二氧化碳人工生物转化

二氧化碳(carbon dioxide, CO₂)资源化利用是全球可持续发展面临的巨大挑战。自然界生物固碳绿色环保,但能效低、速度慢,难以满足工业生产需求;物理化学固碳效率高,但能耗高、产品单一,如何结合生物、物理与化学技术优势,以二氧化碳为原料进行生物转化利用是当前迫切需要解决的科技难题。本文结合中国科学院天津工业生物技术研究所建所10年来的发展,综述了人工固碳元件、途径与系统的设计与构建等前沿基础领域取得的重要进展,特别是首次实现二氧化碳人工合成淀粉,并对建立二氧化碳人工生物转化技术体系进行了展望。相关进展与展望为助力实现“碳达峰、碳中和”目标提供了新思路。     

嗜碱单胞菌的新型羧基转移酶α亚基基因Aa-accA及其抗盐碱性能

[目的]探讨解淀粉嗜碱单胞菌(Alkalimonas amylolytica)N10来源的羧基转移酶α亚基(Acetyl-coenzyme A carboxylase subunit alpha,AccA)基因Aa-accA对细菌及植物细胞耐盐碱性的作用.[方法]通过PCR方法从嗜碱菌N10基因组中扩增基因Aa-accA,并在大肠杆菌(Escherichia coli)K12中表达,通过测定工程菌及对照菌在不同盐浓度[0%,2%,4%,6%(W/V) NaCl]及不同碱性pH(8.0,8.5,9.0,9.5)的LB中生长12 h后的OD600值,以及二者在分别含6%(W/V) NaCl及pH 9的LB中的生长曲线,评价Aa-accA对大肠杆菌耐盐碱性的影响.同时以pPZP111为载体,构建了植物细胞重组表达载体,通过农杆菌介导方法将该基因转入烟草BY-2悬浮细胞表达,利用FDA染色方法测定经盐碱溶液处理后残存的活细胞数量评价该基因对植物细胞耐盐碱性的影响.[结果]PCR扩增得到基因Aa-accA,其ORF含957 bp,编码318个氨基酸的多肽,BLAST比对显示该基因为羧基转移酶α亚基(AccA)家族中的成员,其氨基酸序列与E.coli的AccA具有76%同源性;含有Aa-accA的E.coli K12相较于对照组在不同NaCl浓度及不同碱性pH的LB中表现出了明显的生长优势,特别是在6%(W/V) NaCl及pH 9的LB中培养12 h后,终OD600分别是对照菌的2.6倍和3.5倍;缺失体实验结果显示基因缺失的突变体E.coli K12△accA在6%(W/V) NaCl及pH 9的LB中不能正常生长,而含有Aa-accA基因的重组质粒使得E.coli K12△accA在同样条件下OD600值达到0.5和0.2;转入此基因的烟草BY-2细胞,经盐碱溶液处理后,其存活细胞比例高于野生型.[结论]本研究首次发现了Aa-accA基因与盐碱性的相关性,可提高大肠杆菌及烟草BY-2细胞的耐盐碱能力.     

生物制造产业是生物经济重点发展方向

<正>生物制造是利用生物体机能进行物质加工与合成的绿色生产方式,有望在能源、化工和医药等领域改变世界工业制造格局。国家发展改革委印发《“十四五”生物经济发展规划》,明确将生物制造作为生物经济战略性新兴产业发展方向,提出“依托生物制造技术,实现化工原料和过程的生物技术替代,发展高性能生物环保材料和生物制剂,推动化工、医药、材料、轻工等重要工业产品制造与生物技术深度融合,向绿色低碳、无毒低毒、可持续发展模式转型”。可以说,大力发展生物制造产业,将助力我国加快构建绿色低碳循环经济体系,推动生物经济实现高质量发展。     

细菌Na+/H+逆向转运蛋白的研究进展

Na+/H+逆向转运蛋白在维持细胞内pH稳态、Na+离子动态平衡和调控细胞体积方面发挥着重要作用。目前,细菌中许多参与高盐或高碱性环境压力应答的Na+/H+逆向转运蛋白得到了鉴定和功能阐释。继续挖掘高效的Na+/H+逆向转运蛋白,深入探究Na+/H+逆向转运蛋白的分子机理,将为工业菌株或农作物的改良提供新的研究思路。本文以4种模式菌株为例,简要概述细菌Na+/H+逆向转运蛋白的种类和特征,同时对其结构和功能等方面也进行探讨。     

一种大肠杆菌快速连续CRISPR基因组编辑的新策略

【背景】通过CRISPR结合λ-Red同源重组技术进行染色体编辑是大肠杆菌遗传改造的重要手段。虽然目前已经有多个以CRISPR为基础的大肠杆菌基因组编辑策略,但这些方法往往涉及单独质粒消除、多片段组装等过程,存在效率低、操作繁琐、耗时长等问题。【目的】建立一种基于不同温度敏感程度的多种质粒协同使用的大肠杆菌快速、连续、高效的CRISPR基因组编辑方法,提高CRISPR在大肠杆菌基因编辑过程中的效率。【方法】将传统CRISPR方法中使用的pTarget质粒改造为RK2ts型温敏型质粒,并采用pTW-A/S两种抗性标记质粒交替使用的方法消除假阳性,实现质粒消除与下一步基因组编辑同步进行。【结果】在相同温度下RK2ts型质粒先于pSC101ts型质粒发生丢失,从而能够选择性缺失RK2ts型质粒pTW-A/S。同时实现pTW-A/S质粒的消除和下一轮基因整合过程中质粒与打靶片段的转入。利用该方法基因敲除/整合效率高达100%。通过对菌株BP01基因Bspan D与asp A进行高效连续整合,构建得到菌株BP03,成功提升产物β-丙氨酸的产量。【结论】建立起一种新的高效、方便、灵活的CRISPR/Cas9介导的大肠杆菌基因组连续编辑策略。通过这种不同温度敏感程度的多种质粒协同使用方法,一方面解决了传统方法中质粒消除繁琐等问题,另一方面也避免了大质粒多片段连接等步骤,并极大地缩短了实验周期,为代谢工程菌株改造提供有力工具。     

功能寡糖绿色生物合成技术的研究进展

功能寡糖是自然界中复杂且结构多样的一类化合物,具有独特生理功能,在食品、药品及饲料等领域应用广泛。传统的功能寡糖通过天然多糖绿色降解技术制备,然而该技术对制备非天然构型的功能寡糖应用有限。本文聚焦绿色生物技术在制备天然来源匮乏、结构多样性、新型生理功能的功能寡糖及其衍生物方面的应用研究进展:基于更多高效、立体选择性新酶元件的发现与表征,建立寡糖合成的新途径和复杂级联反应,并在宿主细胞中重构新的合成途径,突破天然微生物合成代谢的极限,实现应用多酶级联催化与生物发酵技术生物制备功能寡糖,进一步探讨了具有未来功能食品特征的寡糖合成研究方向。     

新的生命形式──极端微生物

近年来,在许多以前被认为是生命禁区的区域,发现了各式各样的新的生命形式。它们生存繁衍的理想场所恰恰是一些极端环境,如嗜热菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜盐菌、嗜压菌等,这些统称为极端微生物（ｅｘｔｒｅｍｏｐｈｉｌｅｓ）。极端微生物具有独特的基因类型,特殊的生理机制及特殊的代谢产物,作为地球上的边缘生命现象,极端微生物颇为耐人寻味。它在生命起源、系统进化等方面将给人们许多重要的启示,在生命行为的原理上也将拓展人们的概念。极端微生物存在的原理,又具有极大的应用价值,极端微生物的特殊机制及特殊产物,将使…     

极瑞环境下的生命

极端微生物是依赖于一种或多种极端物化因子的特殊生命形式，在100℃以上或0℃以下、近饱和的盐度、pH〉10或PH〈2等极端环境下，具有极端的生命世界，已发现的极端生命形式包括嗜热菌、嗜冷菌、嗜碱菌、嗜酸菌、嗜盐菌、嗜压菌等，统称为极端微生物，它们构成了地球生命形式的独特风景线，其存在的原理与意义为更好地认知生命现象、发展生物技术提供了宝贵的知识源泉。