摘要:对生物炼制细胞工厂的发展进行了简要回顾，从微生物糖代谢的分子机制、细胞工厂的代谢网络及调控、细胞工厂的构建技术及细胞工厂的优化4个方面介绍了本期专刊发表的17篇生物炼制细胞工厂方面的论文。

摘要:木质纤维素复杂的结构组成，是制约高效降解利用这一资源、发展生物炼制的瓶颈。微生物的多酶 (菌) 体系可有效降解木质纤维素。除好氧微生物的游离酶协同系统之外，主要存在于厌氧细菌中的纤维小体也是有序、高效的协同降解纤维素的复合体系。近年来，在天然纤维小体研究的基础上，研究者们成功设计、构建了人工纤维小体，加深了对这一复合体系的组成单元的理性认识。另外，菌群共培养技术利用各组成菌株代谢途径的协同作用实现了木质纤维素的高效降解。最后，引入异源纤维素酶，可改造现有工程菌株的代谢网络，提高工程菌发酵生产终产物的能力。这些技术有利于实现一步转化生产乙醇的联合生物工艺，有助于提高生物炼制的产率、降低生产成本。

摘要:木质纤维素利用的核心问题之一是生物质的降解，即如何将生物质由高聚大分子降解为可发酵的小分子糖，又称为糖化。自然界中向胞外大量分泌降解生物质酶类的微生物主要是真菌，研究真菌木质纤维素降解途径的分子机理对生物质的综合利用意义重大，是木质纤维素能否实现全面生物炼制的关键之一。以下将针对真菌降解木质纤维素的研究进展，特别是对利用功能基因组学所取得的进展进行评述。

摘要:基因组尺度代谢网络从基因组序列出发，结合基因、蛋白质、代谢数据库和实验数据，从系统的角度定量研究生命体的代谢过程，了解各个组分之间的相互作用关系。这类网络模型对于生命活动理论研究和优良工程菌的构建都具有重要的理论和实践意义。以下结合作者的实际研究经验，对基因组尺度代谢网络从重构到模拟直至应用进行了较为详细的介绍，并讨论了一些目前存在的难题和未来的研究方向。

摘要:微生物基因组学的迅速发展为从功能基因与蛋白、网络及其调控等不同的角度，全面理解与认识微生物的代谢过程、构建细胞工厂，提供了丰富的背景信息。基于基因组序列进行代谢网络重构，有助于发现新的代谢功能基因、调控元件、甚至新的代谢途径，从而优化设计细胞内从原料到产品的生物合成路线。然而，目前公共数据库平台中代谢途径基因的功能注释，许多是错误或不完整的。以下着重介绍了近年来出现的一些用于代谢途径和调控网络重构的新型比较基因组学技术，并以近期的丙酮丁醇梭菌中木糖代谢途径的重构工作为例来说明其应用。

摘要:近年的研究揭示，细菌细胞中蛋白质的磷酸化状态可能调节信号或代谢通路的生物活性。丙酮丁醇梭菌是一个重要的工业菌株，在酸性条件下能够生成大量的有机溶剂。然而，调节丙酮丁醇梭菌有机溶剂生成的分子机制尚未完全阐明。采用双向电泳和质谱联用的技术，比较了该菌在产酸期与产有机溶剂期间的差异蛋白质谱图。特别关注了那些分子量接近但具有不同等电点的蛋白质。在高有机溶剂生成速率的丙酮丁醇梭菌中，发现了8个电泳斑点簇呈现明显的酸移而且伴随光密度强度的变化。质谱分析数据表明，这些蛋白质均含有磷酸化修饰的肽段。生物信息学分析预示，这些蛋白质参与了有机溶剂的生成过程。但究竟它们的磷酸化状态如何调控有机溶剂生成仍需更为深入地研究。

摘要:以一株由自然界筛选获得的能够利用糖质原料直接产L-丝氨酸的谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum SYPS-062为研究对象，考察了一碳单元循环中的辅因子—叶酸和维生素B12对菌株生长、蔗糖消耗及L-丝氨酸生成的影响，同时对处于对数生长期的菌株进行了代谢流量分析。结果发现，添加扰动因子叶酸和维生素B12对磷酸戊糖途径 (HMP) 碳流影响较大，碳源主要用于细胞生长及合成能量，而流向目的产物L-丝氨酸的碳流减少。同时在添加维生素B12时，增大了G3P节点的L-丝氨酸合成途径的分流比，但造成三羧酸循环 (TCA) 的流量不足，需要大量回补，从而限制了产物合成速率的进一步提高。

摘要:丙酮丁醇梭菌是极具潜力的替代燃料——生物丁醇的合成菌，受到各国研究者的普遍关注。丙酮丁醇梭菌菌株改造是生物丁醇产业化进程中的一项重要工作，其中遗传操作是核心内容之一。以下对丙酮丁醇梭菌的遗传操作系统的发展历史、种类和原理进行了综述，分析了目前几种遗传操作系统的局限性，并对其发展进行了展望。

摘要:一种价格便宜、资源丰富和对人体无害的矿石纳米材料——海泡石，用于微生物DNA转化。该法简便、快速、对人体健康无害，但对这种转化方法机制的理解还有很多问题。通过小片段RNA竞争试验，发现了与先前报道不同的转化机制。同时，对该法进行了优化，结果可以实现对冷藏1个月的大肠杆菌Escherichia coli DH5α单菌落直接转化，无需感受态制备和处理后的温育过程，可得到比钙转高的转化率。由于可优化的参数很多，所以这种转化方法可以提升的空间很大。同时，该方法可用于探索其他用钙转和电转未成功的微生物。

摘要:基因组混组作为一种育种方法，通过循环原生质体融合等手段，使得不同菌株来源的基因组能够得到充分重组，增加将正向突变整合到同一重组子中的机会。使用4株带有4种不同标记的枯草芽胞杆菌亲本为初始菌株，通过循环转化、循环转导或循环原生质体融合的手段进行基因组混组，统计后代中非亲本类型占整个群体的比例，以衡量基因组混组的效果。分别经过5轮循环原生质体融合、循环转化或者循环转导，结果显示，重组程度较高者在后代群体中的比例较低，带有4种标记的后代未出现，带有3种标记的后代最高分别为4.53×10?4、1.64×10?4、4.47×10?3，明显低于文献报道的天蓝色链霉菌中同样实验的结果：带4种和3种标记的后代分别占2.5％、17％。对比上述实验的结果和文献报道的天蓝色链霉菌、乳杆菌基因组混组的结果，并结合计算机模拟循环融合过程，分析后认为:要达到较充分的基因组混组，需要有能够实现微生物细胞间高频重组的操作技术作为基础，重组频率应该不低于10?3~10?2数量级。

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。

摘要:芽胞表面展示技术作为微生物表面展示技术的一种，因所表达的异源蛋白无需经过跨膜过程及芽胞的抗逆性等独特优势而备受研究者的关注。以下介绍了芽胞的生理结构和形成过程、芽胞表面展示系统构建原则及目前所构建的芽胞表面展示系统种类。芽胞表面展示技术不仅在疫苗生产中应用广泛，在生物催化和细胞工厂研究领域也具有广阔的应用前景。

摘要:黑曲霉是一种重要工业微生物，在酶制剂、异源蛋白、有机酸等领域应用广泛。2007年黑曲霉基因组的公布将黑曲霉的研究引入后基因组时代，各种组学数据如雨后春笋般涌现，人们对黑曲霉高效生产机制的理解上升到系统、分子层次；与此同时，黑曲霉遗传操作系统也不断成熟，为系统地研究和改造黑曲霉、将黑曲霉打造成通用细胞工厂奠定了基础。

摘要:微生物代谢工程和合成生物学是当今微生物技术领域研究的热点，微生物的生长速度快、容易进行大规模培养；遗传背景清楚、遗传操作简便可靠等性质使其在与人类生活相关的多个领域中起到重要的作用。微生物细胞工厂是指人工设计的能够进行物质生产的微生物代谢体系。许多微生物细胞工厂的构建由于引入多个基因或整条代谢途径，而可能导致代谢失衡、部分代谢中间产物积累等问题，需要使用一定的调控策略加以控制。以下对涉及多个基因作用的微生物细胞工厂中所使用的调控策略，分为若干层次进行了总结和探讨，并对今后多基因控制策略的发展方向进行了预测与展望。

摘要:聚羟基脂肪酸酯 (PHA) 是一类由微生物合成的、生物可再生、生物可降解、具有多种材料学性能的高分子聚合物，在很多领域有着广泛的应用前景。以下从辅酶工程、代谢工程、微氧生产等方面综述了微生物法生产PHA的研究进展，并对利用PHA合成基因提高基因工程菌的代谢潜能进行了讨论。

摘要:利用木质纤维素发酵生产乙醇具有广泛的应用前景。而自然界中缺少有效转化木糖为乙醇的微生物是充分利用纤维素水解产物、提高乙醇产率、降低生产成本的关键因素。多年来研究者利用分子生物学技术对微生物菌株进行了代谢工程改造，使其能更有效地利用木糖生产乙醇。以下主要对运动发酵单胞菌、大肠杆菌和酵母等候选产乙醇微生物的木糖代谢工程研究进展进行了概述。

摘要:采用硫酸纤维素钠 (NaCS)/聚二甲基二烯丙基氯化铵 (PDMDAAC) 微胶囊体系，固定混合产氢菌群，构建成一个能高效产氢的虚拟“细胞工厂”。经过菌群活化预处理，激活了产氢活力，进一步通过NaCS/PDMDAAC微胶囊固定化，形成适宜的内部微环境，有效增强了菌群对温度的适应能力，提高了底物浓度，氢气产量比游离细胞增长30％以上，菌体浓度提高2倍到3.2 g/L。连续15批培养，囊内菌体浓度显著提高，发酵时间缩短，氢气产率保持在1.73~1.81 mol H2/mol glucose，平均产氢速率提高了198.6％。同时还发现发酵产物中有较高比例的丁酸和乙酸，由此可以使该虚拟“细胞工厂”成为一个多产物联产体系。

摘要:为了鉴定耐辐射奇球菌类胡萝卜素C3',4'-脱氢酶 (DR2250) 催化底物的特异性，利用PCR方法将dr2250基因的克隆到载体pUC19上，形成了重组载体pUC-CRTD。利用质粒共转化方法将不同组合的质粒pACCRT-EBIEu、pRK-CRTC和pUC-CRTD转化到大肠杆菌中，筛选阳性克隆并提取其色素进行产物分析。结果表明，DR2250修饰的底物具有选择性，它不能以未经过羟基化修饰的直链类胡萝卜素为底物，而能在C1(1') 羟基修饰的羟基化类胡萝卜素的基础上进行C3',4'-脱氢反应。