摘要:

摘要:磷酸吡哆醛(pyridoxal phosphate, PLP)作为维生素B6的活性形式，是多种酶促反应中的重要辅因子。磷酸吡哆醛依赖型酶能够催化多种化学反应，如消旋、脱羧、β-加成、β-消除、反羟醛裂解、转氨和α-消除等多种化学反应，是生物法合成多种天然氨基酸、非天然氨基酸及其相关化合物的有力工具。本文以ω-转氨酶、赖氨酸脱羧酶、苏氨酸醛缩酶、L-酪氨酸酚解酶等典型PLP依赖型酶为例，分析了这些酶的结构特征与催化机理，总结了它们的分子改造研究进展以及在工业生产中的应用。最后，本文对磷酸吡哆醛依赖型酶的未来发展进行了展望，包括PLP辅因子的体内再生系统及工业应用等，讨论了这些酶在生物催化应用中的巨大潜力。

摘要:2-酮戊二酸/Fe²⁺依赖的双加氧酶能够实现复杂结构化合物sp³杂化C-H键的官能化反应，并且反应条件温和，对底物具有高度的区域和立体选择性。莨菪碱6β-羟化酶(hyoscyamine 6β-hydroxylase, H6H)属于此类双加氧酶，是催化合成东莨菪碱的最后两步的关键酶，能够依次实现莨菪碱的6β-羟化和6,7位的环氧化反应。本文介绍了莨菪碱6β-羟化酶催化机制、底物谱和应用进展，对该酶转化不同结构特点底物的羟化、环氧化等反应的潜在能力进行了评估，为后续对酶的设计改造和应用研究提供理论基础。

摘要:细菌纤维素(bacterial cellulose, BC)是由细菌代谢所产生的葡萄糖聚合物。细菌纤维素合成酶(bacterial cellulose synthase, BCS)是催化BC形成的关键酶。BCS不同种类亚基之间的协同性能够确保BC的胞内形成及胞外分泌。本文主要总结了已报道的BC合成菌株的种类，分析了不同菌株中BCS的区别，并综述了BC合成机制、BCS中亚基之间的相互作用及菌株内自身结构特征对高度有序纤维结构的形成的影响等方面的研究进展。全面了解BC的合成与分泌机制，可为合成生物学技术优化BC合成提供更多策略。

摘要:聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate, PET)作为目前广泛使用的塑料之一，其废弃物对全球环境造成了严重污染。PET降解酶(polyethylene terephthalate hydrolase, PETase)的发现为处理PET废弃物提供了一种绿色环保的途径。尽管PETase降解PET会产生中间产物，抑制水解酶的进一步降解，影响酶的催化效率，但对苯二甲酸单羟乙酯水解酶[mono(2-hydroxyethyl) terephthalate hydrolase, MHETase]通过与PETase协同作用，将PETase水解产生的中间产物MHET高效降解为乙二醇(ethylene glycol, EG)和对苯二甲酸(terephthalic acid, TPA)。MHETase对MHET表现出极高的特异性，是完全降解PET的关键酶。本文全面梳理了MHETase的三维结构、底物结合模式以及催化反应机理等，介绍了该酶降解活性的结构特征和关键残基，以及酶工程改造的研究进展。同时，对基于MHETase支架结合PETase开发定制的酶促PET降解系统进行了展望，为设计和开发更加高效的PET水解酶体系提供了参考。

摘要:γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid, GABA)衍生物是一类治疗神经退行性疾病的高效抑制性神经递质药物，市场需求较大。目前，GABA衍生物的主要合成策略为化学法，面临工艺复杂、产率低、原子经济性低、环境负担大等诸多挑战。化学-酶法合成GABA衍生物具有原子经济性高、产率高、环境友好等优点，受到业内人士越来越多的关注。本文综述了GABA衍生物的化学和化学-酶合成方法，并在此基础上，介绍了典型GABA衍生物(如加巴喷丁、普瑞巴林和布瓦西坦等)的工业合成最新进展和未来发展方向。

摘要:人乳低聚糖(human milk oligosaccharides, HMOs)是母乳中一类结构复杂的聚糖，其作为母乳中的第三大固体成分，在婴幼儿肠道健康和免疫系统发育中具有重要作用。其中，唾液酸化的HMOs是主要成分之一，主要包括3′-唾液酸乳糖(3′-sialactose, 3′-SL)和6′-唾液酸乳糖(6′-sialactose, 6′-SL)，这两者在免疫调节、抗炎以及促进益生菌生长等方面发挥着重要作用。因为唾液酸乳糖在婴幼儿食品中的营养价值和应用潜力，利用廉价易得的原料通过微生物发酵制备高浓度唾液酸乳糖成为当前研究热点。本文综述了3′-SL-和6′-SL的功能及其生物合成技术，并详细介绍了利用大肠杆菌合成唾液酸乳糖的研究进展，为未来实现相关工业生产提供了有益的启示。

摘要:通过改造或强化工业微生物，实现以一碳气体为原料生物合成能源和平台化学品，对减少化石资源消耗和温室气体排放具有重大意义。嗜甲烷菌、微藻和产乙酸菌能天然利用甲烷、二氧化碳或一氧化碳等一碳气体，将其转化为不同碳链长度的油脂类化学品，在绿色生物制造领域备受关注。本文围绕生物油脂类化学品的低碳生物合成，全面总结了微生物作为细胞工厂利用一碳气体合成油脂类化学品的研究进展，详细介绍了一碳细胞工厂的油脂合成相关代谢途径，并从基因表达调控、代谢路径重构以及发酵过程优化等角度，系统阐述并探讨了一碳气体合成油脂类化学品技术的研究进展和应用前景，为实现一碳气体的高效生物利用及发展碳循环生物经济模式提供了理论支持。

摘要:碳捕获、利用与封存(carbon capture, utilization and storage, CCUS)是实现我国“双碳”目标的重要技术手段，微生物活动是CO₂地质封存过程中不可忽视的一部分。部分微生物可将封存CO₂转化为甲烷或有机酸以实现资源利用，也可转化为碳酸盐实现长久固定，这些微生物活动有助于实现CO₂的稳定封存与负碳排放。本文分析了深地封存CO₂可能涉及的微生物甲烷化、液化、矿化机理，综述了各转化途径的研究进展。CO₂微生物甲烷化和液化技术能够将封存CO₂转化为甲烷或高值有机物，实现资源再利用，二者既能单独使用，也可以耦联应用以扩大CO₂生物转化的应用范围。CO₂微生物矿化利用微生物诱导碳酸钙沉淀将CO₂转化为方解石，是一种极具潜力的固定CO₂和限制CO₂逃逸技术。目前CO₂微生物转化仍处于起步探索阶段，亟须从转化原理及影响因素、转化效率、经济性和环保性、工艺条件等方面开展深入研究，建立健全CO₂地下原位生物转化理论技术体系，并与CCUS结合建立“捕、输、驱、封、转、采”一体化技术体系，助力CCUS的高值应用和我国“双碳”目标的实现。

摘要:芳香族化合物含有的苯环结构稳定性高、难以降解，因此环境中的芳香族化合物不仅对生态环境构成威胁，也严重影响人类健康。开发一种便捷有效的芳香族化合物检测方法至关重要。随着对芳香族化合物特性的深入理解，基于微生物细胞开发的生物传感器在芳香族化合物检测方面展现出越来越重要的作用。本文综述了微生物全细胞传感器的工作原理，概述了电活性生物被膜型、转录因子型和依赖于降解基因启动子这3类芳香族化合物全细胞传感器的构建方法和应用，并探讨了基于表面展示技术、逻辑门构建、基因回路改造、群体感应信号放大等手段进一步提高传感器性能的优化策略。

摘要:人体肠道是一个复杂的生态系统，富含多样的微生物群落，这些微生物群落在营养吸收、药物代谢和机体免疫等方面发挥着关键作用。随着微流控技术和器官芯片技术的不断发展，肠芯片已经成为模拟宿主-微生物互作的有力工具。这些微型化的生物系统能够在体外模拟人体肠道的复杂生理环境，为研究肠道微生物与宿主之间的相互作用提供了一个独特的平台。本文首先介绍了人体肠道的生理特点，总结了微流控器官芯片集成多细胞组分、生物流体、氧气梯度、机械力学等微环境因素在体外重塑肠道微生理系统的优势，阐述了衡量体外肠芯片构建成功与否的关键性能指标，并综述了芯片上的肠-微生物互作模型在肠道微生态研究、疾病模拟和药物评价方面的研究进展，最后讨论了其局限性和未来的发展趋势，以期为应用肠芯片深入研究肠道微生物与宿主的相互作用提供参考。

摘要:心血管疾病是一种常见的疾病，目前尚缺乏能够应用于冠脉搭桥手术的小口径人工血管。传统的组织工程血管支架制备技术在调节支架的孔径、几何形态和互连性方面上存在不足。3D生物打印技术能够模拟血管组织的天然结构，精确打印活细胞和生物材料，在纳米尺度上对支架的微观结构和孔隙率进行调控，为研发新型的组织工程血管提供了新思路。本文系统评价了3D生物打印技术的分类特点，深入探讨了3D生物打印技术在组织工程血管领域的最新研究进展，分析总结了其优点，同时指出此技术还存在较多问题需要解决，如血管材料的免疫排斥等，为其进一步的研究提供参考和借鉴。

摘要:微藻具备利用太阳能固定CO2并转化为有机物的能力，已成为有前途的绿色细胞工厂。随着生物技术快速发展，前沿生物技术在光合微藻中的研究与应用不断拓展，对微藻的工程改造日益全面和深入，比如通过合成生物学和基因组编辑技术对微藻进行工程改造，使其有潜力应用于医学、农业、食品、能源、环境等领域。然而，与此同时，工程微藻在环境中存活和扩散的风险也随之增加，给生态环境和人类健康带来潜在安全风险。为避免其在环境中扩散对生态环境和人体健康造成生物安全风险，需要强化工程微藻生物安全风险管控政策，并针对其开发生物风险防控技术。为了实现这一目标，研究人员开发了生物封存系统(biocontainment)，包括利用有毒蛋白设计杀伤开关等主动策略和敲除必需基因制造营养缺陷型菌株等被动策略，对工程微藻进行空间上的封存。本文对近几年前沿生物技术在微藻生物工程领域的应用、工程微藻逃逸的生物安全风险和管理规范以及工程微藻中建立的多种新型生物封存技术的研究进展进行了总结和评述，最后对微藻生物封存领域的未来发展方向进行了展望。

摘要:生命科学领域重大科技基础设施是国家重大科技基础设施板块中不可缺少的重要内容，其前沿性、战略性、基础性强，具有与粒子物理、天文、核能源等传统设施领域不同的特点，也是我国设施相对“短板”的领域。研究发现，生命领域设施在资金投入、物理形态、设施寿命、数字化程度、组织形式、项目风险和发展效应等方面，具有与传统设施领域不同的特点。生命领域设施在立项、投入、管理和建设方面还需要强化生命领域大科学问题凝练机制，提升战略性投入布局水平，推进基于原创科学思路的技术设备国产化，加强生命领域设施的差异化管理能力。

摘要:小牛胰凝乳酶(bovine chymosin)作为重要的食品酶，广泛应用于乳制品行业中奶酪的生产制造。本研究将密码子优化后的小牛胰凝乳酶酶原基因作为目的基因，构建了分泌表达框，通过基因组整合至乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis)，单拷贝菌株的摇瓶发酵活力达到了40 U/mL；基于单拷贝菌株，采用CRISPR/Cas9技术敲除筛选基因amdS，构建了多拷贝整合菌株，双拷贝和三拷贝整合菌株的摇瓶发酵活力分别增加到70 U/mL和78 U/mL。基于双拷贝整合菌株KLUcym^D，采用紫外诱变育种技术，在多轮诱变育种后筛选得到一株高产小牛胰凝乳酶的重组菌株KLUcym^D-M2，摇瓶发酵酶活力达到270 U/mL；5 L罐中发酵76 h，酶活力达到最高值600 U/mL。综上，本研究成功构建了一株高产小牛胰凝乳酶的乳酸克鲁维酵母重组菌株，为进一步工业化放大生产奠定了基础。

摘要:多核丝状真菌米曲霉(Aspergillus oryzae)的细胞器具有多态性。为了观察米曲霉细胞器的形态以及为米曲霉中未知蛋白的定位分析和一系列生物反应通路的揭示提供参考，将不同的亚细胞定位信号与荧光蛋白融合，得到不同亚细胞定位的荧光蛋白表达载体，再利用农杆菌介导转化法(Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation, ATMT)将构建好的载体转入米曲霉中，通过显微观察证明成功构建了米曲霉荧光标记细胞核、线粒体、内质网、液泡、脂滴、过氧化物酶体和高尔基体的报告菌株。通过小分子特异性染料对线粒体、细胞核和脂滴荧光定位报告菌株染色进行共定位，对报告菌株进行了进一步验证。本研究对这些荧光标记的细胞器在不同生长时期和不同培养条件下的分布和形态进行了动态观察。报告菌株的构建为研究米曲霉的细胞器形态提供了工具，同时也为米曲霉中未知目的蛋白的定位以及亚细胞层面上的研究提供了工具。

摘要:新橙皮苷是一种黄酮糖苷，广泛应用于食品和药品行业。目前新橙皮苷生产主要通过植物提取法，需要大量的有机溶剂，而生物转化法绿色环保、转化率高，具有较高的经济效益。本研究在大肠杆菌中引入拟南芥来源的糖基转移酶UGT73B2、葡萄来源的鼠李糖合酶VvRHM-NRS和柚子来源的鼠李糖转移酶Cm1,2RhaT，构建了新橙皮苷的生物合成路径。通过模块优化和糖基供体强化后，重组菌株在5 L发酵罐中合成新橙皮苷的产量达到4.64 g/L，底物橙皮素的摩尔转化率为45.8%，这是目前报道的微生物中异源合成新橙皮苷的最高产量。本研究为新橙皮苷高产菌株的构建与应用奠定了基础，也为代谢工程改造微生物生产其他黄酮糖苷提供了借鉴。

摘要:胍基乙酸作为一种能源性物质，在食品、医药和饲料等行业有着广泛的应用前景，但目前尚未实现利用生物法工业化生产胍基乙酸。本研究在食品级安全菌株枯草芽孢杆菌中设计胍基乙酸的合成路线，利用调控关键酶表达、解除反馈抑制、增加膜通透性等技术，实现全细胞催化高效合成胍基乙酸。首先基于进化树挖掘筛选最佳L-精氨酸:甘氨酸脒基转移酶，利用强启动子与基因组整合相结合的策略提高关键酶表达水平；其次，引入谷氨酸棒杆菌中用于L-精氨酸合成的鸟氨酸循环途径，缓解副产物L-鸟氨酸对酶的反馈抑制，并敲除L-精氨酸降解途径，强化底物再生；再次，增强N-乙酰胞壁-L-丙氨酸酰胺酶(N-acetylmuramoyl-L-alanine amidase, LytC)基因表达，改善细胞膜通透性；最后，使用菌株Bs-13在最佳转化条件下，经24 h获得13.1 g/L胍基乙酸，转化速率为0.54 g/(L·h)，底物甘氨酸的转化率为92.7%。以上策略一定程度上提高了胍基乙酸的生产效率，为生物法合成胍基乙酸提供了参考。

摘要:Gadusol是一种具有抗氧化能力的高效天然紫外吸收物质，广泛存在于微生物、藻类及鱼卵等水生生物中。为解决其天然提取量低且环境不友好等问题，本研究将斑马鱼来源的gadusol合成途径引入毕赤酵母，成功构建了能够合成gadusol的重组毕赤酵母，进一步过表达了来源于树干毕赤酵母的木糖同化基因以提高其关键底物景天庚酮糖-7-磷酸的含量。结果表明木糖的利用是提高gadusol产量的有效策略，在纯木糖培养基中，gadusol的产量达到141.8 mg/L (32.3 mg/g 细胞干重)，约是在纯葡萄糖培养基中的46倍。产物在275-305 nm范围内存在明显吸收，λmax=290 nm。同时，该物质具有一定的抗氧化能力，在反应5 h后，铁离子还原抗氧化能力(ferric ion reducing antioxidant power, FRAP)、2,2′-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐[2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid), ABTS]和1,1-二苯基-2-苦基肼自由基(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl, DPPH)结果分别出现了90.83%、25.50%和131.80%的变化率，推测其可能作为一种长效的抗氧化剂。本研究证明了毕赤酵母作为底盘生物合成天然紫外吸收剂的巨大潜能，生物合成的gadusol具有良好的紫外吸收与抗氧化性能，为gadusol的工业化生产及应用提供了理论基础。

摘要:儿茶酚(catechol, CA)是一种重要的化工和医药中间体，应用范围极为广泛。目前制备CA的方法是苯酚羟化法，但由于该方法存在对环境污染大、石化资源不可再生等问题，使得生物合成儿茶酚的方法逐渐受到关注。但受制于原儿茶酸脱羧酶的活性不够高且生物合成儿茶酚生产效率较低，难以满足大规模工业生产的要求。为了进一步提高儿茶酚生产效率，本研究首先对不同来源的21个原儿茶酸(protocatechuic acid, PCA)脱羧酶进行筛选，发现理研菌(Rikenellaceae)来源的RbAroY脱羧酶性能最好，含有该酶的全细胞生物催化剂ER11能够合成13.54 g/L儿茶酚。然后利用在线工具HotSpot Wizard对该酶进行稳定性计算，选取自由能下降最多的10个潜在突变位点进行验证，发现含有突变子RbAroY^G99A的全细胞生物催化剂ERT01能够催化合成15.16 g/L儿茶酚，较野生型产量提高12%。之后对生物催化条件进一步优化，以原儿茶酸为底物，全细胞生物催化剂ERT01能够催化合成25.70 g/L儿茶酚。最后，以3-脱氢莽草酸发酵液为底物，同时表达3-脱氢莽草酸脱水酶和原儿茶酸脱羧酶的全细胞生物催化剂DER03，催化合成29.55 g/L儿茶酚，为目前国内外报道的生物合成的最高产量。本研究为儿茶酚生物合成工业生产提供了重要参考。

摘要:右旋糖酐酶是一种专一性水解α-1,6糖苷键的酶。为了提高海洋氧化节杆菌(Arthrobacter oxidans) KQ11来源的右旋糖酐酶的酶活，本研究采用了定点突变的方法对参与“隧道状结合位点”的氨基酸进行改造，并在此基础上对507位进行了饱和突变，获得了酶活和催化效率提高的突变酶A356G、S357W、W507Y、W507F。与野生株(wild type, WT)相比，突变体W507Y的比活力提高了3.00倍，k_cat提高了3.62倍，K_m下降了54%，催化效率k_cat/K_m提高了8.98倍。三维结构分析表明，氢键数目的增加及“隧道状结合位点”间的距离是影响酶活的重要因素。相比于WT突变体，W507Y与“隧道状结合位点”的另一侧氨基酸间的距离缩短，更易产生氢键作用力，加快了底物的水解和产物排出，使得酶活和催化效率大幅提高。

摘要:酪氨酸酶是一种含铜的多酚氧化酶，广泛应用于食品、日化、医药等领域。目前商品化酪氨酸酶主要依赖于真菌提取，存在价格高、纯度低、比酶活低和稳定性差等问题。本研究旨在获得高效表达并具有工业化应用前景的细菌酪氨酸酶。通过在大肠杆菌(Escherichia coli) BL21(DE3)中异源表达5种不同来源的细菌酪氨酸酶，筛选获得了巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)和多刺疣微菌(Verrucomicrobium spinosum)来源的酪氨酸酶TyrBm和TyrVs，酶活分别为(16.1±0.2) U/mL和(48.6±0.9) U/mL。纯化后通过比较TyrBm与TyrVs的酶学性质，证明了TyrVs具有更高的热稳定性和底物专一性。在表征TyrVs高催化性能的基础上，建立了基于TyrVs催化的酶法生物染发体系，实现了原位催化染发，水洗色牢度实验测得模拟14 d清洁后的色差值△E低于7.38±0.64。为便于催化产物与酶快速分离，成功构建了依赖于自组装标签CipA的固定化酶TyrVs-CipA催化体系并应用于水解丝素多肽(hydrolysed silk fibroin, HSF)的多巴修饰(DOPA modification)，酶连续催化达7次以上，单次多巴修饰度超过70.00%。进一步研究表明，多巴修饰使HSF对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-trinitrophenylhydrazine, DPPH)自由基与O₂^-自由基清除活性分别提高了507.80%与78.23%。本研究为基于酪氨酸酶的绿色生物染发剂及组织工程生物材料开发提供了技术基础。

摘要:不可自然降解塑料的广泛应用对生态环境的危害日益严峻，塑料高聚物污染物已成为生态环境治理的焦点，其中利用酶等生物法对高聚物进行解聚具有一定优势，不仅反应条件温和，解聚产物还可以进行回收进入再循环。本研究使用4-硝基丙酰苯胺为模式底物，对实验室建立的塑料解聚酶库进行筛选，获得了一个来源于红色亚栖热菌(Meiothermus ruber)的能水解酰胺键的α/β水解酶MrABH，将其在大肠杆菌中进行表达，并利用亲和层析技术纯化获得了纯度较高的酶，对其催化性质、酶学性质以及催化聚酰胺的产物进行了研究，发现MrABH在pH 8.0–10.0都有良好的稳定性，其最适pH为9.0，最适温度为30 ℃；动力学分析表明其对酯键和酰胺键的催化效果相近，MrABH能解聚尼龙6 (polyamide 6, PA6)和尼龙66 (polyamide 66, PA66)生成单体和寡聚物，未来有望应用于聚酰胺的生物解聚和再循环利用。

摘要:谷氨酸棒杆菌是支链氨基酸工业生产的主力菌，乙酰羟酸合酶(acetohydroxyacid synthase, AHAS)是支链氨基酸合成的关键酶，强化AHAS的表达是提高菌种水平的关键手段。然而目前还未实现高效调控AHAS，本研究首先基于前期开发的靶基因表达调控报告系统，从6个组成型强启动子中筛选乙酰羟酸合酶编码基因ilvBN的高效表达启动子，成功获得P_gpmA*启动子，表达强度是P_ilvBN天然启动子的23.3倍。其次，在P_gpmA*启动子基础上，构建并通过平板荧光成像初步筛选了3种人工合成核糖体结合位点(ribosome binding site, RBS)文库，发现“R₍₉₎N₍₆₎”为优势的突变文库，通过进一步的孔板复筛，成功获得36个不同的强度增强的RBS突变体，最高强度可达天然启动子P_ilvBN的62.3倍。最后，选择P_gpmA*启动子分别组合3种RBS(野生型、RBS18和RBS36)调控ilvBN^S155F的表达生产L-缬氨酸，L-缬氨酸产量随着表达调控元件强度的增强而提高，分别为1.17、1.38、2.29 g/L。在RBS18调控的基础上进一步组合ilvC过表达，L-缬氨酸产量可达7.57g/L。本研究获得的AHAS表达调控元件库，可为改造AHAS生产L-缬氨酸等支链氨基酸提供丰富元件，并为其他关键酶的表达调控提供思路和方法借鉴。

摘要:红景天苷是一种在食品、医药等领域应用广泛的功能性成分，其传统生产方法为植物提取，原料成本高昂且提取过程繁琐。本研究通过生物合成法，以酪醇为底物高效生产红景天苷。在利用糖基转移酶实现酪醇糖基化的同时，引入蔗糖合酶构建尿苷二磷酸葡萄糖(uridine diphosphate glucose, UDPG)循环再生系统。通过比较，筛选出糖基转移酶UGT33以及蔗糖合酶AtSUS，构建重组大肠杆菌(Escherichia coli) BL21/pETDuet-AtSUS-UGT33，并针对基因的拷贝数进行了优化，确定糖基转移酶与蔗糖合酶的最优拷贝数比例为3:1。进一步对重组菌株的全细胞催化条件进行优化，在最适反应温度、pH、菌体量、底物浓度、适量金属离子的最优反应条件下，在5 L发酵罐转化24 h，红景天苷最高产量达到8.17 g/L。本研究为利用微生物高效生产红景天苷提供了一定的参考意义。

摘要:1,4-丁二醇是一种重要的中间体，广泛应用于化工、农业、医药等领域。本研究将酶工程和代谢工程相结合，构建了一条以葡萄糖为底物生产1,4-丁二醇的新途径。首先，通过数据库挖掘设计了一条包含α-酮酸脱羧酶(α-ketoglutarate decarboxylase, SucA)、羧酸还原酶(carboxylate reductase, Car)、乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase, YqhD)的新型催化途径，引入底盘细胞W3110 (K-12)后，实现了1,4-丁二醇的从头合成。为进一步提高该路径的合成效率，敲除了乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase A, LdhA)、丙酮酸甲酸裂解酶(pyruvate formate lyase B, PflB)基因，阻断旁路代谢途径；强化表达柠檬酸合酶(citrate synthase, GltA^R163L)，增加α-酮戊二酸代谢通量；强化底盘细胞中关键辅酶NADPH合成量并替换强启动子强化sucA、car、yqhD基因表达量，改善了1,4-丁二醇合成前体的供给效率。最终，重组菌株摇瓶发酵48 h最高合成770 mg/L的1,4-丁二醇，在5 L发酵罐上发酵60 h ，1,4-丁二醇产量达4.22 g/L，得率为12.46 mg/g葡萄糖。本研究设计了一条新的1,4-丁二醇从头合成路径，与已报道的路径相比，该路径无需乙酰辅酶A参与，避免了副产物乙酸的积累，同时避免了氨的添加，为代谢工程改造生产1,4-丁二醇及其高附加值衍生产品提供了一种新的思路。

摘要:D-甘露糖是一种在食品、医疗、化妆品等领域具有很大经济价值和应用价值的天然己糖。但是目前大部分生物合成法都是以大肠杆菌作为宿主，生产过程中存在安全性问题，对后续应用产生了诸多限制。本研究通过比较多个来源的甘露糖异构酶的酶学性质，筛选出最优来源甘露糖异构酶。以食品安全级菌株枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) 168为底盘细胞，将最优来源的甘露糖异构酶进行异源表达，获得了重组菌株B. subtilis 168/pMA5-EcMIaseA，用于以D-果糖为底物全细胞催化高效合成D-甘露糖。通过优化转化温度、pH、底物浓度等条件，提高其转化合成D-甘露糖的效率。结果表明，重组枯草芽孢杆菌B. subtilis 168/pMA5-EcMIaseA在最适转化条件下进行5 L发酵罐全细胞转化，分别以500 g/L果糖和600 g/L果糖为底物，转化6 h后D-甘露糖的产量分别为138.74 g/L和163.30 g/L，转化率分别达到27.75%和27.22%，这是目前报道的以食品级菌株进行D-甘露糖生产的最高产量。本研究为D-甘露糖的工业化安全生产及应用奠定了重要基础。

摘要:己糖激酶是血糖检测中的重要诊断试剂，因此对其酶活和热稳定性要求较高。目前国内己糖激酶主要依赖进口，大多是酵母来源酶，其价格昂贵且存在热稳定性较差等问题，限制了国内血糖诊断试剂的开发。因此，当前亟待实现高活性、高热稳定性己糖激酶的高效表达。本研究在大肠杆菌(Escherichia coli) BL21(DE3)中异源表达了一种来源于嗜热菌的ATP依赖型己糖激酶(glucokinase, Glk)，发现其对葡萄糖特异性高、依赖Mg²⁺，最适pH和温度分别为8.5和80 ℃，在30-37 ℃下保存7 d后酶活保留90%以上，属于热稳定的偏碱性葡萄糖激酶。随后系统优化了Glk表达的培养基、诱导时机、诱导剂终浓度、诱导温度、诱导时长等因素，优化后Glk表达量相比于优化前提高了4.71倍。Glk纯化后，比酶活达到(43.05±2.00) U/mg，纯度达到95%以上。本研究开发的高热稳定己糖激酶的表达和纯化方法，为突破血糖诊断试剂制备中的短板提供了更多可能性和发展空间。

摘要:灵芝作为历史悠久的食药两用型真菌，其药用价值主要源自灵芝三萜这一主要活性物质，灵芝三萜具有抗肿瘤、抗氧化等药理活性。本研究旨在建立高效液态发酵生产灵芝三萜的技术体系。针对传统深层发酵和振荡-静置两阶段培养的局限性，利用振荡-静置循环培养工艺，结合遗传算法构建人工神经网络模型进行优化。在优化条件下，液态发酵高产灵芝三萜的最佳培养方式为振荡2.8 d-静置7.3 d-振荡0.2 d-静置0.3 d。此条件下，灵芝三萜含量达到20.82 mg/g，灵芝酸得率为129.09 mg/L，与Z10J0相比提高了324.78%，且培养周期缩短至10.6 d。同时，该培养方式下菌丝体具有较好的抗肿瘤活性和抗氧化活性。本研究开发了一种经济有效的液态发酵培养方式，可简化工艺流程、缩短发酵周期并有效改善传统培养方式的弊端；同时为液态发酵高产灵芝三萜的规模化应用提供了参考，具有广阔的应用前景。

摘要:L-色氨酸是人体中不可或缺的必需氨基酸，由于其广泛的应用和国内外巨大的需求，L-色氨酸已成为备受关注的研究和产业发展方向。尽管非理性诱变育种策略是一种开发工业菌株的有效手段，但是如何筛选具有理想表型的菌株依然是一个重大挑战。为了提高筛选L-色氨酸高产菌株的效率与准确性，本研究通过常压室温等离子体诱变构建随机突变文库，并结合深孔板高通量筛选，基于能够特异性响应L-色氨酸的拟荧光蛋白传感器从随机突变文库中成功筛选出一株L-色氨酸高产菌株，其产量在摇瓶中达到1.99 g/L，较出发菌株提高了41.77%。还通过基因组与转录组的比较组学分析，进一步对菌株的高产机理进行了解析。本研究基于常压室温等离子体诱变和高通量筛选策略，成功筛选出L-色氨酸高产菌株，为后续进一步选育和开发相关优质的L-色氨酸生产菌株资源提供了坚实的研究基础。

摘要:为了给肠侵袭性大肠杆菌(enteroinvasive Escherichia coli, EIEC)的预防与治疗提供资源和参考，对EIEC噬菌体进行生物学特性和基因组分析。以实验室冻存的EIEC为宿主菌，从浙江湖州某养鸡场的环境污水样品中分离得到一株噬菌体，命名为ΦEP1。采用双层琼脂平板法测定噬菌体的效价以及最佳感染复数、一步生长曲线、温度、pH值、氯仿和胆盐敏感性等生物学特性，对噬菌体进行透射电镜检查以观察其形态，测试其在不同食品基质中的生物防治效果以及对Caco-2细胞的保护作用。结果表明，ΦEP1的最佳感染复数为0.1，效价为1.3×10¹⁰ PFU/mL。噬菌体对温度、pH、氯仿以及胆盐的耐受性均较强，具有较广的裂解谱，对多株不同血清型的多重耐药致病大肠杆菌和志贺氏菌均表现出裂解活性。噬菌体的潜伏期为10 min，爆发期为80 min，爆发量为48 PFU/cell。透射电镜观察显示噬菌体ΦEP1属于尾病毒目，同时对Caco-2细胞有良好的保护作用。噬菌体ΦEP1的基因组大小为87 182 bp，GC含量为39.80%，含有128个推定的开放阅读框(open reading frame, ORF)，不含耐药基因和毒力因子。ΦEP1能显著抑制人工污染牛奶和牛肉中EIEC的增长，在细胞保护性实验中能有效消杀EIEC，显著提高Caco-2细胞的存活率，减少细胞因子白细胞介素6 (interleukin-6, IL-6)和白细胞介素1β (interleukin-1β, IL-1β)的表达，使得炎症水平下调。本研究所得的肠侵袭性大肠杆菌噬菌体效价较高，对环境的耐受性较强，为噬菌体在食品保鲜等领域应用提供依据。

摘要:价值塑造与创新能力提高是研究生课程教学的两个重要目标。“生物催化与酶工程”是生物工程专业研究生学科核心课程，教学团队探索建立“双驱双导”新型教学模式，即以“双驱”(价值驱动+创新驱动)为牵引，将专业素养与行业使命、工程伦理、科学家精神相融合，将理论教学与学科前沿、产业案例、工程实习实践相结合，将课程考核与主题演讲、小组互评、综述论文相整合，实现“双导”(导思想+导能力)教学目标，有效提升研究生的价值认同、创新意识、工程思维能力及解决实际工程问题的能力。

摘要:根据“十四五”生物经济发展规划，生物技术成为促进未来发展的有效力量。目前，全国有220多所高校和科研院所具有生物工程类专业硕士学位授予权，因此，如何培养能够服务国家生物经济创新驱动发展的拔尖创新型人才受到广泛关注。近年来，江南大学微生物制造工程研究中心通过搭建多元化的育人平台、建设高水平的师资队伍、创新科研实践管理机制，逐步形成了“构建课程体系-围绕重大项目-组建导师团队”多方位全过程的研究生创新能力培养新理念与新方法。前期育人成效表明，该模式全面提升了生物工程类研究生的工程创新力和学术创新力。

摘要:新工科背景下专业课程教学改革是高等院校培养新工科专业型人才和落实“立德树人”根本任务的重要途径。“发酵工程原理”是生物类和食品类专业的核心课程，教学内容具有极强的科学性、实践性和历史性，是大学生专业课程教学改革与实践的优质载体。本文以河北农业大学食品科学与工程专业“发酵工程原理”课程为例，探究产学研联动模式下专创融合教学改革与实践路径，从教学内容、教学方式、评价方法等多个维度，构建了“成果导向、以赛代考、以研促学”的“产、学、研”三位一体教学新模式，实现了专业教学与创新创业教育的有机融合，为新工科背景下专业教学改革和专业型人才培养奠定基础。

摘要:在新工科背景下，提升高等教育生物类大学生的创新能力势在必行。本文以杭州师范大学生命与环境科学学院为例，立足于问卷调查分析获得的生物类本科生的创新能力现状，通过实践教学创新、科研导师制构建、“科教产教”双融合等方式，探索基于成果导向教育(outcome-based education, OBE)理念驱动生物类专业的实践教学改革。在此基础上，利用威廉斯创造力量表开展实证研究，明确基于OBE导向的实践教学改革能够显著促进学生的创造力发展，为提升学生的创新能力奠定基础，也为高校生物类创新人才培养提供参考。

摘要:近年来，人工智能赋能合成生物学迅速发展，特别是在蛋白质结构模拟与预测、调控元件与代谢网络设计与优化等方面展现了巨大的潜力。加强人工智能融入“合成生物学”课程的教学，顺应合成生物学前沿发展趋势，将有效推动多学科高水平复合型人才培养与协同创新。本文从构建多学科融合的课程内容体系与教学模式、兼顾人工智能基础及其在合成生物学的应用、培养自主学习与创新实践能力、加强人工智能相关的科技伦理教育等方面，阐述了人工智能融入“合成生物学”课程的教学理念。在此基础上，从人工智能基础的补充、人工智能融入“合成生物学”的课堂教学内容、人工智能融入实验教学内容这三个方面，设计了人工智能与“合成生物学”课程内容融合的体系。进而结合教学理念与内容构设，并以江南大学“合成生物学”课程为例，阐述了多学科交叉背景下人工智能融入课程的建设路径。最后，对于教学的预期成效进行了展望。

摘要:合成生物学(Synthetic Biology)作为一门新兴学科，广受关注且发展迅速，深刻影响着整个生命科学及工程技术领域的发展。与此同时，随着新工科建设的发展，加快培养复合型创新人才是对我国高等教育提出的新任务和新使命。在合成生物学蓬勃发展的背景下，华东理工大学组建了以微生物药物发现和生物制造为核心内容的“合成生物学课程群”。授课团队首先对合成生物学相关的上下游课程体系进行了梳理，随后在原有课程基础上，扩充了合成生物学系列核心课程，课程群不仅涵盖了合成生物学的学科理论和前沿技术，同时锚定了上下游学科。此外，课程群还依托国家重点实验室的国内外名师讲座，并利用学科创新引智基地(“111计划”)雄厚的海外教授资源，致力于提高学生的创新能力。在课程群及授课团队的助力下，学生不仅积极参加合成生物学国际基因工程机器大赛(international genetic engineering machine competition, iGEM)并连续获奖，而且有多人申请专利并参与发表科研论文等。组建合成生物学课程群为培养具有创新能力的复合型人才提供一定的示范。

摘要:

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