细胞寿命在大肠杆菌细胞工厂构建中的应用

微生物细胞工厂以可再生资源为原料,为工业化学品的可持续生产提供了一种有前景的替代方案.然而,不适的外界环境显著影响了微生物细胞的存活率,降低了微生物细胞工厂的生产性能.通过延长微生物细胞的时序寿命,可以显著提升微生物细胞工厂的生产性能.首先,基于存活率的变化建立了细胞时序寿命和半时序寿命的评价体系;然后,发现半胱氨酸、...     

非天然氨基酸细胞工厂的构建与应用

非天然氨基酸在医药、农药、材料等领域得到广泛应用,其绿色、高效合成越来越受到关注.近年来,随着合成生物学的快速发展,微生物细胞工厂为非天然氨基酸的制造提供了重要手段.文中从合成途径的重构、关键酶的设计改造及与前体的协同调控、竞争性旁路途径的敲除、辅因子循环系统的构建等方面介绍了 一系列非天然氨基酸细胞工厂构建与应用的研...     

合成生物学在微生物细胞工厂构建中的应用

通过微生物发酵的方法生产大宗化学品和天然产物能够部分替代石油化工炼制和植物提取。合成生物学技术的发展极大地提高了构建微生物细胞工厂生产大宗化学品和天然产物的能力。一方面综述了合成生物学在构建细胞工厂时的关键技术,包括最优合成途径的设计、合成途径的创建与优化、细胞性能的优化;另一方面,介绍了应用这些技术构建细胞工厂生产燃料化学品、大宗化学品和天然产物的典型案例。     

基因组工程在医学合成生物学中的应用

合成生物学旨在建立一套完整的工程理论和方法,通过设计和组装基本生物学元件,更为有效地实现复杂生物系统的设计,并使其完成可编程的生物学功能。近年来随着可编程基因组元件的出现,特别是CRISPR和CRISPRi技术平台的建立和完善,使得合成生物学进入了一个全新发展的时期。本文重点综述CRISPR等基因组编辑和调控技术,其在构建可编程生物学元件和复杂基因线路的应用以及合成生物学在医学中(称为医学合成生物学)的发展前景。     

微生物细胞工厂的代谢调控

代谢调控是构建微生物细胞工厂的重要技术手段.随着合成生物学技术的不断突破,挖掘和人工设计的高质量调控元件大幅度提升了对细胞代谢网络的改造能力;代谢调控研究也已从单基因的静态调控发展到系统水平上的智能精确动态调控.文中简要综述了近30年来代谢途径表达调控技术在代谢工程领域的研究进展.     

毕赤酵母细胞工厂工程化改造与应用

毕赤酵母作为细胞工厂在小分子代谢产物发酵和蛋白制品生物合成中扮演着重要角色,具有极其重要的工业应用价值。随着CRISPR/Cas9等新型编辑工具的开发和应用,对毕赤酵母细胞工厂进行多基因高效率的工程化改造已成为可能。本文首先对毕赤酵母工程化改造的遗传操作技术和目标方向进行了归纳总结,其次介绍了毕赤酵母作为细胞工厂的应用现状,同时探讨了毕赤酵母细胞工厂的优点及缺陷,并对其发展方向作出展望;以期为未来的毕赤酵母工程化改造研究提供参考和启示,推动毕赤酵母细胞工厂在生物产业中的创新应用。     

应用合成生物学构建蓝细菌细胞工厂的研究进展

蓝细菌是一类能进行放氧光合作用的原核微生物,具有生长速度快、光合效率高、易于基因遗传操作等特点。它们能够将捕获的光能和二氧化碳转化为生物能源分子,在解决当前社会面临的能源紧缺和环境污染等问题上有着重要的理论和应用研究价值。近年来,随着合成生物学的迅猛发展,构建以蓝细菌为底盘的“人工细胞工厂”用于合成各类生物能源和精细化学产品取得了令人瞩目的成绩。重点介绍了应用合成生物学构建蓝细菌细胞合成工厂的研究进展,并对“光合自养型细胞工厂”面临的两大问题——产物毒性问题以及细胞内氧化胁迫问题进行了重点讨论。     

全细胞网络重建与细胞工厂设计

在各种组学及其相应的网络研究相对成熟的基础上,集成各组学网络的细胞整合型网络或全细胞网络将大大提高对生物表型的预测能力,并成为代谢工程决策的有力武器.本文在阐述了细胞工厂设计中应该考虑细胞整合网络之后,综述了细胞整合网络的重建、分析、设计方法方面的有关问题,并进一步就研究细胞整合网络涉及的数据库、软件平台、并行计算几方面的作用作了介绍.     

大肠杆菌基因组减小研究进展

大肠杆菌是遗传重组领域广泛应用的宿主之一,用于生产重组蛋白、氨基酸和其他化学品。基因组减小可以减少代谢调节网络中的冗余,提高其预测性和可控性。我们介绍了最小基因组的研究策略、应用无痕敲除技术减小大肠杆菌基因组的方法,以及基因组减小后对菌体生长特性、附加体稳定性、重组蛋白表达和代谢的影响。     

新型生长快速需钠弧菌基因组无痕编辑体系构建

需钠弧菌Vibrionatriegens作为近几年发展起来的一种新型生长快速底盘细胞,在合成生物学领域展现出良好的应用前景。基因组编辑是合成生物学研究中不可或缺的遗传操作手段。但是,开展需钠弧菌的合成生物学研究仍然有待进一步发展精准、高效的基因组编辑系统。针对这个问题,首先对6株需钠弧菌的生理表型进行检测,选取生长快速、表型稳定的CICC 10908菌株作为基因组编辑研究的宿主细胞。其次,建立并优化需钠弧菌自然转化系统。优化后的系统将筛选标记基因cat-sacB或KanR整合到需钠弧菌染色体上的同源重组效率分别达到4×10–5和4×10–4。再次,在优化的自然转化系统基础上,利用双向选择性筛选方法,建立了精准、高效的需钠弧菌基因组无痕编辑体系。通过测试,基因敲除、回补、插入和替换这4种不同类型基因编辑的阳性率分别为93.8%、100%、95.7%和100%。最后,需钠弧菌可以实现质粒的高效转化和消除。该工作为需钠弧菌合成生物学研究提供精准、高效的基因组无痕编辑手段。     

大肠杆菌细胞工厂的创建技术

大肠杆菌作为一种重要的模式工业微生物,在医药、化工、农业等方面具有广泛的应用.近30年来,多种代谢工程改造的新策略和新技术,被用于设计、构建和优化大肠杆菌化学品细胞工厂,极大地提高了生物法合成化学品的生产速率和产量.文中将从大肠杆菌途径设计、合成途径创建与优化和细胞全局优化三个方面,对大肠杆菌代谢改造起重要推动作用的技...     

大肠杆菌生产异戊二烯的代谢工程研究进展

异戊二烯作为一种重要的化工原料,主要用于合成橡胶。此外,还广泛应用于医药或化工中间体、食品、粘合剂及航空燃料等领域。利用微生物法生产异戊二烯因具有环境友好、利用廉价的可再生原料、可持续发展等优势而成为当今研究的热点。这里介绍了大肠杆菌生产异戊二烯的代谢途径及关键酶,从代谢工程的角度出发综述了目前为提高大肠杆菌异戊二烯产量所应用到的方法和策略,并对今后的发展方向进行了展望。     

代谢工程发展30年

代谢工程学科建立30年以来先后与分子生物学、系统生物学和合成生物学发生深度的交叉融合,并在此基础上获得了飞速发展,极大地促进了生物技术产业的进步和升级.文中首先基于SCI论文发表情况对30年来代谢工程学术研究现状和我国在该领域的地位和影响力进行了分析,随后总结了近10年来系统生物学方法和合成生物学的主要使能技术在代谢工...     

On the road to synthetic life: the minimal cell and genome-scale engineering

Synthetic biology employs rational engineering principles to build biological systems from the libraries of standard, well characterized biological parts. Biological systems designed and built by synthetic biologists fulfill a plethora of useful purposes, ranging from better healthcare and energy production to biomanufacturing. Recent advancements in the synthesis, assembly and “booting-up” of synthetic genomes and in low and high-throughput genome engineering have paved the way for engineering on the genome-wide scale. One of the key goals of genome engineering is the construction of minimal genomes consisting solely of essential genes (genes indispensable for survival of living organisms). Besides serving as a toolbox to understand the universal principles of life, the cell encoded by minimal genome could be used to build a stringently controlled “cell factory” with a desired phenotype. This review provides an update on recent advances in the genome-scale engineering with particular emphasis on the engineering of minimal genomes. Furthermore, it presents an ongoing discussion to the scientific community for better suitability of minimal or robust cells for industrial applications.