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新工科背景下高校生物安全人才培养体系建设

生物工程学报 2022年第5期38卷 2003-2011页

作者：宋馨宇宋洁张卫文天津大学生物安全战略研究中心天津300072 教育部合成生物学前沿科学中心天津300072 教育部系统生物工程重点实验室天津300072 天津大学化工学院合成微生物学实验室天津300072 天津大学法学院天津300072

近年来,全球生物安全形势日趋严峻,重大传染病疫情、生物技术误用和谬用、生物武器等生物安全威胁不断显现,生物安全已跃升为我国国家安全的重要组成部分;而与此同时,生物安全作为一门新兴的交叉型学科,其教育体系的建立与完善还处于起... 详细信息

近年来,全球生物安全形势日趋严峻,重大传染病疫情、生物技术误用和谬用、生物武器等生物安全威胁不断显现,生物安全已跃升为我国国家安全的重要组成部分;而与此同时,生物安全作为一门新兴的交叉型学科,其教育体系的建立与完善还处于起步阶段。受国内外生物安全形势、生物安全产业发展以及国家安全学学科设立的影响,凸显了我国在生物安全这一交叉领域的人才储备的短板和不足。尤其在新工科建设背景下,更加显现出生物安全人才培养的重要性。本文根据作者在实际教学中的经验,从建立交叉融合课程体系、构建创新性教学模式、探索通识教育改革方案和完善持续改进机制等几个方面,系统介绍了新工科背景下完善生物安全领域人才体系的具体措施。

关键词：生物安全新工科人才培养体系优化

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两株绿脓杆菌对石油污染土壤的修复作用

生物工程学报 2017年第6期33卷 957-967页

作者：黄磊赵婷婷贺赟刘一琳刘畅靳大耀贾晓强天津大学化工学院生物工程系系统生物工程教育部重点实验室天津300072

本文旨在研究环境条件下微生物对石油污染土壤的修复情况。从矿井周边土样定向筛选出两株绿脓杆菌,摇瓶降解实验发现,两菌混合培养10 d原油降解率达到95.67%,比单菌培养提高至少32%,即两菌对原油降解具有协同作用。根据降解实验结果制... 详细信息

本文旨在研究环境条件下微生物对石油污染土壤的修复情况。从矿井周边土样定向筛选出两株绿脓杆菌,摇瓶降解实验发现,两菌混合培养10 d原油降解率达到95.67%,比单菌培养提高至少32%,即两菌对原油降解具有协同作用。根据降解实验结果制备了混合修复菌剂,并且人工构建石油污染场地,展开中试场地修复试验,模拟不同的操作条件下土壤中原油的降解情况。经60 d修复发现,添加了菌剂的场地,石油烃含量下降趋势明显,每克土壤中石油烃含量从初始的0.8%降至0.1%–0.3%,其中额外添加有机肥作为补充碳氮源的场地,总石油烃降解率最高,达到85.28%。而未添加菌剂的对照组石油烃含量仅减少25.85%。

关键词：石油污染生物修复混合菌剂协同作用场地试验

海藻糖和氨基酸之间相互作用的分子动力学模拟

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物理化学学报 2014年第7期30卷 1239-1246页

作者：白姝常颖刘小娟刘夫锋天津大学化工学院生物工程系系统生物工程教育部重点实验室天津300072 天津化学化工协同创新中心天津300072

虽然海藻糖已经广泛用于蛋白质稳定性研究,但海藻糖稳定蛋白质的作用机理尚不清晰.本文利用全原子分子动力学模拟研究了20种常见氨基酸和海藻糖之间的分子机理.结果表明,所有氨基酸,尤其是极性和带电氨基酸,均优先与水分子结合.相反,仅... 详细信息

虽然海藻糖已经广泛用于蛋白质稳定性研究,但海藻糖稳定蛋白质的作用机理尚不清晰.本文利用全原子分子动力学模拟研究了20种常见氨基酸和海藻糖之间的分子机理.结果表明,所有氨基酸,尤其是极性和带电氨基酸,均优先与水分子结合.相反,仅有疏水性氨基酸与海藻糖发生相互作用,尤其是芳香族和疏水性氨基酸的侧链更易于和海藻糖接触.所有氨基酸的主链与水分子接触的趋势一致.虽然氨基酸和海藻糖与水之间均形成氢键,但氨基酸和海藻糖之间的氢键相互作用要弱于氨基酸和水之间的氢键相互作用.上述分子模拟的结果对于海藻糖稳定蛋白质作用机理的解析及高效蛋白质稳定剂的理性设计具有非常重要的理论指导意义.

关键词：海藻糖渗透剂分子动力学模拟蛋白质稳定性氢键

谷氨酸棒状杆菌异源合成萜类化合物的研究进展

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中国生物工程杂志 2019年第6期39卷 91-96页

作者：徐硕卢文玉天津大学化工学院生物工程系系统生物工程教育部重点实验室天津化学化工协同创新中心合成生物学平台

萜类化合物具有可观的商业价值,但生产过程复杂,产量低,利用微生物异源合成萜类化合物已成为热点。谷氨酸棒状杆菌内含合成萜类色素的途径,具有异源合成萜类化合物的天然优势和研究前景。首次对谷氨酸棒状杆菌合成萜类化合物进行了综述... 详细信息

萜类化合物具有可观的商业价值,但生产过程复杂,产量低,利用微生物异源合成萜类化合物已成为热点。谷氨酸棒状杆菌内含合成萜类色素的途径,具有异源合成萜类化合物的天然优势和研究前景。首次对谷氨酸棒状杆菌合成萜类化合物进行了综述,从萜类合成途径、关键酶和全局调控机制三个方面进行了途经介绍。概述了谷氨酸棒状杆菌中单萜、倍半萜、四萜类化合物的异源合成,并对利用谷氨酸棒状杆菌高效合成萜类化合物所需解决的问题进行讨论,为谷氨酸棒状杆菌高效合成萜类化合物提供建议。

关键词：谷氨酸棒状杆菌萜类异源合成

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光合微生物混菌体系的应用和研究进展

生物工程学报 2020年第4期36卷 652-665页

作者：张丽宋馨宇陈磊张卫文天津大学化工学院合成微生物学实验室天津300072 教育部合成生物学前沿研究中心天津300072 教育部系统生物工程重点实验室天津300072 天津大学生物安全战略研究中心天津300072

光合微生物与其他异养微生物混菌共培养是近年来的研究热点,该体系弥补了光合微生物纯培养时易染菌、不稳定等缺陷,在污水处理、土壤改善、生物降解有害物质、生产高附加值产物方面拥有广阔的应用前景。文中通过系统总结天然和人工光合... 详细信息

光合微生物与其他异养微生物混菌共培养是近年来的研究热点,该体系弥补了光合微生物纯培养时易染菌、不稳定等缺陷,在污水处理、土壤改善、生物降解有害物质、生产高附加值产物方面拥有广阔的应用前景。文中通过系统总结天然和人工光合微生物混菌体系的研究进展,探究人工构建的光驱动混菌体系的基础理论和应用前景,为进一步利用合成生物学等前沿技术理性改造基于光合微生物的混菌培养系统提供科学依据。

关键词：光合微生物混菌体系环境工程细胞工厂相互作用

电活性微生物基因编辑与转录调控技术进展与应用

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合成生物学 2023年第6期4卷 1281-1299页

作者：陈雅如曹英秀宋浩天津大学化工学院天津300072 天津大学合成生物学前沿科学中心系统生物工程教育部重点实验室天津300072

电活性微生物通过胞外电子传递通路与胞外电子受体/供体进行双向电子交换,产生或吞噬电流。电活性微生物已广泛应用于微生物电化学技术领域,涵盖了元素的生物地球化学循环、环境污染的生物处理与电能生产、生物传感、微生物冶金以及化... 详细信息

电活性微生物通过胞外电子传递通路与胞外电子受体/供体进行双向电子交换,产生或吞噬电流。电活性微生物已广泛应用于微生物电化学技术领域,涵盖了元素的生物地球化学循环、环境污染的生物处理与电能生产、生物传感、微生物冶金以及化学品的微生物电合成等多个领域,成为全球环境保护和低碳经济的研究热点。然而,这些微生物在实际应用中仍面临较大局限,如微生物燃料电池的输出功率密度存在一定的上限、微生物电合成技术中的CO_(2)还原速率尚未达到理想水平等。为了克服这些限制性因素,需要通过高效的基因编辑和转录调控策略来改变电活性微生物的遗传特性,提高其双向电子传递效率。本文首先总结了模式电活性微生物(希瓦氏菌和地杆菌)和其他代表性电活性微生物的基因编辑方法和利用CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeat)技术实现转录调控的策略。在基因编辑方面,涵盖了(CRISPR辅助的)同源重组、碱基编辑等方法;而在转录调控方面,包括了CRISPR介导的抑制和激活。此外,对于多基因编辑和调控的策略也进行了深入探讨。其次,综述了这些技术在环境、能源领域中的应用,包括微生物燃料电池、污染物生物处理和修复等。最后,讨论了目前电活性微生物工程改造所面临的挑战和未来的发展方向。

关键词：电活性微生物基因编辑转录调控 CRISPR 胞外电子传递

体外合成生物学:无细胞蛋白合成系统研究进展

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科学通报 2017年第33期62卷 3851-3860页

作者：刘阳郭小翠耿金慧焦毅韩金鹏张志昆周晓仰大勇天津大学化工学院系统生物工程教育部重点实验室天津化学化工协同创新中心天津300350

合成生物学是近年来融合生物、化学和工程等学科的新兴交叉研究领域,推动人类由理解生命到创造生命的革新.体外合成生物学不依赖生命体,在试管等媒介中研究生命活动和规律,是合成生物学重要的前沿领域.作为体外合成生物学最重要的研究平... 详细信息

合成生物学是近年来融合生物、化学和工程等学科的新兴交叉研究领域,推动人类由理解生命到创造生命的革新.体外合成生物学不依赖生命体,在试管等媒介中研究生命活动和规律,是合成生物学重要的前沿领域.作为体外合成生物学最重要的研究平台,无细胞蛋白合成系统利用外源DNA或mRNA直接在体外合成目标蛋白质,不依赖于细胞结构,突破传统生物方法的局限,具有简便、快速、可控性强和绿色经济等优点,同时为理解生命进化和人工创造生命系统提供了重要的研究模型.本文综述了无细胞蛋白合成系统的发展历程、组成、类型、优势等,并对其在高通量蛋白质和药物合成方面的应用进行了总结.

关键词：合成生物学无细胞蛋白合成高通量蛋白合成蛋白药物

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人工合成多样性突变文库研究进展

中国生物工程杂志 2019年第11期39卷 113-122页

作者：王兆官吴洋齐浩天津大学化工学院系统生物工程教育部重点实验室天津化学化工协同创新中心合成生物学平台

突变文库的构建是定向进化研究过程中一个关键步骤,主要利用天然存在的系统或者人工合成的分子技术来产生多样性核酸分子文库,为制备和筛选具有一定特性的蛋白酶、多肽、人工抗体等提供庞大的遗传基因库,也可用于合成生物学中相关基因... 详细信息

突变文库的构建是定向进化研究过程中一个关键步骤,主要利用天然存在的系统或者人工合成的分子技术来产生多样性核酸分子文库,为制备和筛选具有一定特性的蛋白酶、多肽、人工抗体等提供庞大的遗传基因库,也可用于合成生物学中相关基因元件的研究与筛选,为目标生物制品的高效工业化生产提供动力。随着对突变文库构建技术研究的日益深入,各种文库构建策略相继被开发出来,并在生物能源、生物化工、生物医药、生物试剂和食品工业等方面得到了广泛的应用。然而,定向进化中的文库构建策略多有不同,各种突变文库构建技术的核心方法也在不断创新。主要介绍近年来实验室中人工合成多样性文库的前沿技术,并对文库构建技术在自动化和智能化方向的发展进行了展望。

关键词：定向进化体外突变人工合成基因文库

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核糖核酸调节子的构建与即时检测中的应用

中国生物工程杂志 2022年第9期42卷 67-82页

作者：梁书瑞李娇娇齐浩天津大学化工学院系统生物工程教育部重点实验室天津化学化工协同创新中心合成生物学平台天津300072

合成生物学专注于可重复利用模块和元件的工程化设计,并在生物系统中表现出良好的行为和功能。在无细胞蛋白表达系统中,核糖核酸调节子作为即时检测中的重要传感元件,通过靶标分子的诱导使其自身结构发生变化,进而调控下游基因的表达。... 详细信息

合成生物学专注于可重复利用模块和元件的工程化设计,并在生物系统中表现出良好的行为和功能。在无细胞蛋白表达系统中,核糖核酸调节子作为即时检测中的重要传感元件,通过靶标分子的诱导使其自身结构发生变化,进而调控下游基因的表达。系统介绍不同类型的核糖核酸调节子及其作用原理,包括一代核糖核酸调节子、toehold开关、功能拓展的核糖核酸调节子和核糖开关。详细阐明构建核糖核酸调节子的设计-测试-分析过程:计算机辅助设计、基因表达测试和结构功能化分析。汇总基于核糖核酸调节子的体外即时检测应用,重点总结toehold开关介导的病原菌核酸检测和核糖开关参与的小分子检测。讨论当前无细胞即时检测的特点、挑战和发展趋势,为开发新型核糖核酸调节子和即时检测工具提供思路和参考。

关键词：核糖核酸调节子 Toehold开关核糖开关无细胞蛋白表达即时检测