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Ⅳ型菌毛可视化方法及其在菌毛功能研究中的应用

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生物工程学报 2023年第11期39卷 4534-4549页

作者：罗艳张静超天津大学化工学院合成生物学前沿科学中心和系统生物工程教育部重点实验室天津300350 电子科技大学四川省人民医院医学遗传中心四川成都610054

Ⅳ型菌毛(type Ⅳ pili,TFP)作为细菌表面的重要蛋白结构,是细菌的感知器官及运动器官,在细菌生理学、细胞黏附、宿主细胞入侵、DNA摄取、蛋白质分泌、生物被膜形成、细胞运动和电子传递等方面发挥着多种作用。近年来,随着研究方法的深... 详细信息

Ⅳ型菌毛(type Ⅳ pili,TFP)作为细菌表面的重要蛋白结构,是细菌的感知器官及运动器官,在细菌生理学、细胞黏附、宿主细胞入侵、DNA摄取、蛋白质分泌、生物被膜形成、细胞运动和电子传递等方面发挥着多种作用。近年来,随着研究方法的深入和技术设备的发展,尤其是随着多种菌毛可视化工具的开发,越来越多的研究揭示了它在生命活动中的各种功能,大大加快了微生物单细胞领域的研究步伐。本文重点讨论了TFP可视化方法及在菌毛功能研究中的应用,为更好地研究和利用TFP功能提供更多的思路,为其未来在生物学、医学以及生态学中的应用提供一定的理论基础。

关键词： Ⅳ型菌毛可视化功能

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凝胶介质中仿生矿化过程的研究

化学进展 2010年第11期22卷 2224-2231页

作者：史莹耿家青杨冬天津大学化工学院系统生物工程教育部重点实验室天津300072

本文综述了凝胶介质中仿生矿化过程的研究进展。仿生矿化是当前化学、生物学和材料科学的研究前沿和热点。近年来,越来越多的生物学证据表明:生物体中的蛋白质和多糖等生物大分子,往往通过超分子组装形成凝胶状基质网络,进而对生物矿化... 详细信息

本文综述了凝胶介质中仿生矿化过程的研究进展。仿生矿化是当前化学、生物学和材料科学的研究前沿和热点。近年来,越来越多的生物学证据表明:生物体中的蛋白质和多糖等生物大分子,往往通过超分子组装形成凝胶状基质网络,进而对生物矿化过程施加影响。因此,凝胶介质中的仿生矿化研究对深入了解生物矿化机理,以及从理论上指导先进功能材料的设计和合成具有重要意义。迄今为止,研究人员已经对天然和合成高分子凝胶、超分子水凝胶和无机凝胶等多种凝胶介质中的仿生矿化过程进行了研究。结果表明:凝胶介质主要通过其三维网络结构限制反应离子在其内部的扩散速率,并掺杂到无机矿物的晶体结构中,从而影响生成晶体的形貌和构造;而且在有机基质(如水溶性有机高分子和自组装单层等)的协同作用下,凝胶介质中的仿生矿化过程也呈现出与水溶液中不同的特点。此外,本文还介绍了当前对凝胶介质中矿物形貌的调控和矿化机理的几种不同观点,并对该领域未来的研究和应用进行了展望。

关键词：仿生矿化凝胶无机晶体形貌调控

聚球藻UTEX 2973中光碳驱动的高密度燃料合成

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生物工程学报 2020年第10期36卷 2126-2138页

作者：李树斌孙韬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 教育部系统生物工程重点实验室天津300072 教育部合成生物学前沿科学中心天津300072 天津化学化工协同创新中心天津300072 天津大学生物安全战略研究中心天津300072

发展"液态阳光"被认为是解决化石燃料枯竭的关键技术之一。β-石竹烯是高性能的萜烯化合物,作为潜在的航空高密度燃料备受瞩目。新型光合蓝细菌底盘聚球藻UTEX 2973倍增时间短至1.5 h且耐受高温高光,利用光和CO_2合成β-石竹烯具有很大... 详细信息

发展"液态阳光"被认为是解决化石燃料枯竭的关键技术之一。β-石竹烯是高性能的萜烯化合物,作为潜在的航空高密度燃料备受瞩目。新型光合蓝细菌底盘聚球藻UTEX 2973倍增时间短至1.5 h且耐受高温高光,利用光和CO_2合成β-石竹烯具有很大的发展前景。为此,文中在聚球藻UTEX2973中通过构建β-石竹烯合成途径、优化相关关键合酶、增强前体供应等一系列策略实现了在摇瓶中约121.22μg/Lβ-石竹烯的合成(96 h)。在此基础上,通过培养条件的优化实现在光生物反应器中进行高密度培养,最终β-石竹烯产量达到约212.37μg/L(96h)。这是目前报道的蓝细菌底盘中β-石竹烯的最高产量,为未来利用光和CO_2直接合成高密度燃料打下基础。

关键词：聚球藻UTEX 2973 高密度燃料液态阳光 β-石竹烯高密度培养

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泰乐菌素生物合成及代谢调控研究进展

中国生物工程杂志 2024年第11期44卷 99-109页

作者：陈晨张传波苏建宇卢文玉天津大学化工学院、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 西部特殊生物资源保护与利用教育部重点实验室、宁夏大学生命科学学院银川750021

泰乐菌素是由弗氏链霉菌发酵产生的16元环大环内酯类抗生素,可用于预防和治疗革兰氏阳性菌所引发的细菌感染,在畜牧业应用广泛,具有较高的经济效益和学术研究价值。介绍了泰乐菌素的结构特征和作用机制,并重点综述了弗氏链霉菌生产泰乐... 详细信息

泰乐菌素是由弗氏链霉菌发酵产生的16元环大环内酯类抗生素,可用于预防和治疗革兰氏阳性菌所引发的细菌感染,在畜牧业应用广泛,具有较高的经济效益和学术研究价值。介绍了泰乐菌素的结构特征和作用机制,并重点综述了弗氏链霉菌生产泰乐菌素的生物合成调控机制、高产菌株选育,以及泰乐菌素的异源生物合成策略的研究进展,为深入了解泰乐菌素生物合成及代谢调控提供有益借鉴。

关键词：泰乐菌素弗氏链霉菌生物合成代谢调控菌株改造

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聚合物接枝脂肪酶的合成及其对酶活的影响

化工学报 2019年第9期70卷 3473-3482页

作者：姜紫耀刘宗浩白姝史清洪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

利用原子转移自由基聚合方法将含C2~C4烷基链的单体化合物分别接枝到皱褶假丝酵母脂肪酶(CRL)表面合成了HEMA-g-CRL、GMA-g-CRL、nPMA-g-CRL和BMA-g-CRL四种聚合物接枝CRL。CD和荧光光谱学分析显示,聚合物接枝导致HEMA-g-CRL、nPMA-g-CR... 详细信息

利用原子转移自由基聚合方法将含C2~C4烷基链的单体化合物分别接枝到皱褶假丝酵母脂肪酶(CRL)表面合成了HEMA-g-CRL、GMA-g-CRL、nPMA-g-CRL和BMA-g-CRL四种聚合物接枝CRL。CD和荧光光谱学分析显示,聚合物接枝导致HEMA-g-CRL、nPMA-g-CRL和BMA-g-CRL分子的α-螺旋和β-折叠含量增加。与此同时,聚合物接枝CRL分子荧光发射光谱也发生了蓝移,意味着其具有更加紧密的分子构象。酶活测定结果进一步显示,聚合物接枝增强CRL酶活227%~278%。随着单体化合物烷基链长增加,聚合物接枝CRL的Km值由0.17 mmol·L^-1降至0.09 mmol·L^-1。与此同时,聚合物接枝CRL的kcat值则提高至106~182 s^-1。BMA-g-CRL的催化效率达到了野生型CRL的3.28倍。这反映出聚合物接枝助力了CRL“盖子”结构开启和CRL活性中心暴露,促进底物的转化。稳定性测试表明,聚合物接枝提升了CRL的热稳定性并拓宽了其pH操作范围。

关键词：生物催化皱褶假丝酵母脂肪酶原子转移自由基聚合聚合物疏水性脂肪酶活稳定性

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合成生物技术对生物多样性影响的评估探索

环境工程技术学报 2022年第1期12卷 215-223页

作者：汪保卫常江王智文天津大学化工学院系统生物工程教育部重点实验室中国科学院天津工业生物技术研究所中国环境科学研究院天津大学合成生物学前沿科学中心

合成生物技术是近年来兴起的一类新兴生物技术,是现代生物技术的新发展阶段;在微生物细胞工厂、人工合成菌群、人工基因组合成、基因组编辑和基因驱动等多个领域取得了一系列重要进展,也获得了多国政府及产学研机构的大力支持。随着合... 详细信息

合成生物技术是近年来兴起的一类新兴生物技术,是现代生物技术的新发展阶段;在微生物细胞工厂、人工合成菌群、人工基因组合成、基因组编辑和基因驱动等多个领域取得了一系列重要进展,也获得了多国政府及产学研机构的大力支持。随着合成生物技术研究、开发与应用的深入发展,评估其对人类社会生存发展至关重要的生物多样性的影响成为一个重要课题。基于防范降低负面风险、促进有益开发应用和保护生物多样性的评估原则,采用综合考虑合成生物技术适用范围和基于合成生物技术的制品、组分和生物的安全性2个维度的评估方法定性分析了合成生物技术研究、开发与应用对生物多样性的影响,提出了应对其潜在风险的策略与建议,以期为合成生物技术的良性发展、造福社会提供参考。

关键词：合成生物技术生物多样性潜在风险定性评估

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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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共聚物接枝蛋白离子交换色谱介质制备及性能

化工学报 2016年第9期67卷 3738-3746页

作者：张素玲杨葳余林玲白姝孙彦史清洪天津大学化工学院生物化工系系统生物工程教育部重点实验室天津300354

高容量蛋白质色谱介质是色谱过程高效化的材料基础和重要前提。采用原子转移自由基聚合(ATRP)技术,以甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾和甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体化合物合成了多种无规共聚物接枝离子交换色谱介质,并对其蛋白质吸附性能进行研... 详细信息

高容量蛋白质色谱介质是色谱过程高效化的材料基础和重要前提。采用原子转移自由基聚合(ATRP)技术,以甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾和甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体化合物合成了多种无规共聚物接枝离子交换色谱介质,并对其蛋白质吸附性能进行研究。单体总浓度一定情况下共聚物接枝色谱介质孔道半径(r_(pore))随MMA浓度升高而增大,反映出接枝共聚物链渐趋塌陷的特征。蛋白质吸附结果表明,溶菌酶吸附容量取决于介质的离子交换容量;而抗体吸附容量则与r_(pore)及相应的聚合物层厚度变化密切相关。随着聚合物层厚度的增大,聚合物层对抗体的空间排阻作用增强,抗体吸附容量下降。此外,引入MMA优化共聚物分子链可显著提高蛋白质吸附量,在SEP-g S30/M30介质中抗体和溶菌酶的饱和吸附量分别达到237 mg·g^(-1)和380 mg·g^(-1)。无规共聚物接枝离子交换色谱介质孔道内聚合物层厚度和蛋白质吸附也受无机盐浓度调控。

关键词：共聚物接枝离子交换色谱介质原子转移自由基聚合蛋白质吸附高容量抗体

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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化工学院合成微生物学实验室教育部系统生物工程重点实验室教育部合成生物学前沿科学中心天津大学生物安全战略研究中心

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