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“三生-三链-三创”创新创业教育融入人才培养方案的研究

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生物工程学报 2024年第3期40卷 931-942页

作者：宋晓菲金鑫王方王亚军浙江工业大学生物工程学院浙江杭州310014

目前生物工程专业人才培养中存在创新创业教育理念落后、创新创业教育方法单一、创新创业实践平台薄弱等困境,需要引入新的培养模式加以破解。浙江工业大学生物工程学院“三生-三链-三创”培养模式的探索与实践,对照新工科建设的人才培... 详细信息

目前生物工程专业人才培养中存在创新创业教育理念落后、创新创业教育方法单一、创新创业实践平台薄弱等困境,需要引入新的培养模式加以破解。浙江工业大学生物工程学院“三生-三链-三创”培养模式的探索与实践,对照新工科建设的人才培养目标,通过42年持续探索与实践,优化“生物·生命·生活”三生融合教育理念,丰富“知识链·科研链·产业链”三链联动教育方法,搭建“创意·创新·创业”三创科技实践平台,打造拔尖生物工程科技创新创业人才培养新平台、新范式,为生物工程专业人才培养模式改革提供了有益借鉴及启示。

关键词：生物工程专业培养模式改革创新创业教育

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增强甘油代谢提高酵母工程菌的红没药烯产量

生物工程学报 2024年第3期40卷 847-857页

作者：臧瑜李圳炀卢雨欣杭嘉炜袁围孙杰浙江工业大学生物工程学院浙江湖州313000

红没药烯(bisabolene)是植物精油中普遍存在的活性成分,广泛应用于化工、医药、保健等领域。本研究通过对酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)工程菌中甘油代谢途径进行改造,从而获得高产红没药烯的酵母工程菌株。以利用GAL启动子加强... 详细信息

红没药烯(bisabolene)是植物精油中普遍存在的活性成分,广泛应用于化工、医药、保健等领域。本研究通过对酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)工程菌中甘油代谢途径进行改造,从而获得高产红没药烯的酵母工程菌株。以利用GAL启动子加强甲羟戊酸途径的酿酒酵母工程菌YS036作为出发菌株,通过高表达来自嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)的甘油转运通道基因PtFPS2和来自耐热甲基化酵母(Ogataea parapolymorpha)的甘油脱氢酶基因Opgdh,有效增强酵母对甘油的利用;另一方面,为减弱葡萄糖阻遏作用,敲除葡萄糖抑制转录因子编码基因MIG1。结果表明,MIG1敲除菌的蔗糖和甘油共利用能力得到进一步增强,重组菌株的GAL启动子转录水平增加。在摇瓶发酵中的红没药烯的最高产量比出发菌株提高82.2%,达到866.7 mg/L。本研究通过对酵母工程菌碳源代谢进行改造,提高了红没药烯的产量,并为提高工程酵母合成其他萜类化合物产量提供了一种有效的策略。

关键词：红没药烯酿酒酵母甘油代谢甲羟戊酸途径

重组大肠杆菌合成L-甲硫氨酸的发酵过程优化

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生物工程学报 2024年第3期40卷 895-907页

作者：牛坤梅子龙管安奇蔡文斌陈懋钦柳志强郑裕国浙江工业大学生物工程学院浙江杭州310014

L-甲硫氨酸作为唯一含有硫元素的必需氨基酸,在生物体内具有非常重要的生理和生化功能,而微生物发酵法合成L-甲硫氨酸因其发酵水平较低仍未达到工业化生产要求。本文在实验室前期构建的L-甲硫氨酸高产菌株大肠杆菌(Escherichia coli)W3... 详细信息

L-甲硫氨酸作为唯一含有硫元素的必需氨基酸,在生物体内具有非常重要的生理和生化功能,而微生物发酵法合成L-甲硫氨酸因其发酵水平较低仍未达到工业化生产要求。本文在实验室前期构建的L-甲硫氨酸高产菌株大肠杆菌(Escherichia coli)W3110ΔIJAHFEBC trc-fliY trc-malY/PAM glyA-22 metF的基础上系统优化了其发酵过程,在优化初始葡萄糖浓度的基础上,比较了DO-Stat、pH-Stat、控残糖浓度和恒速补料等不同补料工艺对L-甲硫氨酸发酵生产的影响,发现葡萄糖的控制对发酵过程有较大影响。在上述研究的基础上,进一步开发了最优的分批补料发酵工艺,使L-甲硫氨酸发酵产量提高到31.71 g/L,发酵时间缩短为68 h,是目前报道的最高产量。同时,建立了最优分批补料工艺下的发酵动力学模型,较好地拟合了L-甲硫氨酸发酵生产过程,为L-甲硫氨酸的发酵法生产提供了一定的数据参考。

关键词： L-甲硫氨酸发酵法生产分批补料发酵过程优化

聚己二酸对苯二甲酸丁二酯基生物可降解塑料在近海环境中的降解特征

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海洋环境科学 2024年第4期 581-590页

作者：陈展周璨王雨萌胡玲玲浙江工业大学环境学院

认识生物可降解塑料的真实降解行为对全面评价其环境安全性至关重要。本文结合野外环境挂样和室内模拟实验，探究了聚己二酸对苯二甲酸丁二酯（PBAT）基生物可降解塑料在近海环境中的降解特征。经过在东海水域一年的暴露，3种PBAT基塑... 详细信息

认识生物可降解塑料的真实降解行为对全面评价其环境安全性至关重要。本文结合野外环境挂样和室内模拟实验，探究了聚己二酸对苯二甲酸丁二酯（PBAT）基生物可降解塑料在近海环境中的降解特征。经过在东海水域一年的暴露，3种PBAT基塑料产品仅表面出现了破损、孔洞，表面含氧基团和羟基的红外信号增强，以及热稳定性下降等理化性质的改变。可能是由于海水的低温，塑料表面附着大量藻类和矿物等杂质，3种塑料整体降解性差。而室内海水模拟降解实验发现，强紫外光辐射加速了PBAT地膜的老化，地膜的失重率和释放的微塑料数量随光照时间增加而增加，光照84 h（相当于自然光下约340 d）的失重率为44.1%±3.68%，共释放（67.1±18.8）个/mg微塑料。同时，老化过程还释放了溶解性有机物（DOM），其中荧光DOM主要为酪氨酸和类蛋白类以及芳香族蛋白类，这些物质具有光不稳定性，因而容易进一步光降解，导致PBAT释放的溶解性有机碳含量呈先上升后下降的趋势。

关键词：生物可降解塑料海洋环境微塑料溶解性有机碳光降解

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污水脱氮人工多细胞体系的设计与应用

生物工程学报 2024年第6期40卷 1806-1832页

作者：柯霞余欢李一鑫潘婉婷唐素琴薛亚平浙江工业大学生物工程学院浙江杭州310014 杭州市环境集团有限公司浙江杭州310022

氮素的过量累积是引起水体富营养化的重要因素,开发廉价高效的污水脱氮工艺是水质净化研究的重要内容。微生物脱氮处理成本低、效率较高、环境适应性强,已广泛应用于水质脱氮的净化处理。近年来,基于合成生物技术的人工多细胞体系由于... 详细信息

氮素的过量累积是引起水体富营养化的重要因素,开发廉价高效的污水脱氮工艺是水质净化研究的重要内容。微生物脱氮处理成本低、效率较高、环境适应性强,已广泛应用于水质脱氮的净化处理。近年来,基于合成生物技术的人工多细胞体系由于其独特的可定义性及可控性,分解代谢路径和环境响应机制较天然菌群更为明确,能够实现低细胞代谢负荷下高效脱氮,在垃圾渗滤液、工业废水、海水养殖废水和生活污水的生物净化处理中具有广泛的应用潜力。本文聚焦污水脱氮人工多细胞体系的设计、构建与应用,总结了脱氮微生物及其脱氮机制,概括了人工多细胞体系的设计思路与构建方法,并列举了人工多细胞体系在污水净化的应用案例,对污水脱氮未来研究和应用实践进行了展望,以期为优化微生物污水脱氮处理提供新的思路和有效策略。

关键词：污水脱氮人工多细胞协同机理环境修复

多层复配微胶囊的制备及其在混凝土裂缝自修复中的应用

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生物工程学报 2024年

作者：徐建妙周源源程峰柳志强浙江工业大学生物工程学院

混凝土广泛应用于房屋土建工程以及道路桥梁等，其开裂问题一直是工程界的一大难题。为了开发有效、可行的混凝土修复技术，本研究结合微生物技术与微胶囊技术采用锐孔法制备了一种多层复配微胶囊，并以微胶囊的包埋率与机械性能为评价... 详细信息

混凝土广泛应用于房屋土建工程以及道路桥梁等，其开裂问题一直是工程界的一大难题。为了开发有效、可行的混凝土修复技术，本研究结合微生物技术与微胶囊技术采用锐孔法制备了一种多层复配微胶囊，并以微胶囊的包埋率与机械性能为评价标准，优化了微胶囊的配方和干燥方式。而后表征了微胶囊钙转结晶过程以及产物晶型，并与游离细胞钙转过程进行对比。最后，测试了微胶囊的掺入对试件的机械性能、抗渗性能以及自修复效果的影响。结果表明：配方为蜡样芽胞杆菌湿菌体1.0%、氯化钙1.5%、海藻酸钠3.0%、营养物质5.0%、丙三醇6.0%、壳聚糖0.6%、尿素2.0%的风干多层复配微胶囊，其包埋率为95.3%，破裂力为59.7 N，硬度为150.8 N。该微胶囊能够在囊内的微生物发生钙转反应时，由固态转变为流动的胶态。微胶囊与游离细胞钙转反应产生的碳酸钙都是较稳定的方解石晶型，但微胶囊产的颗粒大小更加均匀，更有利于在裂缝中累积，从而增强修复的稳固性。将微胶囊投入混凝土试件，当掺量为0.45% 时，试件的抗折强度提高了17.3%，试件的抗压强度提高了12.3%。在抗渗水试验中，添加了微胶囊的试件较掺入游离细胞的试件对水泥混凝土有更好的抗渗性补偿。裂缝自修复效果证明多层复配微胶囊能够对0.7 mm宽度以下的裂缝实现完全修复，对0.8 mm宽度裂缝修复率为95%。本研究开发了一种既能保护微生物又能提供所需营养的多层复配微胶囊实现其对混凝土裂缝的自修复，为微生物诱导碳酸钙沉淀在混凝土裂缝修复提供了新的思路。

关键词：微生物矿化混凝土多层微胶囊蜡样芽胞杆菌自修复钙转结晶

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腈水解酶立体选择性改造及其合成布瓦西坦

化工学报 2024年

作者：吴哲明张碧云郑仁朝浙江工业大学生物工程学院

布瓦西坦是新一代抗癫痫药物，具有广阔的市场前景。利用腈水解酶立体选择性催化3-氰基己腈合成关键手性中间体（R）-3-氰基己酸，进一步经加氢、环化、手性拆分等合成布瓦西坦路线具有原子经济性高等优势。然而，目前挖掘的腈水解酶存... 详细信息

布瓦西坦是新一代抗癫痫药物，具有广阔的市场前景。利用腈水解酶立体选择性催化3-氰基己腈合成关键手性中间体（R）-3-氰基己酸，进一步经加氢、环化、手性拆分等合成布瓦西坦路线具有原子经济性高等优势。然而，目前挖掘的腈水解酶存在立体选择性差等缺陷。本研究以腈水解酶PgNIT为研究对象，通过对其催化口袋和亚基界面改造，获得了立体选择性大幅提高的突变体F164W/I202R，产物光学纯度由野生型的86%提升至97%，E值由17提高至111。分子动力学模拟研究表明，F164位点的改造减小了（R）-3-氰基己腈深入催化口袋内部的空间位阻，而“A”界面I202位点的改造增加了亚基之间缔合的距离并增加了催化口袋区域的原子动态协同性，从而显著提升了腈水解酶的立体选择性。

关键词：腈水解酶立体选择性分子改造分子模拟生物催化分子生物学

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医美活性成分微生物合成研究进展

生物工程学报 2024年

作者：赵嫚池倬雨赖冬连刘科瑞柳志强郑裕国浙江工业大学生物工程学院

随着医美产业的蓬勃发展，使用功能性护肤产品成为主要趋势。医美产品功能的发挥，主要取决于其活性成分的功效。这些活性成分主要包括蛋白肽类、多糖类、酚酸类、萜烯类、维生素类、氨基酸类等，涉及修复、补水、美白、抗紫外和抗衰等... 详细信息

随着医美产业的蓬勃发展，使用功能性护肤产品成为主要趋势。医美产品功能的发挥，主要取决于其活性成分的功效。这些活性成分主要包括蛋白肽类、多糖类、酚酸类、萜烯类、维生素类、氨基酸类等，涉及修复、补水、美白、抗紫外和抗衰等功能。早年间这些活性成分主要通过生物提取和化学合成的方式获得。随着生物制造技术的发展，微生物合成医美活性成分已被广泛研究和应用。本文对胶原蛋白、肽类、透明质酸、多酚类、萜烯类和维生素等天然产物通过微生物发酵、催化和合成生物技术合成的研究进展进行了总结，并对其合成途径、代谢调控以及未来的发展进行了综述，为后续微生物合成医美活性成分提供参考。

关键词：医美活性成分生物制造合成生物技术

微生物全细胞传感器在芳香族化合物检测中的研究进展

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生物工程学报 2024年

作者：李赛月吕凤娇赵桂煜王恩毅音建华余志良孟秋浙江工业大学生物工程学院

由于苯环结构稳定性高、难以降解，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，因此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检测芳香族... 详细信息

由于苯环结构稳定性高、难以降解，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，因此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检测芳香族化合物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的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。

关键词：芳香族化合物微生物全细胞传感器转录因子检测优化策略