是由微生物合成的天然高分子基材料,作为微生物碳源和能源的储备物质。目前,PHA的单体种类有150多种,致使PHA的品种繁多、材料学性质各不相同。PHA具有材料多变性、非线性光学性能、压电性能、气体阻隔性能、热塑性、生物可降解性、良好的生物相容性等特点,使其在塑料包装、化工、医药、农业、生物能源等诸多领域的具有很大的应用前景。文中系统介绍了目前PHA的应用和未来的发展。     

塑料的降解与可降解塑料——聚羟基脂肪酸酯的合成

近年来,塑料污染的问题始终困扰着人类社会。为了解决不可回收的塑料带来的环境问题,“降塑再造”的理念被提出。“降塑再造”主要包括塑料的降解和塑料的再生。而再生成为可降解的聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates,PHA)则是实现塑料内循环的一种方式。PHA是一种可由多种微生物合成的生物聚酯,以其特有的生物相容性和可降解性以及热加工性能而被大家所关注。同时利用PHA的多样化的单体组成、加工技术和改性方法,可以进一步改善PHA的性能,产生类型多样、性能各异的PHA材料,也可以创造平衡耐久性和生物降解性的新产品,这些特性使PHA有望成为传统塑料的替代品之一。利用极端微生物进行生产的“下一代工业技术(next-generation industrial biotechnology,NGIB)”可以增加PHA的市场竞争力,为国家碳中和目标顺利实施提供参考。本文综述了各类塑料降解并生产PHA的可能性、PHA材料的基础材料属性、加工和改性方法及获得的新材料、新技术和独特的材料性质。     

嗜盐菌生物合成聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的研究进展

微生物体内积累的聚羟基脂肪酸酯(PHAs)是一种可降解的生物塑料,利用微生物合成绿色环保的PHAs替代石化塑料可减少白色污染。嗜盐菌合成PHA可省略繁琐的灭菌和无菌条件培养的苛刻条件,较其他微生物更具有经济效益和竞争性。结合目前国内外嗜盐菌合成PHA的研究进展,对嗜盐菌合成的PHA进行分类,并对由嗜盐菌合成PHA的影响因素进行总结分析。同时,对嗜盐菌合成PHA的发展前景进行了展望。     

聚羟基脂肪酸酯合成酶的改造和代谢途径构建的研究进展

聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,PHA)是许多细菌在非平衡生长条件下在胞内积累的以颗粒状态存在的碳源和能源储藏物质。PHA因其具有生物可降解性、生物相容性等许多良好的材料性质、可以作为化学合成塑料未来的替代品而引起广泛关注。但由短链脂肪酸或单一脂肪酸单体合成的PHA的材料性质具有局限性,需要利用多种单体合成满足实际需求的PHA材料。PHA合成酶的底物特异性和PHA合成代谢途径决定着PHA的单体组成情况,进而影响着PHA的理化特性和材料性能。因此需要对PHA合成酶进行改造,扩展其对底物的特异性。另一方面需要构建新的PHA合成代谢途径,能合成出一些不常见的且性能优良的PHA材料。综述了近些年对PHA合成酶改造的研究及PHA代谢途径构建的研究进展。     

废油脂生物合成聚羟基脂肪酸酯的研究进展

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是微生物细胞内合成的高分子生物聚酯,当培养基中生长所必需的营养物质含量有限,而碳源物质过多时,会促进PHA的积累。众多PHA产品均具有生物可降解性以及优异的物理化学特性,有望替代传统塑料从而减少"白色塑料垃圾"的产生。但是较高的生产成本限制了PHA进一步的产业化和大规模应用。利用廉价易得的原材料作为微生物的碳源制备PHA是降低生产成本的有效途径之一。废弃油脂作为碳氢化合物,具有良好的微生物利用潜力。目前,以废油脂为原料、通过微生物合成可生物降解塑料已成为研究热点。该方法不但可以降低PHA的生产成本,解决废油脂的处理和高值化利用问题,还可以替代部分传统塑料的使用,符合我国绿色循环可持续发展的战略。文章系统总结了PHA的种类和应用,利用废弃油脂微生物合成PHA的最新进展以及微生物胞内PHA的提取方法,并对其合成PHA的有效实现和发展前景进行了展望。     

剩余活性污泥完全资源化利用微生物集成技术

剩余活性污泥完全资源化利用微生物集成技术包括: 使用土著PHA合成菌回注法驯化并发酵活性污泥, 生产生物降解材料聚羟基脂肪酸酯(PHA); 采用土著嗜酸性氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌进行生物淋滤, 去除重金属; 以解磷菌和解钾菌为菌种, 进行固态发酵, 生产生物菌肥。结果表明, 500 L中试PHA占挥发性悬浮固体的20%以上; 重金属含量达到国家排放要求; 生物菌肥中活菌数大于1×108 个/g以上。实现了剩余活性污泥的近零排放。     

生产聚羟基脂肪酸酯的微生物细胞工厂

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一类由微生物合成的、生物可再生、生物可降解、具有多种材料学性能的高分子聚合物,在很多领域有着广泛的应用前景。以下从辅酶工程、代谢工程、微氧生产等方面综述了微生物法生产PHA的研究进展,并对利用PHA合成基因提高基因工程菌的代谢潜能进行了讨论。     

合成生物学技术在聚羟基脂肪酸酯PHA生产中的应用

合成生物学的迅猛发展使其在各个领域得到了广泛应用,底盘设计、元件组装、代谢网络的从头构建、大片段DNA克隆、多片段DNA拼接等合成生物学技术的开发和利用大大提高了工业生物技术的竞争力.聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一种具有生物可降解和生物相容性等优良特性的生物塑料,可以在许多细菌胞内合成,已经被开发应用于多个领域.但是,PHA高昂的生产成本阻碍了其大规模应用.基于合成生物学研究而得到的新方法、新技术可以改变细菌生长模式、生长条件以及细菌形态,从而进一步降低PHA的生产成本.另一方面,通过改造细菌基因组如弱化?-氧化途径可以得到不同种类的重组菌株,用于生产具有不同性能的包括无规共聚物、嵌段共聚物、带有官能团的聚合物等在内的新型多功能PHA材料.合成生物学的应用开创了低成本、高附加值的PHA材料生产的新时代,为PHA的产业化奠定了坚实的基础.     

聚羟基脂肪酸酯的研究进展

微生物合成的聚羟基脂肪酸酯(PHA)近来正向着材料的多样性和生产技术的先进性发展。材料的多样性在多种单体及其分布、分子量、聚合方式等方面越来越细化,形成了PHA组学的概念。而合成生物学技术的应用与蓝水生物技术的出现,有望大幅度降低PHA的生产成本,更有经济性和竞争性。PHA已经有一些商业化的例子;同时,PHA在医药等领域的高附加值也被不断开发出来。     

生物材料PHA的发酵与提取工艺改进

聚羟基脂肪酸酯,英文全称为,Polyhydroxyalkanoates,简称就是我们经常说的"PHA",作为细菌合成的一项重要生物聚酯材料,加上自身具有的生物相容性和生物可降解性,PHA已经被广泛应用于生物医学和塑料行业。笔者立足于生物材料PHA的发酵和提取工艺理论基础,结合相关实验经验,对生物材料PHA的发酵与提取工艺改进进行详细论述,以期对我国生物材料PHA的发酵与提取工艺的研究作出一点贡献。     

生物可降解塑料的发酵生产研究进展*

近十几年来,随着化学合成塑料造成环境污染的日趋严重,微生物合成生物可降解塑料的研究受到人们的广泛重视.聚羟基烷酸(polyhydroxyalkanoates,PHA)具有与化学合成塑料相似的性质,能拉丝、压模、注塑等,而且具有合成塑料所没有的特殊性能,如利用其生物相容性可作为外科手术缝线、人造血管和骨骼代用品,术后无需取出.因而在工业、农业、医药和环保等行业都具有广阔的应用前景.     

聚羟基脂肪酸酯PHA代谢工程研究30年

聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoate,PHA)是微生物合成的可降解高分子材料,种类及性能多样,应用前景广阔,然而其大规模生产受制于它较为高昂的生产成本.30年来,代谢工程的应用日益广泛,通过代谢流调控、代谢通路改造引入新通路等方法,微生物合成PHA的效率得到了很大提高,也丰富了PHA的单体种类、结构...     

聚羟基脂肪酸酯合成菌种的筛选

目的:聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一种微生物合成的可生物降解的高分子材料,具有良好的生物相容性、光学活性、压电性、气体阻隔性等性质,可以在医疗、电子、制药等高附加值领域得以应用。筛选获得高产的PHA菌株能够有效降低发酵和提取的成本,这对于PHA材料进入实际的应用领域具有重要的意义。结果:以兴庆公园湖底的污泥和西安市第七污水厂氧化沟污泥作为筛选菌种来源,通过尼尔兰染色和苏丹黑染色的方法对分离得到的菌体进行初筛,通过气相色谱鉴定初筛菌株中PHA的合成种类和积累量。结论:WJR-18号菌株是一株较有前景的PHA高产菌株,经过鉴定,WJR-18号菌株与蜡状芽孢杆菌B4264(Bacillus cereus B4264)同源性高。     

可再生生物柴油副产物合成生物材料PHA研究现状

随着生物柴油产业的快速发展,大量的生物柴油副产物必将给生态环境及经济发展带来严重影响。如何利用新思路、新工艺、新技术加工处理副产物,将成为制约生物柴油产业发展的主要因素。聚羟基饱和脂肪酸酯（PHA）是当今生物材料领域最为活跃的研究热点,具有广泛的应用前景,但其生产成本高,选择便宜的合成原料一直是从事PHA研究的科学家们考虑的主要问题之一。将生物柴油副产物用于PHA生产研究,有助于解决副产物过度积累和PHA合成原料成本过高的问题,有利于生物柴油产业的稳定、可持续发展。本文综述了近年来生物柴油副产物用于PHA合成的最新进展。     

活性污泥合成聚羟基脂肪酸脂的研究进展

聚羟基脂肪酸( PHAs) 是许多原核微生物在不平衡生长条件下合成的细胞内能量和碳源储藏性物质,同时也是一种可完全生物降解的塑料,由于其良好的环境效应及机械性能而受到广泛关注.使用活性污泥合成PHA既能降低PHA的生产成本,又能充分利用活性污泥资源,减少对环境的污染.综述了活性污泥合成PHA的研究进展, 包括合成PHA的主要微生物、碳源及影响PHA积累的因素.     

我国生物基材料的发展和应用状况

近年来，随着石油市场的价格高位波动，国内外加大了对环境和生物技术的投入。环境友好的材料——生物材料．特别是来源于可再生资源的材料得到快速的发展。2006年美国Metabolix公司通过其聚羟基脂肪酸酯（PHA）项目的成功上市以及上市后的良好表现，激发了许多风险投资公司对生物材料项目的积极投入。用工业生物技术，尤其是工业微生物技术可以方便的获得高分子材料，如PHA，或者是用于聚合成高分子材料的单体，如乳酸或丁二酸等。国家科技部重大科技项目“863”、“973”和国家自然科学基金委员会以及国家发展和改革委员会等在2007年都立项对生物基材料进行了支持。     

聚羟基脂肪酸酯纳米微球：结构特征、生物合成及其在生物技术和生物医药领域的应用

聚羟基脂肪酸酯（polyhydroxyalkanoate）PHA 纳米微球是很多微生物在营养失衡的情况下,在体内合成的一种可生物降解的细胞内聚酯,主要作为微生物的碳源及能量储备。天然 PHA 微球的内部是由疏水的聚酯链构成的疏水核心,其外层是由磷脂界膜及膜上嵌入或附着的包括 PHA合酶 PhaC 和 PHA 颗粒相关蛋白 PhaP 等蛋白构成的边界层。PhaC 通过共价键连接在PHA微球表面,而 PhaP 通过疏水相互作用吸附在 PHA 微球表面。通过将外源性功能蛋白与 PhaC 或 PhaP 进行融合表达,在重组微生物体内就能直接合成表面带有功能蛋白的纳米微球复合体。由于该纳米微球在微生物细胞内是以独立的包涵体形式存在,因此通过细胞破碎及离心等方法就能简便、有效地使其从细胞中分离并得以纯化。鉴于 PHA 微球这种表面易被修饰改造的特性,越来越多的功能蛋白通过与 PHA 微球表面蛋白（PhaC 或 PhaP）的融合表达,呈递在了 PHA 微球表面,使其成为一种廉价、高效的蛋白固定化及呈递的新技术。本文在介绍了 PHA 微球的结构特性及生物合成的基础上,着重综述了目前关于功能化 PHA 微球在蛋白纯化、固定化酶、生物分离、靶向递药、疾病诊断、成像技术及新型疫苗开发方面的研究现状及其未来在生物医药等领域的广泛应用前景。     

高分子聚合物的微生物合成与废弃物资源化

γ- 聚谷氨酸(γ-PGA)、γ- 聚苹果酸(γ-PMA)、细菌纤维素(BC)和聚羟基脂肪酸酯(PHA)等都是微生物合成的重要生物高分子聚合物.