科微学术
生物工程学报
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ISSN 1000-3061
CN 11-1998/Q
主管单位： 中国科学院 创刊时间：1985年
主办单位： 中国科学院微生物研究所 出版刊期：月刊
中国微生物学会 邮发代号：82-13
主 编： 邓子新 院士 出版日期：每月25日
执行主编： 李寅
收录类型：北大中文核心期刊、中国科技核心期刊、CSCD核心期刊、中国知网、Medline/PubMed、Scopus、AJ、JST、CSA(NS)、IC、EMBASE
主要栏目：综述、动物及兽医生物技术、环境生物技术、工业生物技术、合成生物技术、农业生物技术、医药生物技术、组织工程与细胞培养、生物技术与方法、生物育种与工艺优化、高校生物学教学
- 2024年第40卷第8期
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2024,40(8):I-VIII, DOI: 10.13345/j.cjb.240659
摘要：
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。
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。
2024,40(8):2371-2385, DOI: 10.13345/j.cjb.240153
摘要：
1,3-丙二醇(1,3-propanediol, 1,3-PDO)是一种具有广泛应用价值的二元醇化合物，可用于制造多种医药中间体、食品和化妆品，也是合成纤维材料聚对苯二甲酸丙二醇酯的关键单体。微生物转化葡萄糖等可再生原料合成1,3-PDO因具有环境友好、高效节能、安全可持续等优点，已实现产业化，是微生物化学品工厂设计与应用的成功案例。但是，粮食紧缺和气候变化等问题正在推动化学品生物制造的原料朝着非粮化、低成本、可持续的方向转变。微生物转化C3原料甘油合成1,3-PDO的研究已较为深入。近年来，以能量密度更高的甲醇等C1原料合成1,3-PDO也受到广泛关注，多条新的人工合成途径被创建并成功验证，为1,3-PDO可持续生物合成奠定了基础。本文重点从C6-C3-C1原料体系转变的角度综述了1,3-PDO的微生物合成研究进展，对不同原料体系下提升1,3-PDO合成效率的代谢途径改造策略进行了讨论，并对C1原料合成1,3-PDO的发展前景进行了展望。
1,3-丙二醇(1,3-propanediol, 1,3-PDO)是一种具有广泛应用价值的二元醇化合物，可用于制造多种医药中间体、食品和化妆品，也是合成纤维材料聚对苯二甲酸丙二醇酯的关键单体。微生物转化葡萄糖等可再生原料合成1,3-PDO因具有环境友好、高效节能、安全可持续等优点，已实现产业化，是微生物化学品工厂设计与应用的成功案例。但是，粮食紧缺和气候变化等问题正在推动化学品生物制造的原料朝着非粮化、低成本、可持续的方向转变。微生物转化C3原料甘油合成1,3-PDO的研究已较为深入。近年来，以能量密度更高的甲醇等C1原料合成1,3-PDO也受到广泛关注，多条新的人工合成途径被创建并成功验证，为1,3-PDO可持续生物合成奠定了基础。本文重点从C6-C3-C1原料体系转变的角度综述了1,3-PDO的微生物合成研究进展，对不同原料体系下提升1,3-PDO合成效率的代谢途径改造策略进行了讨论，并对C1原料合成1,3-PDO的发展前景进行了展望。
2024,40(8):2386-2402, DOI: 10.13345/j.cjb.240127
摘要：
1,3-丙二醇是生产聚对苯二甲酸丙二醇酯(polytrimethylene terephthalate, PTT)的重要单体，目前主要通过微生物发酵法生产，但这种方法生产效率低下，限制了1,3-丙二醇的高效生物制造。为解决这一问题，本研究首先利用常压室温等离子(atmospheric room temperature plasma, ARTP)诱变技术，经过高通量筛选，成功获得了一株具有较高渗透压耐受性的菌株，其1,3-丙二醇产量达87 g/L。在此基础上，进一步筛选出了适合克雷伯氏菌的基因表达元件，并通过代谢工程改造，阻断冗余代谢支路(敲除ldhA、budA、aldA基因)，同时强化合成路径(过表达dhaB、yqhD基因)，使得改造后的工程克雷伯氏菌的1,3-丙二醇产量提升至107 g/L。最终，在5 L发酵罐中，通过优化发酵过程参数，最优工程菌株KP-FMME-6的1,3-丙二醇产量达到118 g/L，甘油转化率为42%，生产强度达到2.46 g/(h·L)。本研究为1,3-丙二醇的工业化生产提供了有效的借鉴和参考。
1,3-丙二醇是生产聚对苯二甲酸丙二醇酯(polytrimethylene terephthalate, PTT)的重要单体，目前主要通过微生物发酵法生产，但这种方法生产效率低下，限制了1,3-丙二醇的高效生物制造。为解决这一问题，本研究首先利用常压室温等离子(atmospheric room temperature plasma, ARTP)诱变技术，经过高通量筛选，成功获得了一株具有较高渗透压耐受性的菌株，其1,3-丙二醇产量达87 g/L。在此基础上，进一步筛选出了适合克雷伯氏菌的基因表达元件，并通过代谢工程改造，阻断冗余代谢支路(敲除ldhA、budA、aldA基因)，同时强化合成路径(过表达dhaB、yqhD基因)，使得改造后的工程克雷伯氏菌的1,3-丙二醇产量提升至107 g/L。最终，在5 L发酵罐中，通过优化发酵过程参数，最优工程菌株KP-FMME-6的1,3-丙二醇产量达到118 g/L，甘油转化率为42%，生产强度达到2.46 g/(h·L)。本研究为1,3-丙二醇的工业化生产提供了有效的借鉴和参考。
2024,40(8):2403-2417, DOI: 10.13345/j.cjb.240144
摘要：
尸胺是聚酰胺生产中的关键C5单体。由于细胞内5ʹ-磷酸吡哆醛(pyridoxal 5′-phosphate, PLP)再生效率有限，导致目前发酵法生产尸胺效率较低。本研究选择一株实验室保藏的赖氨酸高产大肠杆菌LY-4为研究对象，首先通过引入尸胺合成关键酶-赖氨酸脱羧酶(lysine decarboxylase, LDC)，成功构建了菌株L01，摇瓶发酵尸胺产量达1.07 g/L；随后开发了一种双代谢通路强化策略，协同增强内源和异源PLP合成模块，从而改善胞内PLP的合成，最优菌株L11摇瓶生产尸胺产量提升至9.23 g/L；最后在5 L发酵罐中对菌株L11生产尸胺的发酵工艺进行优化。工程菌株经48 h分批补料发酵，尸胺产量、得率、生产强度分别为54.43 g/L、0.22 g/g和1.13 g/(L·h)，具备一定的应用潜力。本研究可为构建包括尸胺在内的多种生物胺类细胞工厂提供理论依据和技术基础。
尸胺是聚酰胺生产中的关键C5单体。由于细胞内5ʹ-磷酸吡哆醛(pyridoxal 5′-phosphate, PLP)再生效率有限，导致目前发酵法生产尸胺效率较低。本研究选择一株实验室保藏的赖氨酸高产大肠杆菌LY-4为研究对象，首先通过引入尸胺合成关键酶-赖氨酸脱羧酶(lysine decarboxylase, LDC)，成功构建了菌株L01，摇瓶发酵尸胺产量达1.07 g/L；随后开发了一种双代谢通路强化策略，协同增强内源和异源PLP合成模块，从而改善胞内PLP的合成，最优菌株L11摇瓶生产尸胺产量提升至9.23 g/L；最后在5 L发酵罐中对菌株L11生产尸胺的发酵工艺进行优化。工程菌株经48 h分批补料发酵，尸胺产量、得率、生产强度分别为54.43 g/L、0.22 g/g和1.13 g/(L·h)，具备一定的应用潜力。本研究可为构建包括尸胺在内的多种生物胺类细胞工厂提供理论依据和技术基础。
2024,40(8):2418-2431, DOI: 10.13345/j.cjb.240142
摘要：
乙醇酸是一种重要的化工产品，广泛应用于化妆品、清洁剂及纺织品等各个领域。目前，微生物法生产乙醇酸存在菌株遗传稳定性差、产率低、成本高的缺点，而全细胞催化生产乙醇酸大多需要添加价格相对昂贵的山梨醇作为碳源，限制了其工业化生产。为了开发一种适用于工业化应用的乙醇酸生产方法，本研究以乙二醇为底物进行全细胞催化筛选乙醇酸生产菌株，获得了一株产乙醇酸的红酵母。随后对该菌株进行了紫外诱变，并通过高通量筛选得到了正突变株RMGly-20，摇瓶优化后该菌株的乙醇酸产量为17.8 g/L，比原始菌株提高了10.1倍。以葡萄糖为碳源，经5 L发酵罐补料分批培养，菌株RMGly-20可生产61.1 g/L乙醇酸，初步实现了可利用廉价碳源且遗传稳定的乙醇酸菌株的选育，为生物法合成乙醇酸提供了新宿主，有利于进一步推进乙醇酸的工业化生产。
乙醇酸是一种重要的化工产品，广泛应用于化妆品、清洁剂及纺织品等各个领域。目前，微生物法生产乙醇酸存在菌株遗传稳定性差、产率低、成本高的缺点，而全细胞催化生产乙醇酸大多需要添加价格相对昂贵的山梨醇作为碳源，限制了其工业化生产。为了开发一种适用于工业化应用的乙醇酸生产方法，本研究以乙二醇为底物进行全细胞催化筛选乙醇酸生产菌株，获得了一株产乙醇酸的红酵母。随后对该菌株进行了紫外诱变，并通过高通量筛选得到了正突变株RMGly-20，摇瓶优化后该菌株的乙醇酸产量为17.8 g/L，比原始菌株提高了10.1倍。以葡萄糖为碳源，经5 L发酵罐补料分批培养，菌株RMGly-20可生产61.1 g/L乙醇酸，初步实现了可利用廉价碳源且遗传稳定的乙醇酸菌株的选育，为生物法合成乙醇酸提供了新宿主，有利于进一步推进乙醇酸的工业化生产。
2024,40(8):2432-2443, DOI: 10.13345/j.cjb.240023
摘要：
胸苷作为抗艾滋病药物(叠氮胸苷和司他夫定)的关键前体物，在医药行业具有很大的应用潜力。本研究以野生型大肠杆菌(Escherichia coli) MG1655为底盘微生物，采用系统代谢工程策略重构大肠杆菌中胸苷合成途径，构建了一株高效合成胸苷的工程菌株。首先，依次敲除deoA、tdk、udp、rihA、rihB、rihC基因，以阻断胸苷的分解途径和补救途径；随后，引入来源于枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) F126的嘧啶核苷操纵子基因，以增强前体物尿苷酸合成途径代谢通量；最后，依次优化胸苷合成途径中尿苷酸激酶、核糖核苷二磷酸还原酶、胸苷酸合酶和5′-核苷酸酶的表达，以强化尿苷至胸苷合成途径代谢通量。所构建的THY6-2工程菌株在5 L分批补料发酵试验中胸苷产量为11.10 g/L、转化率为0.04 g/g葡萄糖、生产强度为0.23 g/(L‧h)。本研究构建了以葡萄糖为唯一碳源且不携带质粒的高效合成胸苷工程菌株，为其他嘧啶核苷类产品的研发提供了借鉴。
胸苷作为抗艾滋病药物(叠氮胸苷和司他夫定)的关键前体物，在医药行业具有很大的应用潜力。本研究以野生型大肠杆菌(Escherichia coli) MG1655为底盘微生物，采用系统代谢工程策略重构大肠杆菌中胸苷合成途径，构建了一株高效合成胸苷的工程菌株。首先，依次敲除deoA、tdk、udp、rihA、rihB、rihC基因，以阻断胸苷的分解途径和补救途径；随后，引入来源于枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) F126的嘧啶核苷操纵子基因，以增强前体物尿苷酸合成途径代谢通量；最后，依次优化胸苷合成途径中尿苷酸激酶、核糖核苷二磷酸还原酶、胸苷酸合酶和5′-核苷酸酶的表达，以强化尿苷至胸苷合成途径代谢通量。所构建的THY6-2工程菌株在5 L分批补料发酵试验中胸苷产量为11.10 g/L、转化率为0.04 g/g葡萄糖、生产强度为0.23 g/(L‧h)。本研究构建了以葡萄糖为唯一碳源且不携带质粒的高效合成胸苷工程菌株，为其他嘧啶核苷类产品的研发提供了借鉴。
2024,40(8):2444-2456, DOI: 10.13345/j.cjb.240093
摘要：
靛蓝(indigo)作为一种水溶性非偶氮类着色剂，广泛应用于纺织、食品、制药等工业领域。目前靛蓝主要采用化学法合成，存在环境污染、安全隐患等问题，亟须寻找更安全、更绿色的合成方法。本研究利用大肠杆菌(Escherichia coli)来源的色氨酸酶(tryptophanase, EcTnaA)和噬甲基菌(Methylophaga aminisulfidivorans)来源的黄素依赖性单加氧酶(flavin-dependent monooxygenase, MaFMO)构建双酶级联路径，以L-色氨酸为底物合成靛蓝，导入E. coli中获得重组菌株EM-IND01。通过对限速酶MaFMO进行蛋白质工程改造，获得了有益突变体MaFMOD197E，比酶活和kcat/Km比野生型分别提高了2.36倍和1.34倍；将其引入菌株EM-IND01中获得重组菌株EM-IND02，并进行发酵条件优化，在5 L发酵罐中靛蓝产量为(1 288.59±7.50) mg/L，转化率为0.86 mg/mg L-色氨酸，生产强度为26.85 mg/(L·h)。本研究通过蛋白质工程改造，获得MaFMO活性提高的突变体，为靛蓝的工业化生产奠定了基础。
靛蓝(indigo)作为一种水溶性非偶氮类着色剂，广泛应用于纺织、食品、制药等工业领域。目前靛蓝主要采用化学法合成，存在环境污染、安全隐患等问题，亟须寻找更安全、更绿色的合成方法。本研究利用大肠杆菌(Escherichia coli)来源的色氨酸酶(tryptophanase, EcTnaA)和噬甲基菌(Methylophaga aminisulfidivorans)来源的黄素依赖性单加氧酶(flavin-dependent monooxygenase, MaFMO)构建双酶级联路径，以L-色氨酸为底物合成靛蓝，导入E. coli中获得重组菌株EM-IND01。通过对限速酶MaFMO进行蛋白质工程改造，获得了有益突变体MaFMOD197E，比酶活和kcat/Km比野生型分别提高了2.36倍和1.34倍；将其引入菌株EM-IND01中获得重组菌株EM-IND02，并进行发酵条件优化，在5 L发酵罐中靛蓝产量为(1 288.59±7.50) mg/L，转化率为0.86 mg/mg L-色氨酸，生产强度为26.85 mg/(L·h)。本研究通过蛋白质工程改造，获得MaFMO活性提高的突变体，为靛蓝的工业化生产奠定了基础。
2024,40(8):2457-2472, DOI: 10.13345/j.cjb.240168
摘要：
熊果苷是一种氢醌衍生的糖苷化合物，根据糖苷键的构型不同又分为β-熊果苷和α-熊果苷。熊果苷作为安全稳定的美白剂被广泛应用于化妆品领域，同时还具有抗氧化、抗菌、抗炎症、抗肿瘤等药理活性。植物提取法生产熊果苷存在植物生长周期长、提取工艺复杂、产率低等问题，而化学合成法合成熊果苷具有反应条件严苛、立体选择性差、收率低等缺点。近年来，生物合成法因其反应条件简单温和、生产过程经济环保等优势，逐渐成为合成熊果苷的热门研究方向。本文总结了4种熊果苷生物合成方式的最新研究进展，包括植物转化法、酶催化法、全细胞催化法以及微生物发酵法，讨论了这几种生物合成方式的优势与不足，并展望了其未来发展方向。
熊果苷是一种氢醌衍生的糖苷化合物，根据糖苷键的构型不同又分为β-熊果苷和α-熊果苷。熊果苷作为安全稳定的美白剂被广泛应用于化妆品领域，同时还具有抗氧化、抗菌、抗炎症、抗肿瘤等药理活性。植物提取法生产熊果苷存在植物生长周期长、提取工艺复杂、产率低等问题，而化学合成法合成熊果苷具有反应条件严苛、立体选择性差、收率低等缺点。近年来，生物合成法因其反应条件简单温和、生产过程经济环保等优势，逐渐成为合成熊果苷的热门研究方向。本文总结了4种熊果苷生物合成方式的最新研究进展，包括植物转化法、酶催化法、全细胞催化法以及微生物发酵法，讨论了这几种生物合成方式的优势与不足，并展望了其未来发展方向。
2024,40(8):2473-2488, DOI: 10.13345/j.cjb.240165
摘要：
萜类化合物以其结构与功能的多样性而闻名，在食品、化妆品、洗涤用品中广泛应用。微生物合成是萜类化合物绿色可持续生产的方式之一，近年来备受关注。然而，参与萜类物质合成的天然酶存在催化活性低、特异性差、稳定性不足等问题，限制了萜类化合物的微生物生产效率。酶工程是酶蛋白结构及功能改造优化的重要手段。近年来研究人员通过使用不同的酶工程策略，使萜类合成相关酶的活性、选择性、稳定性得到了明显提升，为萜类化合物的可持续生产提供有力支持。本文综述了近年来微生物合成萜类物质关键酶改造的工程策略，包括提高酶活性、稳定性、改变特异性以及多酶协同促进传质等；同时展望了酶工程技术在萜类微生物合成中面临的挑战及未来发展方向。
萜类化合物以其结构与功能的多样性而闻名，在食品、化妆品、洗涤用品中广泛应用。微生物合成是萜类化合物绿色可持续生产的方式之一，近年来备受关注。然而，参与萜类物质合成的天然酶存在催化活性低、特异性差、稳定性不足等问题，限制了萜类化合物的微生物生产效率。酶工程是酶蛋白结构及功能改造优化的重要手段。近年来研究人员通过使用不同的酶工程策略，使萜类合成相关酶的活性、选择性、稳定性得到了明显提升，为萜类化合物的可持续生产提供有力支持。本文综述了近年来微生物合成萜类物质关键酶改造的工程策略，包括提高酶活性、稳定性、改变特异性以及多酶协同促进传质等；同时展望了酶工程技术在萜类微生物合成中面临的挑战及未来发展方向。
2024,40(8):2489-2512, DOI: 10.13345/j.cjb.240126
摘要：
随着医美产业的蓬勃发展，使用功能性护肤产品成为主要趋势。医美产品功能的发挥，主要取决于其活性成分的功效。这些活性成分主要包括蛋白质和肽类、多糖类、酚酸类、萜烯类、维生素类、氨基酸类等，涉及修复、补水、美白、抗紫外和抗衰等功能。早年间这些活性成分主要通过生物提取和化学合成的方式获得。随着生物制造技术的发展，微生物合成医美活性成分已被广泛研究和应用。本文对通过微生物合成生物技术合成胶原蛋白、肽类、透明质酸、多酚类、萜烯类和维生素等天然产物的研究进行了总结，并对其合成途径、代谢调控以及未来的发展进行了综述，为后续微生物合成医美活性成分提供参考。
随着医美产业的蓬勃发展，使用功能性护肤产品成为主要趋势。医美产品功能的发挥，主要取决于其活性成分的功效。这些活性成分主要包括蛋白质和肽类、多糖类、酚酸类、萜烯类、维生素类、氨基酸类等，涉及修复、补水、美白、抗紫外和抗衰等功能。早年间这些活性成分主要通过生物提取和化学合成的方式获得。随着生物制造技术的发展，微生物合成医美活性成分已被广泛研究和应用。本文对通过微生物合成生物技术合成胶原蛋白、肽类、透明质酸、多酚类、萜烯类和维生素等天然产物的研究进行了总结，并对其合成途径、代谢调控以及未来的发展进行了综述，为后续微生物合成医美活性成分提供参考。
2024,40(8):2513-2527, DOI: 10.13345/j.cjb.240049
摘要：
L-赖氨酸作为一种必需氨基酸，广泛应用于饲料、食品、医药等领域。针对大肠杆菌(Escherichia coli)发酵生产L-赖氨酸存在底物利用效率差、糖酸转化率低等问题，本研究通过敲除全局调控因子基因mlc，异源表达来源于麦芽糖磷酸转移酶基因malAP，提高菌株对二糖、三糖的利用效率，得到菌株E. coli XC3，其L-赖氨酸产量、产率和生产强度分别提高到160.00 g/L、63.78%和4.44 g/(L·h)；在此基础上，在菌株E. coli XC3中过表达谷氨酸脱氢酶基因gdhA、来源于枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)硝酸盐还原酶基因BsnasBC和来源于E. coli的亚硝酸盐还原酶基因EcnirBD，构建硝酸盐同化路径，获得工程菌E. coli XC4，其L-赖氨酸产量、产率和生产强度分别提高到188.00 g/L、69.44%和5.22 g/(L·h)，进一步通过优化残糖浓度和碳氮比，在5 L发酵罐中将L-赖氨酸产量、产率和生产强度分别提高到204.00 g/L、72.32%、5.67 g/(L·h)，比出发菌株XC1分别提高了40.69%、20.03%、40.69%。本研究通过强化菌株的底物利用途径，构建了L-赖氨酸高产菌株，为L-赖氨酸的工业化生产奠定了坚实基础。
L-赖氨酸作为一种必需氨基酸，广泛应用于饲料、食品、医药等领域。针对大肠杆菌(Escherichia coli)发酵生产L-赖氨酸存在底物利用效率差、糖酸转化率低等问题，本研究通过敲除全局调控因子基因mlc，异源表达来源于麦芽糖磷酸转移酶基因malAP，提高菌株对二糖、三糖的利用效率，得到菌株E. coli XC3，其L-赖氨酸产量、产率和生产强度分别提高到160.00 g/L、63.78%和4.44 g/(L·h)；在此基础上，在菌株E. coli XC3中过表达谷氨酸脱氢酶基因gdhA、来源于枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)硝酸盐还原酶基因BsnasBC和来源于E. coli的亚硝酸盐还原酶基因EcnirBD，构建硝酸盐同化路径，获得工程菌E. coli XC4，其L-赖氨酸产量、产率和生产强度分别提高到188.00 g/L、69.44%和5.22 g/(L·h)，进一步通过优化残糖浓度和碳氮比，在5 L发酵罐中将L-赖氨酸产量、产率和生产强度分别提高到204.00 g/L、72.32%、5.67 g/(L·h)，比出发菌株XC1分别提高了40.69%、20.03%、40.69%。本研究通过强化菌株的底物利用途径，构建了L-赖氨酸高产菌株，为L-赖氨酸的工业化生产奠定了坚实基础。
2024,40(8):2528-2551, DOI: 10.13345/j.cjb.240166
摘要：
维生素是维持生物体正常生理功能所必需的一类有机物质，大部分维生素无法由人体合成，少部分维生素只能有限地合成，无法满足自身需求，因而需要通过摄入含维生素的食物或药品来满足自身需要。近年来，维生素被广泛应用于医药、食品或饲料添加剂、化妆品等行业中，人们对维生素的需求也不断增加。维生素的合成方法可分为化学合成法与生物合成法两大类，相较于化学法，生物法合成维生素具有环境友好、安全性高、成本低廉等优势，因此研究生物合成维生素的方法具有一定应用价值。本文综述了近年来水溶性维生素生产领域中生物合成法的研究进展，总结了水溶性维生素(B族维生素、维生素C)生物合成的研究成果，并对生物合成水溶性维生素的发展进行了展望。
维生素是维持生物体正常生理功能所必需的一类有机物质，大部分维生素无法由人体合成，少部分维生素只能有限地合成，无法满足自身需求，因而需要通过摄入含维生素的食物或药品来满足自身需要。近年来，维生素被广泛应用于医药、食品或饲料添加剂、化妆品等行业中，人们对维生素的需求也不断增加。维生素的合成方法可分为化学合成法与生物合成法两大类，相较于化学法，生物法合成维生素具有环境友好、安全性高、成本低廉等优势，因此研究生物合成维生素的方法具有一定应用价值。本文综述了近年来水溶性维生素生产领域中生物合成法的研究进展，总结了水溶性维生素(B族维生素、维生素C)生物合成的研究成果，并对生物合成水溶性维生素的发展进行了展望。
2024,40(8):2552-2569, DOI: 10.13345/j.cjb.240155
摘要：
维生素是人体正常生命活动所必需的一种有机物质，近年来维生素的应用场景不断扩展，除食品、畜牧业领域外，在医药、美妆等行业也有广泛应用，因此全球市场对维生素的需求不断增长。随着近几年合成生物学的快速发展，在现有的维生素生产方法中生物合成法因具有环保、安全、效率高等优点，逐渐被行业研究者所关注。为了进一步实现低碳、节能、减排以及我国“碳达峰”和“碳中和”的目标，建立和实现生物合成维生素的方法具有较大的应用价值。本文综述了近年来生物合成在维生素生产领域的研究进展，详细阐述了脂溶性维生素(维生素A、维生素D、维生素E和维生素K)的生物合成研究现状。
维生素是人体正常生命活动所必需的一种有机物质，近年来维生素的应用场景不断扩展，除食品、畜牧业领域外，在医药、美妆等行业也有广泛应用，因此全球市场对维生素的需求不断增长。随着近几年合成生物学的快速发展，在现有的维生素生产方法中生物合成法因具有环保、安全、效率高等优点，逐渐被行业研究者所关注。为了进一步实现低碳、节能、减排以及我国“碳达峰”和“碳中和”的目标，建立和实现生物合成维生素的方法具有较大的应用价值。本文综述了近年来生物合成在维生素生产领域的研究进展，详细阐述了脂溶性维生素(维生素A、维生素D、维生素E和维生素K)的生物合成研究现状。
2024,40(8):2570-2603, DOI: 10.13345/j.cjb.240293
摘要：
维生素作为生命活动中不可或缺的有机化合物，其生物合成途径依赖于生物体内复杂而精细的代谢网络。这一网络不仅涉及多种酶的协同作用，还包括多条代谢途径的交叉与整合。虽然在代谢工程和催化机制研究方面已取得了一些成果，但大量关键酶缺乏详细的酶学属性研究，这一现状限制了维生素生产效率的提升，同时也阻碍了对维生素合成机制的深入理解与优化。这不仅制约了维生素的工业化应用，也限制了相关生物技术的发展。本文综述了维生素合成途径酶领域的研究进展，详细阐述了13种维生素合成途径酶的研究现状，包括它们的代谢特性、动力学性质以及在生物工程中的应用，同时探讨了不同维生素代谢途径间以及与糖酵解途径合成酶的酶学性质差异，揭示了维生素合成途径中催化效率和底物亲和力的特点。此外，本文还探讨了深度学习方法在推进维生素酶学性质研究方面的潜力和应用前景，为维生素生产和优化提供了新的思路。
维生素作为生命活动中不可或缺的有机化合物，其生物合成途径依赖于生物体内复杂而精细的代谢网络。这一网络不仅涉及多种酶的协同作用，还包括多条代谢途径的交叉与整合。虽然在代谢工程和催化机制研究方面已取得了一些成果，但大量关键酶缺乏详细的酶学属性研究，这一现状限制了维生素生产效率的提升，同时也阻碍了对维生素合成机制的深入理解与优化。这不仅制约了维生素的工业化应用，也限制了相关生物技术的发展。本文综述了维生素合成途径酶领域的研究进展，详细阐述了13种维生素合成途径酶的研究现状，包括它们的代谢特性、动力学性质以及在生物工程中的应用，同时探讨了不同维生素代谢途径间以及与糖酵解途径合成酶的酶学性质差异，揭示了维生素合成途径中催化效率和底物亲和力的特点。此外，本文还探讨了深度学习方法在推进维生素酶学性质研究方面的潜力和应用前景，为维生素生产和优化提供了新的思路。
2024,40(8):2604-2625, DOI: 10.13345/j.cjb.240174
摘要：
酪醇是一种天然酚类化合物，具有抗氧化、抗炎症等多种生物活性，是羟基酪醇和红景天苷等高价值天然产物的重要前体物质。近年来酪醇及其衍生物的绿色高效合成受到广泛关注，利用代谢工程改造微生物构建细胞工厂具有成本低且绿色环保等优点，成为最具潜力的产业化方式。本文介绍了酪醇的生物合成路径，主要针对大肠杆菌和酿酒酵母从头合成酪醇路径中的调控节点进行解析，综述了大肠杆菌和酿酒酵母合成酪醇的研究进展，并对其衍生物-羟基酪醇和红景天苷的代谢工程研究进展进行介绍，为构建酪醇及其衍生物高产工程菌株提供参考。
酪醇是一种天然酚类化合物，具有抗氧化、抗炎症等多种生物活性，是羟基酪醇和红景天苷等高价值天然产物的重要前体物质。近年来酪醇及其衍生物的绿色高效合成受到广泛关注，利用代谢工程改造微生物构建细胞工厂具有成本低且绿色环保等优点，成为最具潜力的产业化方式。本文介绍了酪醇的生物合成路径，主要针对大肠杆菌和酿酒酵母从头合成酪醇路径中的调控节点进行解析，综述了大肠杆菌和酿酒酵母合成酪醇的研究进展，并对其衍生物-羟基酪醇和红景天苷的代谢工程研究进展进行介绍，为构建酪醇及其衍生物高产工程菌株提供参考。
2024,40(8):2626-2643, DOI: 10.13345/j.cjb.240220
摘要：
d-甘露醇是一种六碳糖醇，是自然界中含量最丰富的多元醇之一，具有抗氧化保护、调节渗透压和不可代谢等特性，已广泛应用于功能性食品和制药行业中。目前工业化生产d-甘露醇的主要方法为化学加氢法。d-甘露醇也可由微生物代谢或者微生物催化生成，相比化学加氢法，生物法合成甘露醇不产生副产物山梨醇，且具有条件温和、专一性强、转化率高的优点。其中微生物发酵法的微生物菌种和发酵原料来源广泛易得，产物易于分离。微生物催化法采用多酶偶联的反应策略，利用工程菌产酶进行全细胞催化，同时引入辅因子循环途径使得昂贵的辅因子得到补充，可以在温和的条件下利用廉价底物获得较高的产率且没有副产物生成。然而，限制利用微生物法进行工业化生产d-甘露醇的一个主要因素是成本昂贵，包括发酵培养基和底物成本高、耗费时间长等。本文综述了微生物法生产d-甘露醇的方法，包括使用的高产发酵菌株及其发酵工艺、低成本底物的利用、全细胞催化法工程菌株开发策略以及高生产率的工艺调控等。生物法合成甘露醇不仅对促进产业升级、实现绿色制造具有重要意义，同时也为开发新型生物基产品、满足日益增长的市场需求提供了有力支持。随着技术创新和产业链的不断完善，未来其有望成为甘露醇生产的主要方式之一。
d-甘露醇是一种六碳糖醇，是自然界中含量最丰富的多元醇之一，具有抗氧化保护、调节渗透压和不可代谢等特性，已广泛应用于功能性食品和制药行业中。目前工业化生产d-甘露醇的主要方法为化学加氢法。d-甘露醇也可由微生物代谢或者微生物催化生成，相比化学加氢法，生物法合成甘露醇不产生副产物山梨醇，且具有条件温和、专一性强、转化率高的优点。其中微生物发酵法的微生物菌种和发酵原料来源广泛易得，产物易于分离。微生物催化法采用多酶偶联的反应策略，利用工程菌产酶进行全细胞催化，同时引入辅因子循环途径使得昂贵的辅因子得到补充，可以在温和的条件下利用廉价底物获得较高的产率且没有副产物生成。然而，限制利用微生物法进行工业化生产d-甘露醇的一个主要因素是成本昂贵，包括发酵培养基和底物成本高、耗费时间长等。本文综述了微生物法生产d-甘露醇的方法，包括使用的高产发酵菌株及其发酵工艺、低成本底物的利用、全细胞催化法工程菌株开发策略以及高生产率的工艺调控等。生物法合成甘露醇不仅对促进产业升级、实现绿色制造具有重要意义，同时也为开发新型生物基产品、满足日益增长的市场需求提供了有力支持。随着技术创新和产业链的不断完善，未来其有望成为甘露醇生产的主要方式之一。
2024,40(8):2644-2665, DOI: 10.13345/j.cjb.240349
摘要：
丁二酸(又称琥珀酸)是一种重要的C4平台化合物，可作为1,4-丁二醇、四氢呋喃以及生物可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯(polybutylene succinate, PBS)的生产原料。与传统的以顺酐为原料的石化基路线相比，采用微生物发酵法生产丁二酸不仅具有更高的经济可持续性，同时也展现出更佳的环境友好性。酵母具有良好的耐酸性，能够实现丁二酸的低pH发酵，从而大幅降低产物提取成本。因此，通过代谢工程改造构建高产丁二酸酵母菌株受到越来越多的关注。本文系统介绍了丁二酸的应用价值及其市场规模，总结了微生物中参与丁二酸合成的途径及其关键酶，详细阐述了利用酵母细胞工厂合成丁二酸的最新研究进展，同时还展示了酵母工程菌株以甘油、乙酸、木质纤维素水解液等非粮原料为底物进行丁二酸合成的现状，最后对基于酵母细胞工厂的低pH丁二酸生物制造进行了展望。
丁二酸(又称琥珀酸)是一种重要的C4平台化合物，可作为1,4-丁二醇、四氢呋喃以及生物可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯(polybutylene succinate, PBS)的生产原料。与传统的以顺酐为原料的石化基路线相比，采用微生物发酵法生产丁二酸不仅具有更高的经济可持续性，同时也展现出更佳的环境友好性。酵母具有良好的耐酸性，能够实现丁二酸的低pH发酵，从而大幅降低产物提取成本。因此，通过代谢工程改造构建高产丁二酸酵母菌株受到越来越多的关注。本文系统介绍了丁二酸的应用价值及其市场规模，总结了微生物中参与丁二酸合成的途径及其关键酶，详细阐述了利用酵母细胞工厂合成丁二酸的最新研究进展，同时还展示了酵母工程菌株以甘油、乙酸、木质纤维素水解液等非粮原料为底物进行丁二酸合成的现状，最后对基于酵母细胞工厂的低pH丁二酸生物制造进行了展望。
2024,40(8):2666-2677, DOI: 10.13345/j.cjb.240071
摘要：
衣康酸(itaconic acid, IA)是12种高附加值平台化合物之一，广泛应用于涂料、黏合剂、塑料、树脂和生物燃料等领域。本研究基于前期构建的工程化盐单胞菌TDZI-08，通过排查阻碍因素、优化碳源、氮源、诱导剂添加时间和表面活性剂添加量等，建立了一锅法催化柠檬酸合成衣康酸工艺。在5 L发酵罐中利用TDZI-08进行开放式不灭菌一锅法合成，最高产生了40.50 g/L衣康酸，催化阶段得率为0.68 g衣康酸/g柠檬酸，总得率为0.42 g衣康酸/g (柠檬酸+葡萄糖酸)。本研究探索出的一锅法合成体系工艺简单且无须灭菌和无菌操作，表明盐单胞菌具有较好的衣康酸工业化生产潜力。
衣康酸(itaconic acid, IA)是12种高附加值平台化合物之一，广泛应用于涂料、黏合剂、塑料、树脂和生物燃料等领域。本研究基于前期构建的工程化盐单胞菌TDZI-08，通过排查阻碍因素、优化碳源、氮源、诱导剂添加时间和表面活性剂添加量等，建立了一锅法催化柠檬酸合成衣康酸工艺。在5 L发酵罐中利用TDZI-08进行开放式不灭菌一锅法合成，最高产生了40.50 g/L衣康酸，催化阶段得率为0.68 g衣康酸/g柠檬酸，总得率为0.42 g衣康酸/g (柠檬酸+葡萄糖酸)。本研究探索出的一锅法合成体系工艺简单且无须灭菌和无菌操作，表明盐单胞菌具有较好的衣康酸工业化生产潜力。
2024,40(8):2678-2694, DOI: 10.13345/j.cjb.240097
摘要：
丙酸是一种重要的C3平台化合物，在食品、药品和化工等领域应用广泛。以石油等化工产品为原料通过化学途径合成，环境污染严重且不可持续。近些年，利用微生物转化可再生资源生产丙酸受到了广泛关注。本文聚焦丙酸生物制造技术，首先综述了传统丙酸杆菌代谢工程改造和在大肠杆菌及酿酒酵母等异源宿主中重构丙酸合成途径的研究；其次重点讨论了基于合成生物学技术，通过对恶臭假单胞菌KT2440的途径设计和改造，实现其利用L-苏氨酸或生物基1,2-丙二醇为原料的高效生物催化合成高纯度丙酸的最新进展。
丙酸是一种重要的C3平台化合物，在食品、药品和化工等领域应用广泛。以石油等化工产品为原料通过化学途径合成，环境污染严重且不可持续。近些年，利用微生物转化可再生资源生产丙酸受到了广泛关注。本文聚焦丙酸生物制造技术，首先综述了传统丙酸杆菌代谢工程改造和在大肠杆菌及酿酒酵母等异源宿主中重构丙酸合成途径的研究；其次重点讨论了基于合成生物学技术，通过对恶臭假单胞菌KT2440的途径设计和改造，实现其利用L-苏氨酸或生物基1,2-丙二醇为原料的高效生物催化合成高纯度丙酸的最新进展。
2024,40(8):2695-2709, DOI: 10.13345/j.cjb.240161
摘要：
木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源。以木质纤维素为原料利用微生物细胞工厂合成高附加值化学品是实现绿色生物制造的关键。木糖是木质纤维素中含量仅次于葡萄糖的第二大可发酵糖，因此构建可高效代谢木糖的微生物细胞工厂对于实现木质纤维素的全利用具有重要意义。然而与葡萄糖相比，大多数微生物代谢木糖的效率较低，限制了木糖的应用。近年来，微生物代谢机制的深入理解和合成生物学技术的不断进步极大地提高了微生物代谢木糖的效率，拓展了木糖衍生产品的种类。本文综述了自然界存在的几条木糖代谢途径及其衍生的相关产品，总结了构建木糖和葡萄糖共利用菌株的策略，概括了利用木质纤维素水解产物合成目标产品的研究进展，并对相关技术瓶颈和未来发展方向进行了讨论与展望。
木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源。以木质纤维素为原料利用微生物细胞工厂合成高附加值化学品是实现绿色生物制造的关键。木糖是木质纤维素中含量仅次于葡萄糖的第二大可发酵糖，因此构建可高效代谢木糖的微生物细胞工厂对于实现木质纤维素的全利用具有重要意义。然而与葡萄糖相比，大多数微生物代谢木糖的效率较低，限制了木糖的应用。近年来，微生物代谢机制的深入理解和合成生物学技术的不断进步极大地提高了微生物代谢木糖的效率，拓展了木糖衍生产品的种类。本文综述了自然界存在的几条木糖代谢途径及其衍生的相关产品，总结了构建木糖和葡萄糖共利用菌株的策略，概括了利用木质纤维素水解产物合成目标产品的研究进展，并对相关技术瓶颈和未来发展方向进行了讨论与展望。
2024,40(8):2710-2730, DOI: 10.13345/j.cjb.240199
摘要：
利用可再生生物质高效生产化学品是可持续生物制造的重要途径。木质纤维素来源广泛且可再生，被认为是极具潜力的第二代生物炼制原料，木质纤维素水解物中混合糖的高效共发酵被认为是降低产品成本的关键途径之一。然而，大多数微生物由于碳源阻遏效应会优先消耗葡萄糖而非木糖，严重制约了木质纤维素转化效率。因此，开发能够同时利用葡萄糖和木糖的微生物平台对工业规模生产至关重要。本文综述了基于代谢工程策略促进微生物高效共利用葡萄糖和木糖的关键方法和研究实例，包括葡萄糖抑制缓解、木糖跨膜转运途径改造、木糖代谢途径构建和定向进化等策略。
利用可再生生物质高效生产化学品是可持续生物制造的重要途径。木质纤维素来源广泛且可再生，被认为是极具潜力的第二代生物炼制原料，木质纤维素水解物中混合糖的高效共发酵被认为是降低产品成本的关键途径之一。然而，大多数微生物由于碳源阻遏效应会优先消耗葡萄糖而非木糖，严重制约了木质纤维素转化效率。因此，开发能够同时利用葡萄糖和木糖的微生物平台对工业规模生产至关重要。本文综述了基于代谢工程策略促进微生物高效共利用葡萄糖和木糖的关键方法和研究实例，包括葡萄糖抑制缓解、木糖跨膜转运途径改造、木糖代谢途径构建和定向进化等策略。
2024,40(8):2731-2746, DOI: 10.13345/j.cjb.240164
摘要：
微生物细胞工厂的构建和优化是实现绿色生物制造的重要环节和关键技术。现阶段，过量二氧化碳(CO2)排放和粮食短缺等问题已经引起了广泛关注，这促进了利用人工微生物将CO2转化为粮食类化合物这一新兴研究方向的发展。该领域的研究不仅有助于实现“双碳”目标，也对维护粮食安全具有重大意义。本文主要围绕葡萄糖、糖类衍生物、单细胞蛋白的生物合成及人工碳固定途径的开发及应用等方面，对直接或者间接利用CO2制备粮食类化合物的研究进展进行了综述和展望。
微生物细胞工厂的构建和优化是实现绿色生物制造的重要环节和关键技术。现阶段，过量二氧化碳(CO2)排放和粮食短缺等问题已经引起了广泛关注，这促进了利用人工微生物将CO2转化为粮食类化合物这一新兴研究方向的发展。该领域的研究不仅有助于实现“双碳”目标，也对维护粮食安全具有重大意义。本文主要围绕葡萄糖、糖类衍生物、单细胞蛋白的生物合成及人工碳固定途径的开发及应用等方面，对直接或者间接利用CO2制备粮食类化合物的研究进展进行了综述和展望。
2024,40(8):2747-2760, DOI: 10.13345/j.cjb.240163
摘要：
甲醇因具有生产工艺成熟、价格低廉和可再生等优点，被认为是下一代生物制造的核心原料之一。通过构建高效的微生物细胞工厂将甲醇转化为化学品已经成为绿色生物制造行业的研究热点。本文聚焦天然甲醇细胞工厂，对非天然甲醇细胞工厂和天然甲醇细胞工厂进行了比较，讨论了天然甲醇细胞工厂存在的关键问题和挑战，综述了近年来围绕这些问题对天然甲醇细胞工厂进行改造的研究进展，并进一步展望了可能的解决方案，为未来天然甲醇细胞工厂的改造提供了可行的研究策略。
甲醇因具有生产工艺成熟、价格低廉和可再生等优点，被认为是下一代生物制造的核心原料之一。通过构建高效的微生物细胞工厂将甲醇转化为化学品已经成为绿色生物制造行业的研究热点。本文聚焦天然甲醇细胞工厂，对非天然甲醇细胞工厂和天然甲醇细胞工厂进行了比较，讨论了天然甲醇细胞工厂存在的关键问题和挑战，综述了近年来围绕这些问题对天然甲醇细胞工厂进行改造的研究进展，并进一步展望了可能的解决方案，为未来天然甲醇细胞工厂的改造提供了可行的研究策略。
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为了提高干扰素抗病毒活性测定的生物安全性，本研究使用含有GFP的复制缺陷型水疱性口炎病毒 (VSV△G*G) 为指示病毒，分别对经原核表达系统和杆状病毒表达系统表达的重组猪γ干扰素 (PoIFN-γ) 在MDBK细胞上进行抗病毒活性测定。结果显示：由杆状病毒表达的重组PoIFN-γ具有高度抗病毒活性，其抗病毒活性为105 IU/mL，原核表达的重组PoIFN-γ纯化后经缓慢复性也会产生一定的抗病毒活性，其抗病毒活性为32 IU/mL。该方法与利用表达GFP的重组水疱性口炎病毒 (VSV*GFP) 所检测的干扰素抗病毒活性结果完全一致，表明复制缺陷型病毒VSV△G*G可作为复制型重组病毒的替代品，使得干扰素抗病毒活性检测更加安全、准确。
为了提高干扰素抗病毒活性测定的生物安全性，本研究使用含有GFP的复制缺陷型水疱性口炎病毒 (VSV△G*G) 为指示病毒，分别对经原核表达系统和杆状病毒表达系统表达的重组猪γ干扰素 (PoIFN-γ) 在MDBK细胞上进行抗病毒活性测定。结果显示：由杆状病毒表达的重组PoIFN-γ具有高度抗病毒活性，其抗病毒活性为105 IU/mL，原核表达的重组PoIFN-γ纯化后经缓慢复性也会产生一定的抗病毒活性，其抗病毒活性为32 IU/mL。该方法与利用表达GFP的重组水疱性口炎病毒 (VSV*GFP) 所检测的干扰素抗病毒活性结果完全一致，表明复制缺陷型病毒VSV△G*G可作为复制型重组病毒的替代品，使得干扰素抗病毒活性检测更加安全、准确。
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从人肌肉素基因出发, 在dbEST数据库中进行同源性搜索, 找到七个有较高同源性的Expressed Sequence Tag(DY426490, CF787546, AJ660979, AJ664670, AJ663820, AJ680159, DN106254)。通过拼接和进一步RT-PCR实验验证, 获得猪肌肉素基因全长cDNA序列, 其全长651 bp, 开放阅读框为54~452 bp, 编码有132个氨基酸。同源性分析结果表明, 与人、小鼠和大鼠的肌肉素基因cDNA编码区(CDS)同源性分别为87.2%、77.6%和77.9%。利用克隆出的猪肌肉素cDNA, 构建表达载体pGEX-4T-1-musclin, 并在BL21大肠杆菌中成功表达和纯化了分子量为38.59 kD的融合蛋白GST-Musclin, 并运用蛋白印迹技术进行鉴定。
从人肌肉素基因出发, 在dbEST数据库中进行同源性搜索, 找到七个有较高同源性的Expressed Sequence Tag(DY426490, CF787546, AJ660979, AJ664670, AJ663820, AJ680159, DN106254)。通过拼接和进一步RT-PCR实验验证, 获得猪肌肉素基因全长cDNA序列, 其全长651 bp, 开放阅读框为54~452 bp, 编码有132个氨基酸。同源性分析结果表明, 与人、小鼠和大鼠的肌肉素基因cDNA编码区(CDS)同源性分别为87.2%、77.6%和77.9%。利用克隆出的猪肌肉素cDNA, 构建表达载体pGEX-4T-1-musclin, 并在BL21大肠杆菌中成功表达和纯化了分子量为38.59 kD的融合蛋白GST-Musclin, 并运用蛋白印迹技术进行鉴定。
摘要：
自然界中微生物种类极为丰富，尺寸涵盖了纳米级与微米级。微生物细胞培养成本低廉，生长繁殖迅速，具有丰富的遗传表现型，因此微生物是可用于纳米、微米以及多层次跨尺度加工的天然“基本单元”和“底盘细胞”。“基于微生物”的生物制造目的是利用微生物的特异结构和多样功能进行仿生和调控，操纵微生物进行加工组装，从而获得新材料、新器件。同时，建立深入研究微生物行为模式的新技术与新方法，为揭示传统方法所未涉及的基本科学问题提供新的平台。以下将分别从纳米和微米两个尺度以及利用微生物的结构或功能两个角度来概述基于微生物的微纳米生物制造的前沿进展。
自然界中微生物种类极为丰富，尺寸涵盖了纳米级与微米级。微生物细胞培养成本低廉，生长繁殖迅速，具有丰富的遗传表现型，因此微生物是可用于纳米、微米以及多层次跨尺度加工的天然“基本单元”和“底盘细胞”。“基于微生物”的生物制造目的是利用微生物的特异结构和多样功能进行仿生和调控，操纵微生物进行加工组装，从而获得新材料、新器件。同时，建立深入研究微生物行为模式的新技术与新方法，为揭示传统方法所未涉及的基本科学问题提供新的平台。以下将分别从纳米和微米两个尺度以及利用微生物的结构或功能两个角度来概述基于微生物的微纳米生物制造的前沿进展。
摘要：
白藜芦醇是一种含有芪类结构的非黄酮类多酚化合物。它不仅是植物遭受胁迫时产生的一种能提高植物抵抗病原性攻击和环境恶化的植物抗毒素, 还具有抗癌、抗氧化、调节血脂、影响寿命等多方面有益于人类健康的重要功能。以下对白藜芦醇的理化特性、合成、提取、纯化与检测方法进行了全面总结, 并在其作用的分子机制基础上, 对其生物学活性、基因工程研究及产业化情况进行了重点介绍。发现在传统育种的基础上, 借助于现代生物技术手段, 将白藜芦醇的天然活性保健作用应用于保健食品的开发、作物经济附加值的提高具有广阔的前景。它的开发和利用, 必将为食品及制药工业新产品的开发提供新的挑战与机遇。
白藜芦醇是一种含有芪类结构的非黄酮类多酚化合物。它不仅是植物遭受胁迫时产生的一种能提高植物抵抗病原性攻击和环境恶化的植物抗毒素, 还具有抗癌、抗氧化、调节血脂、影响寿命等多方面有益于人类健康的重要功能。以下对白藜芦醇的理化特性、合成、提取、纯化与检测方法进行了全面总结, 并在其作用的分子机制基础上, 对其生物学活性、基因工程研究及产业化情况进行了重点介绍。发现在传统育种的基础上, 借助于现代生物技术手段, 将白藜芦醇的天然活性保健作用应用于保健食品的开发、作物经济附加值的提高具有广阔的前景。它的开发和利用, 必将为食品及制药工业新产品的开发提供新的挑战与机遇。
摘要：
葡萄球菌Staphylococcus hominis来源的N-乙酰神经氨酸裂合酶基因shnal (GenBank Accession No. EFS20452.1) 构建至pET-28a质粒并在大肠杆菌中得到表达。通过目的蛋白的纯化和酶学性质研究发现，ShNAL是一个四聚体，裂解方向的最适反应pH为8.0；合成方向的最适反应pH为7.5，最适反应温度为45 ℃。在45 ℃下孵育2 h对ShNAL的活力基本无影响，高于45 ℃时，活力迅速下降。该酶在pH 5.0~10.0的环境中比较稳定，4 ℃下放置24 h酶的残余活力在70％以上。ShNAL对N-乙酰神经氨酸 (Neu5Ac)、N-乙酰甘露糖胺 (Man) 和丙酮酸 (Pyr) 的Km值分别是 (4.0±0.2) mmol/L、(131.7±12.1) mmol/L和 (35.1±3.2) mmol/L，kcat/Km值分别为1.9 L/(mmol·s)、0.08 L/(mmol·s) 和0.08 L/(mmol·s)。
葡萄球菌Staphylococcus hominis来源的N-乙酰神经氨酸裂合酶基因shnal (GenBank Accession No. EFS20452.1) 构建至pET-28a质粒并在大肠杆菌中得到表达。通过目的蛋白的纯化和酶学性质研究发现，ShNAL是一个四聚体，裂解方向的最适反应pH为8.0；合成方向的最适反应pH为7.5，最适反应温度为45 ℃。在45 ℃下孵育2 h对ShNAL的活力基本无影响，高于45 ℃时，活力迅速下降。该酶在pH 5.0~10.0的环境中比较稳定，4 ℃下放置24 h酶的残余活力在70％以上。ShNAL对N-乙酰神经氨酸 (Neu5Ac)、N-乙酰甘露糖胺 (Man) 和丙酮酸 (Pyr) 的Km值分别是 (4.0±0.2) mmol/L、(131.7±12.1) mmol/L和 (35.1±3.2) mmol/L，kcat/Km值分别为1.9 L/(mmol·s)、0.08 L/(mmol·s) 和0.08 L/(mmol·s)。
摘要：
本研究通过单因素试验和响应面分析试验建立了能够选择性富集沙门氏菌、副溶血弧菌和霍乱弧菌的共增菌培养基SVV, 采用平板计数法及三重荧光PCR技术验证了SVV的增菌效果。结果表明: SVV能同时富集以不同浓度比例混合的3种目标菌, 37oC振荡培养18 h后, 菌体浓度达到105~108 CFU/mL; SVV强烈抑制大部分的非目标菌; 用荧光PCR方法检测经过37oC振荡培养18 h的10份人工接种样品和608份实际样品, 结果表明目标菌在SVV中增殖18 h后菌量达到检测限以上, SVV联合荧光PCR检测方法的检出率为4.06%, 比传统检测方法(3.78%)高, 无假阴性和假阳性。SVV可望应用于水产品中沙门氏菌、副溶血弧菌和霍乱弧菌检测前的增菌处理, 可简化检测过程, 有效克服漏检, 提高检出率。
本研究通过单因素试验和响应面分析试验建立了能够选择性富集沙门氏菌、副溶血弧菌和霍乱弧菌的共增菌培养基SVV, 采用平板计数法及三重荧光PCR技术验证了SVV的增菌效果。结果表明: SVV能同时富集以不同浓度比例混合的3种目标菌, 37oC振荡培养18 h后, 菌体浓度达到105~108 CFU/mL; SVV强烈抑制大部分的非目标菌; 用荧光PCR方法检测经过37oC振荡培养18 h的10份人工接种样品和608份实际样品, 结果表明目标菌在SVV中增殖18 h后菌量达到检测限以上, SVV联合荧光PCR检测方法的检出率为4.06%, 比传统检测方法(3.78%)高, 无假阴性和假阳性。SVV可望应用于水产品中沙门氏菌、副溶血弧菌和霍乱弧菌检测前的增菌处理, 可简化检测过程, 有效克服漏检, 提高检出率。
摘要：
BMP6是一种调节成骨细胞和成软骨细胞分化的骨诱导因子, 在修复各种骨缺损方面具有很好的应用潜力。有诱骨活性的BMP6是多二硫键的二聚体蛋白, 疏水性极强容易聚集沉淀。为了在大肠杆菌中可溶表达具有生物活性的重组人BMP6(rhBMP6), 构建了具有TRX、GST、MBP、CBD融合标签和His6标签的 rhBMP6成熟肽原核表达载体, 调节诱导温度和IPTG浓度, 比较不同融合标签和诱导条件对目的蛋白表达量和溶解性的影响。结果表明, MBP最能有效的增强rhBMP6的溶解性, 诱导条件对溶解性影响较小。大肠杆菌BL21 trxB(DE3)这种硫氧还蛋白还原酶缺陷菌株为rhBMP6二硫键在胞质中形成提供了合适的氧化还原环境。MBP和BL21 trxB(DE3)相结合在细胞质中高效可溶表达出了BMP6融合蛋白二聚体。表达产物经亲和层析和凝胶排阻层析纯化后, 能诱导成肌细胞系C2C12向成骨细胞方向 转化。
BMP6是一种调节成骨细胞和成软骨细胞分化的骨诱导因子, 在修复各种骨缺损方面具有很好的应用潜力。有诱骨活性的BMP6是多二硫键的二聚体蛋白, 疏水性极强容易聚集沉淀。为了在大肠杆菌中可溶表达具有生物活性的重组人BMP6(rhBMP6), 构建了具有TRX、GST、MBP、CBD融合标签和His6标签的 rhBMP6成熟肽原核表达载体, 调节诱导温度和IPTG浓度, 比较不同融合标签和诱导条件对目的蛋白表达量和溶解性的影响。结果表明, MBP最能有效的增强rhBMP6的溶解性, 诱导条件对溶解性影响较小。大肠杆菌BL21 trxB(DE3)这种硫氧还蛋白还原酶缺陷菌株为rhBMP6二硫键在胞质中形成提供了合适的氧化还原环境。MBP和BL21 trxB(DE3)相结合在细胞质中高效可溶表达出了BMP6融合蛋白二聚体。表达产物经亲和层析和凝胶排阻层析纯化后, 能诱导成肌细胞系C2C12向成骨细胞方向 转化。
摘要：
细菌启动子是细菌中基因表达的必需调控元件，决定了细菌基因表达的强度和时机。通过启动子的插入或缺失，可以改变细菌基因的表达，实现对菌体生长发育以及代谢调控的研究。启动子也是构建各种表达系统、实现异源基因表达的基础。启动子的识别和应用研究，对于实现异源基因的可控表达、有效获得目的产物、促进生物催化和代谢工程研究具有重要的意义。以下对细菌启动子进行了简单的介绍，总结了细菌启动子的识别方法，并对细菌启动子的研究进展和具体应用进行了概述。
细菌启动子是细菌中基因表达的必需调控元件，决定了细菌基因表达的强度和时机。通过启动子的插入或缺失，可以改变细菌基因的表达，实现对菌体生长发育以及代谢调控的研究。启动子也是构建各种表达系统、实现异源基因表达的基础。启动子的识别和应用研究，对于实现异源基因的可控表达、有效获得目的产物、促进生物催化和代谢工程研究具有重要的意义。以下对细菌启动子进行了简单的介绍，总结了细菌启动子的识别方法，并对细菌启动子的研究进展和具体应用进行了概述。
摘要：
环境胁迫使植物细胞中积累大量的活性氧，从而导致蛋白质、膜脂、DNA及其它细胞组分的严重损伤。植物体内有效清除活性氧的保护机制分为酶促和非酶促两类。酶促脱毒系统包括超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)等。非酶类抗氧化剂包括抗坏血酸、谷胱甘肽、甘露醇和类黄酮。利用基因工程策略增加这些物质在植物体内的含量，从而获得耐逆转基因植物已取得一定的进展。
环境胁迫使植物细胞中积累大量的活性氧，从而导致蛋白质、膜脂、DNA及其它细胞组分的严重损伤。植物体内有效清除活性氧的保护机制分为酶促和非酶促两类。酶促脱毒系统包括超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)等。非酶类抗氧化剂包括抗坏血酸、谷胱甘肽、甘露醇和类黄酮。利用基因工程策略增加这些物质在植物体内的含量，从而获得耐逆转基因植物已取得一定的进展。
摘要：
为了研究灰葡萄孢菌肌糖磷脂酰神经酰胺合成酶 (BcAUR1基因) 的表达及酶活性，采用RT-PCR方法，利用含有FLAG标签以及BamHⅠ、XhoⅠ酶切位点的AUR1特异引物从灰葡萄孢菌中扩增得到BcAUR1基因。将BcAUR1基因与穿梭质粒pYES2重组，得到pYES2-BcAUR1质粒采用醋酸锂转化法导入酿酒酵母尿嘧啶突变菌株Δyor1中，Western blotting检测肌糖磷脂酰神经酰胺 (IPC) 合成酶表达，HPLC检测IPC合成酶活力。结果显示pYES2-BcAUR1在酿酒酵母尿嘧啶突变菌株Δyor1中获得表达，pYES2-BcAUR1转化子IPC合成酶活性显著增高，比空载转化子约提高1倍。低浓度的AbA能够抑制空载pYES2酵母转化子生长，但pYES2-BcAUR1酵母转化子能抵抗AbA对菌体生长的抑制。
为了研究灰葡萄孢菌肌糖磷脂酰神经酰胺合成酶 (BcAUR1基因) 的表达及酶活性，采用RT-PCR方法，利用含有FLAG标签以及BamHⅠ、XhoⅠ酶切位点的AUR1特异引物从灰葡萄孢菌中扩增得到BcAUR1基因。将BcAUR1基因与穿梭质粒pYES2重组，得到pYES2-BcAUR1质粒采用醋酸锂转化法导入酿酒酵母尿嘧啶突变菌株Δyor1中，Western blotting检测肌糖磷脂酰神经酰胺 (IPC) 合成酶表达，HPLC检测IPC合成酶活力。结果显示pYES2-BcAUR1在酿酒酵母尿嘧啶突变菌株Δyor1中获得表达，pYES2-BcAUR1转化子IPC合成酶活性显著增高，比空载转化子约提高1倍。低浓度的AbA能够抑制空载pYES2酵母转化子生长，但pYES2-BcAUR1酵母转化子能抵抗AbA对菌体生长的抑制。
摘要：
通过外源转录调控因子的诱导，使成体细胞重编程为胚胎干细胞 (ES细胞) 样的多能细胞，这种细胞称为诱导多能干细胞 (iPS细胞)，这一方法被称为iPS技术。目前，iPS技术已先后在小鼠、人、猕猴、大鼠和猪中成功应用，建立了相应的iPS细胞系，并获得了iPS细胞嵌合小鼠和四倍体克隆小鼠。尽管iPS与ES细胞在形态和生长特性上有许多相同之处，但iPS细胞的建立需要较独特的诱导培养体系和鉴定方法。以下结合近年来iPS技术的发展和本实验室的相关研究，对iPS细胞的建立和培养体系的优化进行了深入探讨。
通过外源转录调控因子的诱导，使成体细胞重编程为胚胎干细胞 (ES细胞) 样的多能细胞，这种细胞称为诱导多能干细胞 (iPS细胞)，这一方法被称为iPS技术。目前，iPS技术已先后在小鼠、人、猕猴、大鼠和猪中成功应用，建立了相应的iPS细胞系，并获得了iPS细胞嵌合小鼠和四倍体克隆小鼠。尽管iPS与ES细胞在形态和生长特性上有许多相同之处，但iPS细胞的建立需要较独特的诱导培养体系和鉴定方法。以下结合近年来iPS技术的发展和本实验室的相关研究，对iPS细胞的建立和培养体系的优化进行了深入探讨。
2023,39(10):4275-4294, DOI: 10.13345/j.cjb.230297
摘要：
本研究旨在通过蛋白质工程手段获得结构均一性更好、活性更高、抗真菌能力更强的家蚕蛋白酶抑制剂BmSPI38的串联多聚体蛋白。利用原核表达技术获得BmSPI38串联多聚体蛋白，并通过蛋白酶抑制剂胶内活性染色、蛋白酶抑制实验和真菌生长抑制实验等探讨串联多聚体化对BmSPI38的结构均一性、抑制活性和抗真菌能力的影响。活性染色结果表明，基于多肽柔性接头的串联表达能够极大提高BmSPI38蛋白的结构均一性。蛋白酶抑制实验表明，基于接头的串联三聚体化和四聚体化能提高BmSPI38对微生物蛋白酶的抑制能力。孢子萌发实验表明，His6-SPI38L-tetramer对球孢白僵菌（Beauveria bassiana）分生孢子萌发的抑制能力显著强于His6-SPI38-monomer。真菌生长抑制实验显示，能够通过串联多聚体化来增强BmSPI38对酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和白色念珠菌（Candida albicans）的抑制能力。本研究成功实现BmSPI38的串联多聚体在大肠杆菌中的异源活性表达，并证实可通过串联多聚体化来增强BmSPI38的结构均一性和抗真菌能力，不仅可为培育抗真菌转基因家蚕提供重要的理论依据和新策略，还将推动BmSPI38的外源生产及在医疗领域的应用。
本研究旨在通过蛋白质工程手段获得结构均一性更好、活性更高、抗真菌能力更强的家蚕蛋白酶抑制剂BmSPI38的串联多聚体蛋白。利用原核表达技术获得BmSPI38串联多聚体蛋白，并通过蛋白酶抑制剂胶内活性染色、蛋白酶抑制实验和真菌生长抑制实验等探讨串联多聚体化对BmSPI38的结构均一性、抑制活性和抗真菌能力的影响。活性染色结果表明，基于多肽柔性接头的串联表达能够极大提高BmSPI38蛋白的结构均一性。蛋白酶抑制实验表明，基于接头的串联三聚体化和四聚体化能提高BmSPI38对微生物蛋白酶的抑制能力。孢子萌发实验表明，His6-SPI38L-tetramer对球孢白僵菌（Beauveria bassiana）分生孢子萌发的抑制能力显著强于His6-SPI38-monomer。真菌生长抑制实验显示，能够通过串联多聚体化来增强BmSPI38对酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和白色念珠菌（Candida albicans）的抑制能力。本研究成功实现BmSPI38的串联多聚体在大肠杆菌中的异源活性表达，并证实可通过串联多聚体化来增强BmSPI38的结构均一性和抗真菌能力，不仅可为培育抗真菌转基因家蚕提供重要的理论依据和新策略，还将推动BmSPI38的外源生产及在医疗领域的应用。
摘要：
单克隆抗体从问世到目前广泛应用于临床，经历了一段曲折的发展历程。其中人源化抗体是一个重要的里程碑，并伴随着一系列重大的技术革新，如PCR技术、抗体库技术、转基因动物等。人源化抗体的形式也从最初的嵌合抗体、改型抗体等逐步发展为今天的人抗体。抗体人源化已经成为治疗性抗体的发展趋势,同时各种抗体衍生物也不断涌现，它们从不同角度克服抗体本身的应用局限，也为治疗人类疾病提供了更多利器。对单克隆抗体进行改造使之应用于临床治疗，不仅需要对抗体效应机制进行更细致深入的研究，同时还有赖于对人类免疫系统调控机制的全面精确认识。
单克隆抗体从问世到目前广泛应用于临床，经历了一段曲折的发展历程。其中人源化抗体是一个重要的里程碑，并伴随着一系列重大的技术革新，如PCR技术、抗体库技术、转基因动物等。人源化抗体的形式也从最初的嵌合抗体、改型抗体等逐步发展为今天的人抗体。抗体人源化已经成为治疗性抗体的发展趋势,同时各种抗体衍生物也不断涌现，它们从不同角度克服抗体本身的应用局限，也为治疗人类疾病提供了更多利器。对单克隆抗体进行改造使之应用于临床治疗，不仅需要对抗体效应机制进行更细致深入的研究，同时还有赖于对人类免疫系统调控机制的全面精确认识。
摘要：
在基因表达定位或启动子调控模式的研究中, 多以gusA作为报告基因。但由于部分组织中高内源GUS背景活性或转化手段的限制, 使判断基因表达定位或调控时存在很大误差。为了解决上述问题, 本实验将报道基因绿色荧光蛋白(GFP)和红色荧光蛋白(RFP)融合构建双荧光标记瞬时表达载体pBI221-RFP/GFP。该载体以CaMV35S启动子驱动GFP确定转化效率, 通过鉴定阳性个体的红色荧光活性分析目的基因或启动子的表达模式。并通过番茄E8和西瓜AGPL1果实特异启动子验证了该载体在启动子调控模式研究中的应用可行性。结果表明pBI221-RFP/GFP是一个可以在基因和启动子功能验证中应用的高效瞬时表达载体。
在基因表达定位或启动子调控模式的研究中, 多以gusA作为报告基因。但由于部分组织中高内源GUS背景活性或转化手段的限制, 使判断基因表达定位或调控时存在很大误差。为了解决上述问题, 本实验将报道基因绿色荧光蛋白(GFP)和红色荧光蛋白(RFP)融合构建双荧光标记瞬时表达载体pBI221-RFP/GFP。该载体以CaMV35S启动子驱动GFP确定转化效率, 通过鉴定阳性个体的红色荧光活性分析目的基因或启动子的表达模式。并通过番茄E8和西瓜AGPL1果实特异启动子验证了该载体在启动子调控模式研究中的应用可行性。结果表明pBI221-RFP/GFP是一个可以在基因和启动子功能验证中应用的高效瞬时表达载体。
摘要：
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。
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。
摘要：
通过胶体金免疫层析技术建立一种特异、便捷、快速的三聚氰胺抗原检测方法，对奶制品及饲料中的三聚氰胺残留水平监测提供参考。用柠檬酸三钠还原法制备的胶体金，标记纯化的三聚氰胺单克隆抗体，喷于试纸的金标垫。将MEL-OVA （三聚氰胺和卵清白蛋白的偶练物） 和纯化的羊抗鼠IgG 分别喷于试纸的T (检测线) 处和C (质控线) 处，通过挑选试纸条材料和调试工艺参数，并最终组装成试纸条。结果显示，制备的试纸监测体系方法检出限为50 mg/L。试纸条对牛奶、奶粉和饲料中的三聚氰胺残留的检出限分别为100?mg/L、1
通过胶体金免疫层析技术建立一种特异、便捷、快速的三聚氰胺抗原检测方法，对奶制品及饲料中的三聚氰胺残留水平监测提供参考。用柠檬酸三钠还原法制备的胶体金，标记纯化的三聚氰胺单克隆抗体，喷于试纸的金标垫。将MEL-OVA （三聚氰胺和卵清白蛋白的偶练物） 和纯化的羊抗鼠IgG 分别喷于试纸的T (检测线) 处和C (质控线) 处，通过挑选试纸条材料和调试工艺参数，并最终组装成试纸条。结果显示，制备的试纸监测体系方法检出限为50 mg/L。试纸条对牛奶、奶粉和饲料中的三聚氰胺残留的检出限分别为100?mg/L、1
摘要：
Cre/loxP定位重组系统来源于噬菌体P1，由Cre重组酶和loxP位点两部分组成。在Cre重组酶的介导下，设定的DNA片段可以被切除，可以发生倒位，亦可造成定点的整合。由于其作用方式高效简单，Cre/loxP定位重组系统已在特定基因的删除、基因功能的鉴定、外源基因的整合、基因捕获及染色体工程等方面得到了有效的利用，在转基因的酵母、植物、昆虫、哺乳动物的体内外DNA重组方面成为一个有力的工具。这里就Cre重组酶的结构、功能及该定位重组系统的应用等方面的研究进行了综述。
Cre/loxP定位重组系统来源于噬菌体P1，由Cre重组酶和loxP位点两部分组成。在Cre重组酶的介导下，设定的DNA片段可以被切除，可以发生倒位，亦可造成定点的整合。由于其作用方式高效简单，Cre/loxP定位重组系统已在特定基因的删除、基因功能的鉴定、外源基因的整合、基因捕获及染色体工程等方面得到了有效的利用，在转基因的酵母、植物、昆虫、哺乳动物的体内外DNA重组方面成为一个有力的工具。这里就Cre重组酶的结构、功能及该定位重组系统的应用等方面的研究进行了综述。
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