合成生物学与代谢工程

随着DNA重组技术的日趋成熟,代谢工程的理论和应用已经得到了迅速发展。合成生物学是近年来蓬勃发展的一门新兴学科,在许多领域都具有重要的应用。以下从改造细胞代谢的关键因子、代谢途径的调节和宿主细胞与代谢途径构建的关系等方面详细讨论了合成生物学的最新进展和合成生物学在代谢工程领域的应用。     

甲醇酵母代谢工程研究进展

甲醇酵母由于独特优点被认为是绿色生物制造的潜在宿主.特别是其天然甲醇利用性能有望建立甲醇生物转化路线,拓展生物炼制底物,具有重要经济价值和环保意义.文中综述了代谢工程改造甲醇酵母合成蛋白质和化学品的最新研究进展,并比较了其与模式生物酿酒酵母作为细胞工厂的优缺点.随后,分析了甲醇酵母代谢工程改造面临的挑战,并展望了潜在解...     

β-胡萝卜素合成的代谢工程研究进展

β-胡萝卜素是自然界中最重要的商业化生产的植物色素之一,具有多种生理功能和生物活性。自上世纪60年代开始,随着系统生物学概念的提出以及对类胡萝卜素合成途径研究的不断深入,系统代谢工程在提高类胡萝卜素产量方面发挥了重要作用。文中在介绍β-胡萝卜素传统生产方法的基础上,重点介绍了如何运用系统代谢工程手段构建β-胡萝卜素高产菌株,并分析了进一步提高工程菌β-胡萝卜素产量所面临的主要问题及可能的解决方案,为β-胡萝卜素的高效生产提供了思路。     

生物丁醇代谢工程的研究进展

丁醇作为一种重要的大宗化学品具有广泛的用途,同时又是一种潜在的生物燃料。随着能源与环境危机的日益加重,利用可再生原料通过微生物法生产丁醇受到全世界的普遍关注。代谢工程为定向改造微生物生产丁醇提供了有力的工具。通过改造经典的丙酮丁醇发酵和定向改造模式微生物生产丁醇是生物丁醇研究的两个重要方向。笔者从代谢工程改造的角度评述近5年来生物丁醇研究的进展,同时讨论了生物丁醇研究中需要着力解决的问题。     

大环内酯类抗生素代谢工程的研究进展

14-16元环的大环内酯类抗生素(Macrolide antibiotics,MA)是临床上重要的抗感染药物.随着细菌耐药性的不断增加,迫切需要研发出新型MA来应对耐药菌.通过MA与核糖体靶点的相互作用可以指导MA的定向优化,结合快速发展的代谢工程方法可以高效获得所需的MA衍生物.近30年来,代谢工程在改造MA的生物合...     

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...     

代谢工程在维生素生产中的应用及研究进展

维生素是维持人体生命活动必需的一类有机物质,机体本身一般不能合成或合成量不足,因此需经食物或其他强化产品获取。目前,维生素产品已广泛应用于医药、食品添加剂、饲料添加剂、化妆品等领域,而且全球对维生素的需求也是呈逐年增长态势。维生素的生产方法主要包括化学合成法和生物合成法。化学合成法通常安全隐患大、反应条件严苛、废物污染严重,相比之下,代谢工程生产维生素绿色环保安全、能耗低,因此建立微生物细胞工厂具有重大的科学意义和应用需求。文中回顾了近30年来代谢工程在维生素生产领域的研究进展,详细阐述了水溶性维生素(维生素B1、B2、B3、B5、B6、B7、B9、B12和维生素C的前体)和脂溶性维生素(维生素A、维生素D的前体、维生素E和维生素K)的生物合成研究现状,并对其发酵生产的瓶颈进行了探讨,最后对合成生物技术创建维生素生产菌种进行了展望。     

燃料乙醇工程菌的代谢工程进展

能源问题是现今经济发展面临的主要问题之一,伴随着21世纪生物发展的步伐,基于微生物合成生物学、蛋白组学和代谢组学的研究进展,利用组合基因的无标记基因删除与重组DNA等技术,构建以廉价的可再生生物原料为碳源、高效合成生物乙醇的发酵工程菌已成为研究热点。我们简要总结了以大肠杆菌、啤酒酵母和运动发酵单胞菌为宿主的乙醇代谢工程改造的相关进展。     

代谢工程改造解脂耶氏酵母合成羧酸的研究进展

解脂耶氏酵母是一种具有独特生理代谢特征的非常规酵母.它具有可以利用多种廉价碳源、低pH值耐受性好、分泌能力强等优点,因此非常适合用于各种工业产品的微生物发酵.目前,解脂耶氏酵母已被证实具有高效生产多种(同源或异源)有机羧酸的能力.本文对近年来利用代谢工程及合成生物学技术改造解脂耶氏酵母生产羧酸的实例进行了总结,并重点介...     

丝状真菌代谢工程研究进展

丝状真菌(Filamentous fungi)作为重要的工业发酵微生物,在有机酸、蛋白质及次级代谢产物等关键生物基产品生产方面发挥着重要作用.自20世纪90年代代谢工程理念提出以来,尤其是代谢工程使能技术的创新及发展,极大地促进了丝状真菌细胞工厂的构建及其在工业发酵领域的应用.文中将系统介绍近年来丝状真菌代谢工程技术的...     

酿酒酵母代谢工程技术

自20世纪90年代初期诞生以来,代谢工程历经了30年的快速发展。作为代谢工程的首选底盘细胞之一,酿酒酵母细胞工厂已被广泛应用于大量大宗化学品和新型高附加值生物活性物质的生物制造,在能源、医药和环境等领域取得了巨大的突破。近年来,合成生物学、生物信息学以及机器学习等相关技术也极大地促进了代谢工程的技术发展和应用。文中回顾了近30年来酿酒酵母代谢工程重要的技术发展,首先总结了经典代谢工程的常用方法和策略,以及在此基础上发展而来的系统代谢工程和合成生物学驱动的代谢工程技术。最后结合最新技术发展趋势,展望了未来酿酒酵母代谢工程发展的新方向。     

代谢工程发展20年

代谢工程从上世纪90年代初期发展至今已有20年历史,对微生物发酵工业的发展起到了极大的推动作用。以下回顾了代谢工程发展至今的三个重要阶段,讨论了各阶段中代谢工程在技术方面的进展及其对微生物发酵工业的促进作用。最后还讨论了代谢工程将来发展中的关键问题及解决策略。     

燃料乙醇的代谢工程研究进展

乙醇是来自可再生资源的最有发展前景的液态燃料,目前采用生物发酵法生产乙醇仍然是最重要的途径。利用代谢工程技术改造乙醇代谢网络、提高乙醇产量是生物工程科学家的研究重点。从扩展代谢途径和构建新的代谢途径等方面全面阐述了代谢工程技术在燃料乙醇生产中的应用。     

代谢工程30年专刊序言(2021)

代谢工程利用重组DNA技术、合成生物学、基因组编辑来改变生物体的细胞网络,包括代谢、基因调控和信号网络等。它可以实现加强包括化学品、燃料、化学原料药和其他生物技术产品等代谢物生产的目标,提升生物制造能力与效率。为了梳理和凝练代谢工程30年来的发展状况,《生物工程学报》特组织出版专刊,从代谢工程总体发展、共性技术以及以什么宿主和做什么产品等4个方面展现该领域的发展动态和趋势,并为代谢工程领域的进一步发展提出建设性的意见与展望。     

芳香类天然产物的合成生物学研究进展

植物芳香类天然产物具有重要的药用价值,可制成具有抗菌、抗炎、镇痛、抗氧化、杀虫驱虫、祛痰止咳、安神镇静和抗肿瘤等药效的医药保健用品.然而,由于植物中芳香类天然产物含量较低并且难以提取和纯化,严重限制了其工业化生产及应用.合成生物学和代谢工程技术的发展为天然产物的生产提供了新的思路,可以利用人工微生物细胞工厂来实现多种芳...     

遗传改造微生物代谢途径生产新型柴油燃料的研究进展

生物柴油是一种能替代柴油的可再生燃料,然而通过植物油料化学转酯化生产的第一代生物柴油在性能和生产工艺上有很多缺点。近年来随着合成生物学和代谢工程的迅速发展,通过选择合适的微生物并利用各种生物技术改造其代谢合成途径,如脂肪酸合成途径、异戊二烯合成途径,研究人员能利用微生物直接生产性能更加优越、品质更高的新型第二代生物柴油——长链烷烃。文章总结了目前遗传改造微生物代谢途径生产新型柴油的研究进展,并指出目前该领域存在的问题以及今后的发展方向。     

非传统酵母代谢工程研究进展

近30年来解脂耶氏酵母、克鲁维酵母、毕赤酵母、假丝酵母、汉逊酵母等非传统酵母因其具有天然的生理代谢优势,如快速生长、多底物利用、胁迫耐受性等,在代谢工程领域得到了广泛关注,多种基因工程改造工具正逐渐被开发用于非传统酵母的特性拓展,使其成为合成重组蛋白、生物可再生化学物质的高效细胞工厂.文中总结了非传统酵母中基因编辑工具...     

系统生物学和合成生物学研究在生物燃料生产菌株改造中的应用

基于生物质资源生产环境友好的生物燃料,对经济和社会的可持续发展具有重要意义,但其生产成本高的问题十分突出,而高效生产菌株的获得是解决这一问题的根本出路。以下综述了利用系统生物学研究所获得的信息进行菌种改造的过程,重点论述了生产菌株胁迫耐受性方面的研究进展,并讨论了系统生物学、合成生物学和代谢工程技术在改造生物燃料生产菌株中的应用,展望了合成生物学在构建高效生物能源生产菌株方面应用的前景。     

芳香族化合物微生物代谢工程研究进展

代谢工程从20世纪90年代初期发展至今已有近30年历史,对微生物菌种改良和选育工作起到了极大的推动作用.芳香族化合物是一类可以通过微生物发酵生产的化学品,广泛应用于医药、食品、饲料和材料等领域.利用代谢工程手段对莽草酸和芳香族氨基酸合成途径进行理性改造,微生物细胞可以定向地大量积累人们需要的各种芳香族化合物.笔者对近3...     

L-精氨酸生物合成机制及其代谢工程育种研究进展

L-精氨酸是人体半必需的氨基酸,在生命代谢过程中起着非常重要的作用,且具有广泛的应用价值及市场需求。目前,L-精氨酸主要采用微生物发酵法进行生产,为了提高L-精氨酸的产量和稳定性,最有效的方法是优化L-精氨酸生产菌株,通过代谢工程改造微生物菌株有望达到这一目的。本文分析了微生物中L-精氨酸的代谢途径和调控机制,并综述了构建高产L-精氨酸的代谢工程策略。此外,展望了菌株稳定性和底物扩展利用的未来研究方向。