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面向生物合成的代谢工程策略设计

中国科学院院刊 2018年第11期33卷 1166-1173页

作者：马红武陈修来袁倩倩刘立明孙际宾江南大学食品科学与技术国家重点实验室江南大学粮食发酵工艺与技术国家工程实验室

代谢工程研究的主要目的是通过改造菌株代谢网络,高效地合成目的产品。由于细胞代谢网络的复杂性,从数千个代谢反应及其调控回路中找到合适的改造靶点非常困难,往往要经过反复试差才能成功。通过对大规模代谢网络的计算分析,设计出特定... 详细信息

代谢工程研究的主要目的是通过改造菌株代谢网络,高效地合成目的产品。由于细胞代谢网络的复杂性,从数千个代谢反应及其调控回路中找到合适的改造靶点非常困难,往往要经过反复试差才能成功。通过对大规模代谢网络的计算分析,设计出特定生物产品的最优合成途径,可以帮助人们找出合适的代谢工程改造策略,减少改造过程的盲目性,更快更好地得到生物合成菌株。文章重点讨论两个问题:(1)如何设计代谢网络来合成原来不能合成的产品并提高产品得率,介绍了基于代谢网络计算分析的代谢工程设计方法;(2)如何设计菌株实现酶反应的精准调控,介绍了通过设计基因回路动态调控代谢途径流向的动态代谢工程研究新进展。

关键词：计算设计代谢工程生物合成动态调控代谢网络合成生物学

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酶法转化生产α-酮酸的研究进展

生物工程学报 2019年第7期35卷 1193-1205页

作者：张权宋伟张灿裴杉杉陈修来刘佳罗秋玲刘立明江南大学食品科学与技术国家重点实验室江苏无锡214122 江南大学药学院江苏无锡214122 无锡宸明生物科技有限公司江苏无锡214122

α-酮酸是一种同时含有羧基和酮基的双官能团有机化合物,广泛应用于食品、药品和化妆品等行业。为了满足环境友好、安全高效和可持续发展的社会要求,利用酶转化法生产α-酮酸受到人们的广泛关注。文中从酶的筛选、酶的改造以及酶的转化... 详细信息

α-酮酸是一种同时含有羧基和酮基的双官能团有机化合物,广泛应用于食品、药品和化妆品等行业。为了满足环境友好、安全高效和可持续发展的社会要求,利用酶转化法生产α-酮酸受到人们的广泛关注。文中从酶的筛选、酶的改造以及酶的转化条件优化3个方面介绍丙酮酸、α-酮戊二酸、酮亮氨酸、酮缬氨酸、苯丙酮酸和酮蛋氨酸酶法合成的研究状况,并展望了α-酮酸进一步高效生产的发展方向。

关键词： α-酮酸酶转化蛋白质工程

三酶级联催化L-苏氨酸生产L-2-氨基丁酸

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生物工程学报 2020年第4期36卷 782-791页

作者：付妍张君轩付雪蓉解雨晨任泓宇刘佳陈修来刘立明江南大学食品科学与技术国家重点实验室江苏无锡214122 江南大学生物工程学院江苏无锡214122 江南大学工业生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122

L-2-氨基丁酸(L-ABA)是一种重要的化工原材料和手性医药中间体,为了实现L-ABA的高效生产,本研究在大肠杆菌EscherichiacoliBL21(DE3)中分别表达大肠杆菌来源的苏氨酸脱氨酶(Threonine deaminase,TD)、苏云金芽孢杆菌来源的亮氨酸脱氢酶(... 详细信息

L-2-氨基丁酸(L-ABA)是一种重要的化工原材料和手性医药中间体,为了实现L-ABA的高效生产,本研究在大肠杆菌EscherichiacoliBL21(DE3)中分别表达大肠杆菌来源的苏氨酸脱氨酶(Threonine deaminase,TD)、苏云金芽孢杆菌来源的亮氨酸脱氢酶(Leucine dehydrogenase,LDH)和博伊丁假丝酵母来源的甲酸脱氢酶(Formatedehydrogenase,FDH),构建体外级联酶催化反应实现L-苏氨酸向L-ABA的转化,体系中TD、LDH和FDH添加最适比例为1∶1∶0.2。为了简化生产工艺,将3种酶在一株菌E. coli 3FT+L中共表达并实现上述配比,在30 L发酵罐中用E. coli 3FT+L全细胞转化12 h,L-ABA的产量为68.5 g/L,底物L-苏氨酸的摩尔转化率达到99.0%。该工艺路线绿色高效,为未来大规模生产L-ABA提供借鉴。

关键词： L-2-氨基丁酸三酶级联共表达重组菌全细胞转化 L-苏氨酸

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人工代谢路径适配性的研究进展

化工进展 2021年第3期40卷 1252-1261页

作者：郭亮高聪张丽陈修来刘立明江南大学食品科学与技术国家重点实验室江苏无锡214122 江南大学工业生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122 盐城工学院海洋与生物工程学院江苏盐城224051

微生物细胞工厂以可再生资源为原料,实现了大宗化学品和天然产物的可持续生产,并有望替代石油化工炼制和动植物提取。剪接天然或人工代谢路径是构建微生物细胞工厂的基础。然而,剪接代谢路径造成的代谢流扰动,导致微生物细胞工厂的适配... 详细信息

微生物细胞工厂以可再生资源为原料,实现了大宗化学品和天然产物的可持续生产,并有望替代石油化工炼制和动植物提取。剪接天然或人工代谢路径是构建微生物细胞工厂的基础。然而,剪接代谢路径造成的代谢流扰动,导致微生物细胞工厂的适配性差,降低了微生物细胞工厂的生产性能。提高人工代谢路径之间的适配性,以及人工代谢路径与底盘微生物细胞之间的适配性,将是改善微生物细胞工厂生产性能的关键。本文从强化与平衡人工代谢路径的代谢通量,解除人工代谢路径与底盘细胞内源代谢路径的交互作用,以及强化人工代谢路径与底盘细胞整体代谢网络的适配性层面,对提高微生物细胞工厂适配性的研究现状进行介绍。开发高效的多重适配性调控策略,在细胞水平重置代谢路径的适配性与提高微生物细胞对代谢产物的适配性,将是未来的研究重点。

关键词：微生物细胞工厂适配性系统代谢工程合成生物学调控策略

高产3-羟基丁酮解淀粉芽孢杆菌的选育及发酵优化

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生物工程学报 2018年第5期34卷 803-811页

作者：王诗卉罗秋玲刘佳刘立明陈修来江南大学食品科学与技术国家重点实验室江苏无锡214122 江南大学工业生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122 江南大学粮食发酵工艺与技术国家工程实验室江苏无锡214122

3-羟基丁酮(Acetoin)作为一种重要的食用香料和平台化合物被广泛应用于医药、食品等领域。为改善解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens的3-羟基丁酮生产能力,采用常压室温等离子体(ARTP)和^(60)Coγ射线进行复合诱变,以3-羟基丁酮... 详细信息

3-羟基丁酮(Acetoin)作为一种重要的食用香料和平台化合物被广泛应用于医药、食品等领域。为改善解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens的3-羟基丁酮生产能力,采用常压室温等离子体(ARTP)和^(60)Coγ射线进行复合诱变,以3-羟基丁酮产量为分析指标,筛选获得最优突变株*** H-5,3-羟基丁酮产量为68.2 g/L。为进一步实现3-羟基丁酮的高效生产,对此突变株进行5 L发酵罐水平的培养条件优化,并于30 L发酵罐上进行放大培养,最终3-羟基丁酮产量达85.2 g/L,较出发菌株*** FMME088提高了26.8%。上述研究结果表明,ARTP和^(60)Coγ射线复合诱变能够有效获得高产菌株,该突变株具有较高的工业化微生物发酵生产3-羟基丁酮的潜能。

关键词：解淀粉芽孢杆菌 3-羟基丁酮常压室温等离子体 ^60Coγ射线发酵条件优化

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微生物细胞工厂碳流调控进展

化工进展 2021年第12期40卷 6807-6817页

作者：高聪郭亮胡贵鹏陈修来刘立明江南大学食品科学与技术国家重点实验室江苏无锡214122 江南大学药学院江苏无锡214122

随着代谢工程技术的进步,越来越多微生物细胞工厂可用于化学品发酵生产。微生物细胞生产化学品具有生产条件温和、环境友好等优势,是实现化学品绿色可持续生产的重要手段。为了提高微生物细胞工厂的产量、得率和生产强度,传统代谢工程... 详细信息

随着代谢工程技术的进步,越来越多微生物细胞工厂可用于化学品发酵生产。微生物细胞生产化学品具有生产条件温和、环境友好等优势,是实现化学品绿色可持续生产的重要手段。为了提高微生物细胞工厂的产量、得率和生产强度,传统代谢工程手段主要采用基因过表达或基因敲除方式增大目标代谢路径碳代谢流。然而由于代谢流调控精度不足,易导致细胞生产能力下降。本文主要针对微生物细胞工厂碳流调控中存在的瓶颈问题,从代谢流改造靶点选择、细胞生长与产物合成碳流平衡、副产物路径与产物合成竞争、产物合成效率强化四个角度,系统综述微生物细胞工厂碳代谢流调控的最新进展。并从高精度、仿生学、智能化、多任务、快响应调控工具的设计出发,对未来微生物细胞工厂的发展趋势进行展望。

关键词：微生物细胞工厂系统代谢工程合成生物学代谢流调控策略

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微生物代谢路径的优化与调控

生物加工过程 2017年第5期15卷 1-8页

作者：陈修来高聪刘佳罗秋玲刘立明江南大学食品科学与技术国家重点实验室江苏无锡214122 江南大学工业生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122 江南大学食品微生物制造工程实验室江苏无锡214122

代谢路径平衡对化学品、药品和生物燃料的生产具有重要的作用。为了满足工业化生产的需求,维持代谢路径最优平衡是实现代谢流高效化导向目标代谢产物的必要手段。从DNA、RNA、蛋白质和代谢物四个水平,分析归纳了微生物代谢路径的优化与... 详细信息

代谢路径平衡对化学品、药品和生物燃料的生产具有重要的作用。为了满足工业化生产的需求,维持代谢路径最优平衡是实现代谢流高效化导向目标代谢产物的必要手段。从DNA、RNA、蛋白质和代谢物四个水平,分析归纳了微生物代谢路径的优化与调控策略,并展望了代谢路径平衡进一步精深调控的发展方向。

关键词：代谢路径路径优化代谢工程合成生物学

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发酵法生产糖胺聚糖的研究进展

生物加工过程 2017年第5期15卷 40-47页

作者：张权陈修来刘佳罗秋玲刘立明江南大学食品科学与技术国家重点实验室江苏无锡214122 江南大学工业生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122 江南大学食品微生物制造工程实验室江苏无锡214122

糖胺聚糖是一种具有多种生理功能的直链酸性黏多糖,广泛应用于化妆品、保健品和药品等行业。为了满足环境友好、生产安全和可持续发展的社会要求,利用微生物发酵法生产糖胺聚糖越来越受到人们的关注。本文中,笔者在总结糖胺聚糖生物合... 详细信息

糖胺聚糖是一种具有多种生理功能的直链酸性黏多糖,广泛应用于化妆品、保健品和药品等行业。为了满足环境友好、生产安全和可持续发展的社会要求,利用微生物发酵法生产糖胺聚糖越来越受到人们的关注。本文中,笔者在总结糖胺聚糖生物合成路径的基础上,分析归纳了发酵法生产糖胺聚糖的生化工程和代谢工程策略,并展望了糖胺聚糖进一步高效生产的发展方向。

关键词：糖胺聚糖代谢路径生化工程代谢工程

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考虑润滑间隙效应的空间并联机构动力学优化

农业机械学报 2024年第3期55卷 441-451页

作者：陈修龙居硕贾永皓山东科技大学机械电子工程学院青岛266590

为了改善润滑间隙效应引起的空间并联机构动态性能的渐变劣化问题,以3-RRPaR冗余并联机构为研究对象,提出一种考虑润滑间隙效应的空间并联机构动力学优化方法。建立了考虑润滑转动副间隙的3-RRPaR冗余并联机构动力学模型;以优化末端执... 详细信息

为了改善润滑间隙效应引起的空间并联机构动态性能的渐变劣化问题,以3-RRPaR冗余并联机构为研究对象,提出一种考虑润滑间隙效应的空间并联机构动力学优化方法。建立了考虑润滑转动副间隙的3-RRPaR冗余并联机构动力学模型;以优化末端执行器的动力学响应误差和优化间隙关节处的约束反力为目的设置目标函数,通过优化末端执行器质量以及转动惯量的方式来缓解运动副间隙导致的劣化效应,建立了考虑润滑间隙效应3-RRPaR冗余并联机构动力学优化模型;试验验证了所建动力学模型的有效性,对比分析两种目标函数对优化效果的影响以选择最佳优化方式,并分析优化前后考虑润滑间隙效应的空间并联机构动力学特性,结果表明动力学优化使润滑间隙转动副处约束反力峰值降低16.16%,为改善间隙效应提高空间并联机构动态性能提供了理论支撑。

关键词：空间并联机构运动副间隙润滑优化设计

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