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工程微藻的生物安全风险、管控及生物封存

生物工程学报 2024年

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

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... 详细信息

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及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。

关键词：工程微藻前沿生物技术生物安全风险管理生物封存

合成微生物的环境风险防控与检测技术研究进展

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环境科学研究 2024年

作者：孙韬宋洁董姗姗张振华王钰章嫡妮陈磊张卫文天津大学生物安全战略研究中心生态环境部南京环境科学研究所生物多样性与生物安全重点实验室中国科学院天津工业生物技术研究所低碳合成工程生物学重点实验室国家合成生物技术创新中心天津大学化工学院

合成微生物(基因改造、修饰和重建的微生物)在生物制造、疾病诊疗、环境修复等领域展现出巨大应用潜力。与此同时，其规模化应用可能存在环境生物安全风险问题，造成物种入侵、多样性丧失和生态系统破坏等不可预计的后果。为此，本文总... 详细信息

合成微生物(基因改造、修饰和重建的微生物)在生物制造、疾病诊疗、环境修复等领域展现出巨大应用潜力。与此同时，其规模化应用可能存在环境生物安全风险问题，造成物种入侵、多样性丧失和生态系统破坏等不可预计的后果。为此，本文总结了合成微生物环境释放后潜在的生物安全风险，围绕合成生物学建立的环境防御与检测技术展开讨论，并对未来如何更好地避免工程微生物的环境风险问题提出展望。经梳理发现：①合成微生物释放引发的环境风险主要包括危害环境生物安全、水平基因转移及生态位占据和破坏等，这主要与合成微生物改造后的特性及携带的外源片段有关；②通过营养缺陷型或环境敏感型微生物、基因线路、使用非天然元件、限制质粒异源复制等技术可避免合成微生物在环境中的存活或核酸扩散，针对不同微生物的特性可采取相应策略；③分子标记、生物传感、快速核酸检测等针对合成微生物的特异性检测方法，以及微生物条形码与高通量测序等通用性检测技术可用于合成微生物的环境追踪。鉴于此，提出今后重点研究方向，主要包括：①升级高效、稳定型生物封存策略以应对微生物的快速进化；②分析合成微生物的环境生存能力及分级预估其潜在风险；③研究合成微生物与环境生物的互作机制及其对对环境生物的影响；④开发环境消减技术建立以确保合成微生物失控释放后的高效清除。

关键词：合成微生物生物安全环境风险生物技术生物封存

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合成生物学驱动的蓝细菌光合固碳研究及应用

生命科学 2024年

作者：汪浩张芬芳陈磊孙韬张卫文天津大学生物安全战略研究中心教育部合成生物学前沿科学中心教育部系统生物工程重点实验室天津大学化工学院合成微生物学实验室

蓝细菌是一类以CO2为碳源的光能自养微生物，构建以蓝细菌为底盘的人工细胞不仅可以合成高价值产品，还可减少大气中CO2含量，助力“双碳”目标的实现。即便如此，蓝细菌仍存在生长速率较慢、环境胁迫鲁棒性差及化学品产量低等问题。近... 详细信息

蓝细菌是一类以CO2为碳源的光能自养微生物，构建以蓝细菌为底盘的人工细胞不仅可以合成高价值产品，还可减少大气中CO2含量，助力“双碳”目标的实现。即便如此，蓝细菌仍存在生长速率较慢、环境胁迫鲁棒性差及化学品产量低等问题。近些年，合成生物学技术的跨越式发展使得理性设计底盘，深度理解蓝细菌光合固碳机理、提升蓝细菌光合效率及固碳能力成为可能。为促进理解合成生物学在蓝细菌中的应用，本文梳理了目前蓝细菌中主要的模式底盘，对围绕其开发的遗传改造工具进行总结；随后讨论了蓝细菌中研究光合、固碳机理机制及通过缩短捕光天线、重塑卡尔文循环等方式提升光合固碳效率的相关研究；此后本文对通过改造蓝细菌将CO2转化为高价值化学品的工作进行归纳，最后本文对合成生物学未来如何驱动蓝细菌更高效的利用CO2进行了展望。总之，通过合成生物学方法对蓝细菌进行全方位改造，有望培育出光合固碳效率足够高，既能优化环境又具备大规模工业化生产价值的“超级”蓝细菌底盘。

关键词：蓝细菌碳中和光合固碳系统重构光合细胞工厂合成生物学

2023年合成生物学在健康与医药领域的应用

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生命科学 2024年第1期36卷 72-80页

作者：刘晓薛淮颜韬张学博赵超熊燕中国科学院上海生命科学信息中心中国科学院上海营养与健康研究所上海200031 中国科学院学部工作局北京100190 中国科学院大学北京100049 天津大学生物安全战略研究中心天津大学化工学院天津300072

自21世纪初以来,高通量DNA测序、大规模DNA合成与组装、高效率基因组编辑等技术不断取得突破,推动合成生物学“读-编-写”进入高通量、自动化的时代,已经开始影响或应用于生物医药、材料化工、农业、食品、能源、环境保护等多个领域。... 详细信息

自21世纪初以来,高通量DNA测序、大规模DNA合成与组装、高效率基因组编辑等技术不断取得突破,推动合成生物学“读-编-写”进入高通量、自动化的时代,已经开始影响或应用于生物医药、材料化工、农业、食品、能源、环境保护等多个领域。在健康与医药领域,合成生物学研究成果和技术创新可以在认识生命规律的基础上,解析疾病发生发展机制、寻找药物设计靶点、干预自然的生理代谢过程与机体的免疫应答机制、实现对人体生理状态的监测以及对疾病的诊断与治疗,从而深刻影响医疗模式、诊疗体系和生命健康产业。该文对2023年合成生物学在健康与医药领域的规划布局、研发进展和产业发展进行了系统性的梳理,并展望了该领域未来更广泛的应用前景。

关键词：合成生物学健康与医药战略规划生物健康产业

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近10年光合作用领域若干重要研究进展

植物生理学报 2024年第2期60卷 211-247页

作者：杨文强林荣呈端木德强李磊卢从明欧阳敏王文达孙韬田利金王柏臣朱新广中国科学院植物研究所光生物学重点实验室北京100093 华中农业大学生命科学技术学院农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室武汉430070 南开大学生命科学学院天津300071 山东农业大学生命科学学院小麦育种全国重点实验室山东泰安271018 华中农业大学生命科学技术学院作物遗传改良全国重点实验室武汉430070 天津大学生物安全战略研究中心天津300072 中国科学院分子植物科学卓越创新中心上海200032

光合作用是地球上几乎所有生命的能量和物质基础,其应用与农业、能源和环境的可持续发展密切相关。本文主要概述了近10年来光合作用研究在光合膜蛋白结构与光反应机理、光合碳代谢、叶绿体生物发生与发育、光合作用蛋白质量控制、光合... 详细信息

光合作用是地球上几乎所有生命的能量和物质基础,其应用与农业、能源和环境的可持续发展密切相关。本文主要概述了近10年来光合作用研究在光合膜蛋白结构与光反应机理、光合碳代谢、叶绿体生物发生与发育、光合作用蛋白质量控制、光合色素合成与叶绿体反向信号、光保护与环境适应、光合作用与农业、光合作用与合成生物学和光合产氢与人工光合作用等方向的前沿进展,探讨了未来发展趋势。

关键词：光合作用叶绿体光保护蛋白质量控制碳代谢光反应合成生物学

基于16S rRNA测序技术研究尘肺病患者肠道菌群特征

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中国微生态学杂志 2024年第4期36卷 414-419,430页

作者：吴昊寇佳祥毕磊薛原天津大学生命科学学院天津300350 天津大学浙江研究院(绍兴) 绍兴312300 国家卫生健康委职业安全卫生研究中心北京102300

目的基于16S rRNA测序技术,研究尘肺病患者与健康人群的肠道菌群差异,为肠道菌群与尘肺病相关联系提供参考。方法以20名尘肺病患者为研究对象,以20名健康志愿者为对照组。采用16S r RNA测序技术对两组人群的肠道菌群分布情况进行统计... 详细信息

目的基于16S rRNA测序技术,研究尘肺病患者与健康人群的肠道菌群差异,为肠道菌群与尘肺病相关联系提供参考。方法以20名尘肺病患者为研究对象,以20名健康志愿者为对照组。采用16S r RNA测序技术对两组人群的肠道菌群分布情况进行统计及差异分析,结合KEGG数据库和COG数据库等进行综合生物信息学分析。结果尘肺组肠道菌群的丰富度较低,厚壁菌门与拟杆菌门比例较对照组显著降低(P生物标志物。

关键词：尘肺病肠道菌群代谢通路

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基于科技安全工程学的未来产业创新发展研究

科学学与科学技术管理 2024年第6期45卷 52-70页

作者：朱子钦陈劲金鹿张可人清华大学经济管理学院北京100084 清华大学技术创新研究中心北京100084 天津市科学技术发展战略研究院天津300011

未来产业是由重大科技创新成果产业化形成的,对未来经济社会发展乃至文明跃迁起到全局性、关键性、支撑性和引领性作用的超前布局产业,其培育的关键在于原始性、突破性、颠覆性科技创新的有效支撑,面临发展前景不明、路径不明、风险不... 详细信息

未来产业是由重大科技创新成果产业化形成的,对未来经济社会发展乃至文明跃迁起到全局性、关键性、支撑性和引领性作用的超前布局产业,其培育的关键在于原始性、突破性、颠覆性科技创新的有效支撑,面临发展前景不明、路径不明、风险不明等挑战,有赖于更加科学精准的预见方法和决策支持。已有研究更多从正向视角探讨未来产业的创新机制,缺乏分类讨论以及综合负向视角的全面解析,忽视了未来产业创新的二元性。对此,立足中国情境,基于科技安全工程学的二元分析框架,对未来产业的理论体系、创新机制、培育路径、治理模式等进行系统性重塑与构建:(1)从多元意义等视角出发完善中国式未来产业的概念和内涵,阐释其人民性、引领性、整合性、底线性等核心属性;(2)解析未来产业创新发展与治理所面临的高不确定性、高融合性、高复杂性、高风险性等新特征、新问题、新需求;(3)提出“主观洞见+定量监测”驱动的混合智能科技决策新模式,并对相应的科技决策新工具、新方法展开框架性探索,形成相应的方法论基础;(4)以科技决策新模式为起点,探究未来产业可持续创新发展的底层逻辑与实践框架,通过目标手段分析,对未来产业科技管理、服务、治理一体化的综合平台架构展开模块化设计。

关键词：有意义的创新整合式创新未来产业科技安全系统工程

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富硒豌豆苗粉理化性质及抗氧化活性分析

食品科学 2024年第6期45卷 8-14页

作者：王智伟李茜张民天津农学院食品科学与生物工程学院天津300392 天农农产品加工中外联合研究中心天津300392 天津科技大学食品营养与安全国家重点实验室天津300457

本实验以富硒豌豆苗为研究对象,利用热风干燥和冷冻干燥进行处理,通过化学分析及色差分析、微观结构观察、低场核磁共振分析等探究不同制备工艺对豌豆苗粉有机硒含量损失率、豌豆苗粉色度、表观形貌、水分分布及体外抗氧化活性等的影响... 详细信息

本实验以富硒豌豆苗为研究对象,利用热风干燥和冷冻干燥进行处理,通过化学分析及色差分析、微观结构观察、低场核磁共振分析等探究不同制备工艺对豌豆苗粉有机硒含量损失率、豌豆苗粉色度、表观形貌、水分分布及体外抗氧化活性等的影响规律。结果表明:100℃热风干燥制备的富硒豌豆苗粉的品质较为理想,其有机硒损失率较小(36.7%)、色泽良好;富硒豌豆苗粉表观形貌呈现块状颗粒,表面褶皱程度及纤维管束明显增多;经热风干燥制备的富硒与未富硒豌豆苗粉中水分分布情况存在显著差异。与未富硒豌豆苗粉相比,富硒豌豆苗粉乙醇提取液1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除能力(半抑制浓度(half maximal inhibitory concentration,IC_(50))=0.61 mg/mL)、羟自由基清除能力(IC_(50)=0.86 mg/mL)、超氧阴离子自由基清除能力(IC_(50)=0.90 mg/mL)以及铁离子还原力(吸光度为0.30)显著提高(P研究结果可为有机硒天然食品补充剂开发及富硒食品产业化提供一定的理论指导与技术参考。

关键词：富硒豌豆苗粉干燥方式理化性质抗氧化活性

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餐厨基生物炭特性及其促进生物发酵潜力研究进展

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应用与环境生物学报 2024年

作者：宋英今曾雅美陈冠益穆兰颜蓓蓓罗裕兴天津大学环境科学与工程学院天津市生物质废物利用重点实验室天津市生物质燃气/油技术工程研究中心天津市有机废物安全处置与能源利用工程研究中心天津商业大学环境能源+X创新实验室

随着社会的不断发展，我国餐厨垃圾的产量逐年增加。餐厨垃圾成分复杂、含水率高、并且富含有机物，焚烧、填埋等传统餐厨垃圾处理方法在节能环保方面仍存在一定的局限性。炭化技术是一种能耗低、处理速度快、产物价值高的热化学处理技... 详细信息

随着社会的不断发展，我国餐厨垃圾的产量逐年增加。餐厨垃圾成分复杂、含水率高、并且富含有机物，焚烧、填埋等传统餐厨垃圾处理方法在节能环保方面仍存在一定的局限性。炭化技术是一种能耗低、处理速度快、产物价值高的热化学处理技术。它能够实现餐厨垃圾的稳定化、减量化和资源化，所得的碳材料具有广阔的应用前景。首先，综述了当前常见餐厨原料制备生物炭的研究进展，总结了餐厨基生物炭的理化特性。餐厨基生物炭具有炭化程度高、孔隙结构发达、表面含N官能团丰富的优点。其次，详细讨论了餐厨基生物炭对生物发酵的促进效果和影响机制。餐厨基生物炭能够通过减弱氨氮等抑制因子的影响、促进微生物直接种间电子传递等机制来改善厌氧发酵系统的性能，也能通过改善堆体理化性质、减少碳氮营养元素的流失、增加微生物多样性等机制来提高堆肥的腐殖化程度。未来应重点关注餐厨基生物炭的生产工艺改进及强化生物发酵的中试和大规模的试验，并借助生态足迹、生命周期评价等手段对添加生物炭所带来的经济效益及环境影响进行评估，为餐厨基生物炭在生物发酵领域的工业化应用提供参考。（图3 表5 参78）

关键词：餐厨垃圾餐厨基生物炭厌氧发酵好氧堆肥添加剂