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外源添加剂对微藻生长和高价值生物产物积累的影响

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生物工程学报 2025年第1期41卷 173-198页

作者：吴亚伟王方忠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 天津大学生物安全战略研究中心天津300072

近年来,随着合成生物学的飞速发展,基因工程和分子操作手段日益完善。微藻作为微生物细胞工厂的代表性宿主菌株之一,在生产油脂、色素、蛋白质和生物燃料等高附加值生物产品方面得到了广泛的应用,并在生化能源、食品药品以及环境保护等... 详细信息

近年来,随着合成生物学的飞速发展,基因工程和分子操作手段日益完善。微藻作为微生物细胞工厂的代表性宿主菌株之一,在生产油脂、色素、蛋白质和生物燃料等高附加值生物产品方面得到了广泛的应用,并在生化能源、食品药品以及环境保护等领域展现出广阔的应用前景。然而,目前基于微藻工艺的生产效率仍然很低,限制了其大规模的工业应用。除了改良菌种和优化培养外,基于外源化学添加剂进行调控也是一种有益的优化策略。这种方法依赖于直接的表型筛选,不需要深入解析生物产品合成过程中涉及的代谢和分解代谢途径中的分子靶点,就可以快速提高微藻高附加值生物产品的产量,获得所需的表型。虽然已有大量关于使用外源添加剂等替代手段来提高微藻生长和高附加值生物产品的产量的研究,但关于添加剂的种类、用途和所针对的菌株以及相关的分子作用机制的分类总结还不够系统和全面。本综述对近年来应用化学诱导剂或增强剂来改善微藻培养中细胞生长和高附加值生物产物积累的实例进行总结,重点介绍了用于微藻培养的外源添加剂的种类、外源添加剂及其组合对微藻生长和高价值生物产品积累的影响以及相关作用的分子机制,为研究人员利用合成生物学的方法来开发合适的细胞底盘以及利用微藻来进行大规模的工业化生产提供了有用的信息。

关键词：添加剂微藻生长生物产物

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面向海量数据的集成化DNA存储系统

化学工业与工程 2025年第1期42卷 173-182页

作者：魏亚男刘倩齐浩天津大学化工学院天津300350 系统生物工程教育部重点实验室天津300350 天津大学化工协同创新中心合成生物学平台天津300350

随着大数据时代的到来,全球数据总量爆炸式增长。由于理论储存密度极高、保存时间长等天然优势,DNA被认为可以对海量数据提供稳定、低成本的存储。自概念提出以来,DNA存储技术在编解码算法、数据恢复及重复性读取等核心方面取得进展。... 详细信息

随着大数据时代的到来,全球数据总量爆炸式增长。由于理论储存密度极高、保存时间长等天然优势,DNA被认为可以对海量数据提供稳定、低成本的存储。自概念提出以来,DNA存储技术在编解码算法、数据恢复及重复性读取等核心方面取得进展。但难以想象基于生物分子DNA的信息存储技术如何实现大规模、稳定的数字信息存储,任何报道的DNA信息存储原型系统的存储能力都与实际信息存储需求间存在巨大鸿沟。因此,DNA分子实现实用信息存储,除了需要解决最为核心的合成成本问题外,仍缺乏对存储不同文件的DNA进行稳定保存及高度集成的技术,并且面临海量数据存储时,需要为DNA文库设计适当索引实现特定文件检索,以及存在DNA生物分子存储设备如何与现有电子系统对接等问题。聚焦保存方式对DNA的物理存储密度和文件检索方式的影响,并介绍了文件检索方式以及自动化设备的开发的研究进展,以期促进物理存储密度高、文件选择性检索便捷的集成化DNA存储系统的开发,从而促进DNA数据存储的商业应用。

关键词： DNA信息存储数据检索设备集成 DNA保存保存介质

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鼠伤寒沙门氏菌群体感应干扰策略研究进展

食品与发酵工业 2025年第2期51卷 382-389页

作者：肖雪张红蕊张鹏乔建军财音青格乐吴胜波天津大学化工学院天津300072 天津大学浙江研究院(绍兴) 浙江绍兴312300 系统生物工程教育部(天津大学)重点实验室天津300072 天津化学化工协同创新中心合成生物学平台天津300072

鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella enterica serovar Typhimurium)作为常见的食源性致病菌,由于其耐药性问题而严重危害公共健康。研究表明干扰致病菌的群体感应(quorum sensing,QS)系统是解决其耐药性问题的有效方案之一。QS是细胞间的一种... 详细信息

鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella enterica serovar Typhimurium)作为常见的食源性致病菌,由于其耐药性问题而严重危害公共健康。研究表明干扰致病菌的群体感应(quorum sensing,QS)系统是解决其耐药性问题的有效方案之一。QS是细胞间的一种通讯机制,涉及多种代谢活动,例如生物被膜形成、运动性、毒力因子、黏附和侵袭等过程。为了系统地总结鼠伤寒沙门氏菌的群体感应及其相应的干扰策略,该文首先介绍了***包含的N-高丝氨酸内酯类、2型自诱导分子、3型自诱导分子、吲哚和扩散信号分子等介导的5种QS系统。然后从信号分子合成、胞外运输及反应、与受体蛋白相互作用3方面总结了对不同QS系统的抑制和促进策略。指出了未来QS干扰策略的开发应更多立足于多靶点和多层次的系统网络,以期为解决沙门氏菌耐药性开辟新的思路。

关键词：群体感应干扰群体感应猝灭肠道致病菌抗生素耐药性生物被膜毒力因子

解脂耶氏酵母生物合成芳香族氨基酸衍生物的合成生物学策略

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微生物学通报 2025年第1期52卷 33-45页

作者：陈茁朱源李伟国闫晓光颜丙扬乔建军赵广荣天津大学化工学院、教育部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300350 天津大学浙江研究院(绍兴) 浙江绍兴312300

芳香族氨基酸衍生物广泛存在于自然界中,具有多种生物活性,包括抗氧化、抗炎、神经保护和抗癌特性。在食品、化妆品、营养保健品、化学等领域,尤其在制药工业中发挥着重要作用。近年来,解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)作为一种非常... 详细信息

芳香族氨基酸衍生物广泛存在于自然界中,具有多种生物活性,包括抗氧化、抗炎、神经保护和抗癌特性。在食品、化妆品、营养保健品、化学等领域,尤其在制药工业中发挥着重要作用。近年来,解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)作为一种非常规模式生物,因其独特的生理生化特性在生物合成领域展现出独特的潜力,特别是在芳香族氨基酸衍生物的合成上,包括白藜芦醇和柚皮素等。由于其独特的胞质环境和高通量的乙酰辅酶A,解脂耶氏酵母成为合成芳香族氨基酸衍生物的理想宿主。本文总结了解脂耶氏酵母在生产芳香族氨基酸衍生物方面的合成生物学策略,并汇总目前解脂耶氏酵母合成芳香族氨基酸衍生物的进展,对解脂耶氏酵母底盘细胞在合成生物学未来的发展和挑战进行了展望。

关键词：解脂耶氏酵母芳香族氨基酸衍生物合成生物学代谢工程

解淀粉芽孢杆菌I型信号肽酶与信号肽的相互作用

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微生物学报 2025年第1期65卷 256-267页

作者：郭洁洁王伟红何杰民李登科刘业学路福平李玉天津科技大学生物工程学院工业发酵微生物教育部重点实验室天津300457

【目的】基于I型信号肽酶在分泌系统中的重要作用,探究信号肽酶与信号肽之间的作用关系,指导氨肽酶在解淀粉芽孢杆菌中的分泌表达优化。【方法】对解淀粉芽孢杆菌TCCC 19030的内源性信号肽酶和信号肽进行筛选,采用相对荧光强度、酶活力... 详细信息

【目的】基于I型信号肽酶在分泌系统中的重要作用,探究信号肽酶与信号肽之间的作用关系,指导氨肽酶在解淀粉芽孢杆菌中的分泌表达优化。【方法】对解淀粉芽孢杆菌TCCC 19030的内源性信号肽酶和信号肽进行筛选,采用相对荧光强度、酶活力等表征手段进行分析,同时采用分子对接技术探究信号肽酶和信号肽的相互作用关系。【结果】信号肽YolC融合氨肽酶的胞外酶活力最高,达到11847.67 U/mL。过表达信号肽酶SipW后,氨肽酶的酶活力提高到16261 U/mL。分子对接结果显示,信号肽YolC与信号肽酶SipW结合自由能最低,为-4.4 kcal/mol。【结论】信号肽优化与信号肽酶过表达可有效提高氨肽酶的分泌表达,其中信号肽酶与信号肽的结合能是影响目的蛋白分泌量的关键因素之一。

关键词：信号肽酶信号肽分子对接技术

基于转录调节因子PuuR的1,4-丁二胺生物传感器的构建与优化

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生物工程学报 2025年第1期41卷 437-447页

作者：刘俊杰蒋敏敏孙彤孙祥祥赵咏灿顾明霞路福平黎明工业发酵微生物教育部重点实验室天津300457 天津科技大学生物工程学院天津300457

生物传感器已经成为实时监测特定小分子和精确控制生物系统中基因表达的强大工具。用于1,4-丁二胺生物合成的高通量传感器可以极大地提高1,4-丁二胺高产菌株的筛选效率。为研究调整生物传感器特性的策略,本研究开发了一种以转录调节因子... 详细信息

生物传感器已经成为实时监测特定小分子和精确控制生物系统中基因表达的强大工具。用于1,4-丁二胺生物合成的高通量传感器可以极大地提高1,4-丁二胺高产菌株的筛选效率。为研究调整生物传感器特性的策略,本研究开发了一种以转录调节因子PuuR为基础的1,4-丁二胺生物传感器,其同源的操作子puuO被组装在大肠杆菌组成型启动子PgapA中,以控制下游的高能绿色荧光蛋白(superfolder green fluorescent protein,sfGFP)作为报告蛋白表达。最终该传感器在1,4-丁二胺浓度处于0–50 mmol/L时GFP/OD600值与1,4-丁二胺浓度之间能稳定地表现出线性关系。本研究采用大肠杆菌基因组中不同强度的启动子对1,4-丁二胺生物传感器进行分子改造,探究并改进基于PuuR的1,4-丁二胺生物传感器的功能性质,为高通量筛选高产1,4-丁二胺的工程菌株奠定了基础。

关键词：大肠杆菌 1,4-丁二胺生物传感器转录调节因子PuuR

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石油烃污染物降解菌株耐受性的研究进展

生物工程学报 2025年第1期41卷 199-215页

作者：王珊珊朱肖倩曹志北王璐丁明珠天津大学化工学院、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 天津大学合成生物前沿研究院天津300072 提高油气采收率全国重点实验室北京100083 中国石油集团科学技术研究院有限公司北京100083

石油烃污染已成为全球环境问题之一,对环境和人类健康造成严重威胁。在石油烃污染环境修复过程中,微生物修复起着至关重要的作用。然而,被石油烃污染的环境中存在着多种胁迫因素,这些因素限制了微生物修复的效率。本文综述了石油烃污染... 详细信息

石油烃污染已成为全球环境问题之一,对环境和人类健康造成严重威胁。在石油烃污染环境修复过程中,微生物修复起着至关重要的作用。然而,被石油烃污染的环境中存在着多种胁迫因素,这些因素限制了微生物修复的效率。本文综述了石油烃污染环境中常见的胁迫因素,以及微生物对这些因素的响应机制,重点探讨了提高石油烃降解微生物耐受性的方法,如非理性改造、基于系统生物学工具或耐受机制进行理性改造、构建微生物混菌体系等。这些方法的应用有望提高微生物在石油烃污染环境中的生存能力和修复效率,为环境修复提供新的思路和技术支持。

关键词：石油烃污染环境修复胁迫响应微生物耐受性

D-阿洛酮糖3-差向异构酶的功能表征及其高活性突变体的高通量筛选

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微生物学通报 2025年

作者：高鑫杨锋毛淑红路福平秦慧民工业发酵微生物教育部重点实验室天津科技大学生物工程学院工业酶国家工程实验室

【背景】稀少糖D-阿洛酮糖(D-allulose)是一种理想的低能量甜味剂替代品，其在食品加工和医疗健康领域具有广泛的应用前景。D-阿洛酮糖3-差向异构酶(D-allulose 3-epimerase， DAEase)是生物法催化D-果糖异构化生成D-阿洛酮糖的关键酶... 详细信息

【背景】稀少糖D-阿洛酮糖(D-allulose)是一种理想的低能量甜味剂替代品，其在食品加工和医疗健康领域具有广泛的应用前景。D-阿洛酮糖3-差向异构酶(D-allulose 3-epimerase， DAEase)是生物法催化D-果糖异构化生成D-阿洛酮糖的关键酶。【目的】基于酶数据库进行新酶基因的挖掘，拓宽DAEase的酶库资源，并结合理性设计筛选获得催化性能优良的新型DAEase酶分子。【方法】将来源于氧化微杆菌(Microbacterium oxydans) 的新酶基因 (MoDAEase)构建重组表达系统，研究该酶的酶学性质，通过分子结构模型预测，理性设计突变热点氨基酸，结合高通量筛选平台筛选潜在的D-阿洛酮糖3-差向异构酶突变体。【结果】重组目标蛋白实现可溶性表达，酶最适反应条件为60 ℃，pH 8.0，且在40-60 ℃及pH 6.5-8.5条件下具有较好稳定性。筛选获得催化效率提高5.35倍的优势突变体M110S/P249G，且用于转化100、300、及500 g/L的D-果糖时，均展示出优良的催化性能。【结论】本研究从氧化微杆菌中挖掘得到了一种DAEase的新酶，并筛选得到催化活性显著提高的优势突变体，为酶法合成D-阿洛酮糖提供了理论及实践依据。

关键词： D-阿洛酮糖 D-阿洛酮糖3-差向异构酶定向进化超高通量筛选

经颅磁声电刺激强度对小鼠前额叶皮质网络可塑性的影响

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中国组织工程研究 2025年第6期29卷 1108-1117页

作者：张帅李子春徐亦豪谢晓峰郭忠圣赵清扬省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室生命科学与健康工程学院河北工业大学天津市300401 天津市生物电工与智能健康重点实验室生命科学与健康工程学院河北工业大学天津市300401

背景:经颅磁声电刺激是一种新型无创的神经调控技术,利用超声波与静磁场耦合作用产生的感应电场调节神经系统的放电活动,但其影响大脑突触可塑性的作用机制研究尚浅。目的:探讨经颅磁声电刺激强度对小鼠前额叶皮质神经网络突触可塑性的... 详细信息

背景:经颅磁声电刺激是一种新型无创的神经调控技术,利用超声波与静磁场耦合作用产生的感应电场调节神经系统的放电活动,但其影响大脑突触可塑性的作用机制研究尚浅。目的:探讨经颅磁声电刺激强度对小鼠前额叶皮质神经网络突触可塑性的影响。方法:①动物实验:将24只C57小鼠平均且随机分为4组,对照组(接受伪刺激)、刺激6.35 W/cm^(2)组(接受0.3 T、6.35 W/cm^(2)的耦合刺激)、刺激17.36 W/cm^(2)组(接受0.3 T、17.36 W/cm^(2)组的耦合刺激)和刺激56.25 W/cm^(2)组(接受0.3 T、56.25 W/cm2的耦合刺激),记录小鼠执行T迷宫过程中局部场电位信号和行为学正确率。②建模仿真实验:构建经颅磁声电刺激小鼠前额叶皮质神经网络模型,分别比较不同刺激强度下神经网络结构连接特性。结果与结论:①经颅磁声电刺激能够有效缩短小鼠行为学习时间,工作记忆能力得到改善(P实验准确度没有明显差异(P>0.1)。分析小鼠前额叶局部场电位信号发现经颅磁声电刺激促进了β节律与γ节律能量增强;而随刺激强度升高,β节律与γ节律出现了非同步性下降;通过β-γ相位幅值耦合发现,刺激增强了神经网络适应新的信息和任务要求的能力变化。②建模仿真发现,刺激使得神经网络放电水平增强,长时程突触权重水平提高而短时程突触权重仅在刺激强度较高时降低。③研究结果表明,不同的刺激强度与神经网络功能结构的影响存在复杂的非线性关系;这种神经调控技术为治疗突触功能障碍和神经网络异常等相关神经疾病方面提供新的可能。

关键词：经颅磁声电刺激工作记忆突触可塑性皮质网络 LIF神经元模型