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。     

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.     

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。     

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。     

毕赤酵母生产二十碳五烯酸细胞工厂的构建与优化

二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid, EPA)是一种ω-3长链多不饱和脂肪酸,因其多种生理活性而备受关注。EPA的传统来源是从深海鱼油中提取,但随着鱼类资源的枯竭和环境污染的加剧,该方法越来越不可持续。为了寻找可持续的绿色生产方式,本研究构建了毕赤酵母异源合成EPA的细胞工厂,通过敲除脂肪酸下游代谢途径和竞争途径提高了工程菌株的总脂肪酸(total fatty acids, TFAs)的积累,同时强化了C16/18延伸酶、C18/20延伸酶和去饱和酶的表达,工程菌株在以葡萄糖为碳源的条件下积累了677.34 mg/L TFAs、60.81 mg/L EPA。进一步过表达以上3种关键酶,EPA的产量达到68.89 mg/L。同时,使用醇氧化酶启动子P_AOX1替换3个关键酶的葡萄糖启动子P_GAP探究了甲醇诱导下的EPA的合成水平,EPA的产量达到75.21 mg/L。本研究首次实现了在毕赤酵母中从头合成EPA,为构建利用一碳资源甲醇生产EPA的细胞工厂提供了有益参考。     

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.     

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。     

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...     

微生物化学品工厂专刊序言

微生物化学品工厂以工程化设计理念,通过最优合成途径设计、生化网络重构、新元件创制及与途径-细胞-环境适配,重塑自然生产线,实现化学品的精准、定量、高效合成。作为一种颠覆性化学品生产新模式,微生物化学品工厂对构建工业经济发展的可再生原料路线、推进物质财富的绿色增长具有重大意义,成为发达国家科技竞争和产业发展的重点。为了集中展现微生物化学品工厂领域取得的最新进展,并促进生物制造产业的快速进步,《生物工程学报》特组织出版“微生物化学品工厂”专刊,汇集了国内科研工作者在材料单体、医药中间体、功能食品配料、有机酸生物合成以及非粮原料开发利用方面的最新研究成果,为微生物化学品工厂的高质量发展提供借鉴与指导。     

合成未来：从大肠杆菌的重构看合成生物学的发展

合成生物学（synthetic biology）是伴随着基因工程、系统生物学以及生物信息学的发展而出现的一个新的交叉学科。大肠杆菌（Escherichia coli）作为一种宿主在合成生物学的发展中功不可没。从某种意义上讲,合成生物学的每一次进展都离不开大肠杆菌。从大肠杆菌的角度出发,对合成生物学的发展进行深入分析,并提出了合成生物学在中圉发展的重点。     

Toward minimal bacterial cells: evolution vs. design

Recent technical and conceptual advances in the biological sciences opened the possibility of the construction of newly designed cells. In this paper we review the state of the art of cell engineering in the context of genome research, paying particular attention to what we can learn on naturally reduced genomes from either symbiotic or free living bacteria. Different minimal hypothetically viable cells can be defined on the basis of several computational and experimental approaches. Projects aiming at simplifying living cells converge with efforts to make synthetic genomes for minimal cells. The panorama of this particular view of synthetic biology lead us to consider the use of defined minimal cells to be applied in biomedical, bioremediation, or bioenergy application by taking advantage of existing naturally minimized cells.