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基于酿酒酵母的大片段DNA组装与转移技术进展

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中国生物工程杂志 2022年第7期42卷 101-112页

作者：田方方何博吴毅天津大学化工学院天津300072 教育部合成生物学前沿科学中心和系统生物工程重点实验室天津300072

DNA组装与转移技术是合成生物学的核心使能技术之一,生命体设计改造的复杂度不断提升,使得对大片段DNA组装与转移技术的需求也日益旺盛。小片段DNA的组装与转移技术目前已经比较成熟,大片段DNA由于其分子量大、易断裂,使得体外操作繁琐... 详细信息

DNA组装与转移技术是合成生物学的核心使能技术之一,生命体设计改造的复杂度不断提升,使得对大片段DNA组装与转移技术的需求也日益旺盛。小片段DNA的组装与转移技术目前已经比较成熟,大片段DNA由于其分子量大、易断裂,使得体外操作繁琐且效率低下。聚焦酿酒酵母体内组装和转移的技术进展,详细介绍了基于酿酒酵母一次组装和迭代组装的不同方法,并从导入与导出的角度介绍了大片段DNA的转移技术,便于研究者更好地理解和选择酿酒酵母体内组装与转移技术。此外,还展望了将酿酒酵母开发为大片段DNA组装与转移通用平台实现更多物种基因组大尺度设计改造的愿景。

关键词：大片段DNA组装大片段DNA转移酿酒酵母

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酵母合成虾青素的研究进展

中国生物工程杂志 2024年第6期44卷 116-128页

作者：舒钰洁王颖姚明东肖文海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和系统生物工程教育部重点实验室天津300072

虾青素是一种深红色酮类胡萝卜素,自然界中主要由藻类、细菌和浮游植物产生。作为天然色素和抗氧化物质在日化用品、医药行业、食品保健业、水产畜牧业有广泛应用。相较于天然提取和化学合成,利用异源微生物合成虾青素是一种绿色环保、... 详细信息

虾青素是一种深红色酮类胡萝卜素,自然界中主要由藻类、细菌和浮游植物产生。作为天然色素和抗氧化物质在日化用品、医药行业、食品保健业、水产畜牧业有广泛应用。相较于天然提取和化学合成,利用异源微生物合成虾青素是一种绿色环保、经济高效的方法。概述虾青素生物合成路径,对微生物合成虾青素的研究现状和酵母合成虾青素的工程化策略进行总结,并对未来发展方向进行了展望。

关键词：虾青素类胡萝卜素细胞工厂合成生物学代谢酶酵母

中链脂肪酸毒性机制及耐受性菌株构建研究进展

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中国生物工程杂志 2023年第8期43卷 100-110页

作者：刘梦晓郝雪雁韩紫依房立霞曹英秀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和系统生物工程教育部重点实验室天津300072

中链脂肪酸(medium-chain fatty acids,MCFAs)作为一种重要的平台化学品,被广泛应用到能源、食品和医药等行业。工业微生物发酵生产MCFAs是一条绿色环保的路线,但MCFAs会对微生物细胞膜造成损伤,并导致细胞pH、渗透压失衡及氧化应激,从... 详细信息

中链脂肪酸(medium-chain fatty acids,MCFAs)作为一种重要的平台化学品,被广泛应用到能源、食品和医药等行业。工业微生物发酵生产MCFAs是一条绿色环保的路线,但MCFAs会对微生物细胞膜造成损伤,并导致细胞pH、渗透压失衡及氧化应激,从而严重抑制细胞的生长速率和生产能力。因此,构建MCFAs耐受性工业微生物菌株,有助于进一步提高MCFAs的生产效率。以大肠杆菌和酿酒酵母等工业微生物为例,首先简介了MCFAs对微生物细胞的毒性机制。其次综述了运用膜改造、转运体筛选等理性代谢工程手段构建MCFAs耐受性菌株的相关研究进展,并概括了运用适应性进化、代谢通量分析等方法系统性挖掘MCFAs耐受靶点进而增强菌株耐受性的研究进展。最后对后续提高工业微生物MCFAs耐受性和生产能力的研究方向进行了展望。

关键词：工业微生物中链脂肪酸膜损伤耐受性转运体

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CO_(2)的电驱动还原

化学工业与工程 2021年第5期38卷 1-12页

作者：刘丹马哲刘梦晓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和系统生物工程教育部重点实验室天津300072

CO_(2)的过量排放已威胁到了环境与能源的可持续发展,通过化学或生物手段将其转化为化工原料或生物燃料能够有效缓解由CO_(2)过量排放造成的能源与环境压力。然而CO_(2)的还原过程是非自发且缓慢的,依赖于外部提供的能量和催化剂。如何... 详细信息

CO_(2)的过量排放已威胁到了环境与能源的可持续发展,通过化学或生物手段将其转化为化工原料或生物燃料能够有效缓解由CO_(2)过量排放造成的能源与环境压力。然而CO_(2)的还原过程是非自发且缓慢的,依赖于外部提供的能量和催化剂。如何实现长效的能量供给并针对性开发高性能的催化剂是CO_(2)回收转化技术的重点。利用稳定、清洁的电能作为驱动力,在催化剂的协同下将CO_(2)增值为化学品并实现碳中性循环。这种策略被称为CO_(2)的电驱动还原,在CO_(2)转化方面优势显著。从CO_(2)无机电催化和CO_(2)微生物电合成2个方面综述了近年来CO_(2)电驱动还原的研究进展。首先,对比和讨论了CO_(2)的无机电催化中不同类型的电催化剂的特性,以及优化和改性的手段。其次,总结阐明了微生物电合成中电极与微生物催化剂之间直接和间接的电子传递方式,并重点讨论了不同电子载体(H_(2)、甲酸、天然和人工的氧化还原电子载体)介导的间接电子传递的相关工作。最后总结展望了CO_(2)电驱动还原系统的发展。

关键词： CO_(2)还原电驱动无机电催化微生物电合成

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微生物异源合成植物异喹啉生物碱的新进展

中国生物工程杂志 2019年第11期39卷 123-131页

作者：马雅婷刘珍宁刘雪於洪建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 天津益倍生物科技集团天津300450

植物异喹啉生物碱(plant isoquinoline alkaloids,PIAs)包括吗啡、可待因、加兰他敏及小糵碱等药用活性产物和其他天然活性产物。从植物中提取异喹啉生物碱,受制于低含量、种植季节及提取方法。人们开始研究利用微生物异源合成和改造天... 详细信息

植物异喹啉生物碱(plant isoquinoline alkaloids,PIAs)包括吗啡、可待因、加兰他敏及小糵碱等药用活性产物和其他天然活性产物。从植物中提取异喹啉生物碱,受制于低含量、种植季节及提取方法。人们开始研究利用微生物异源合成和改造天然异喹啉生物碱,从而获得低成本的药用活性物质。异喹啉生物碱合成途径长,反应复杂,为实现微生物异源合成带来了诸多挑战。随着合成途径和酶的解析和鉴定,合成生物学技术为在微生物中合成异喹啉生物碱提供了可能。综述了PIAs合成途径解析的最新进展,以及微生物异源合成PIAs的代谢工程策略,讨论了目前存在的问题和未来的发展趋势。

关键词：植物异喹啉生物碱微生物合成合成生物学代谢工程天然药物

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链霉菌启动子及其应用研究进展

微生物学通报 2023年第8期50卷 3588-3605页

作者：董冀欣周群罗云孜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300072

链霉菌天然产物因其显著的生物活性一直是新药开发的重要来源,测序技术的发展揭示了链霉菌强大的生物合成潜力。链霉菌中多数次级代谢生物合成基因簇(biosynthetic geneclusters,BGCs)在常规实验条件下表达水平低甚至不表达,这使得相关... 详细信息

链霉菌天然产物因其显著的生物活性一直是新药开发的重要来源,测序技术的发展揭示了链霉菌强大的生物合成潜力。链霉菌中多数次级代谢生物合成基因簇(biosynthetic geneclusters,BGCs)在常规实验条件下表达水平低甚至不表达,这使得相关天然产物的开发受到阻碍。原位激活和异源表达是挖掘链霉菌天然产物的有效方式,启动子作为基因表达的“开关”,在其中发挥着重要作用。因此对启动子的研究可以有效地促进BGCs的激活,从而挖掘新天然产物。本文重点阐述了链霉菌启动子的结构特征及其挖掘表征和设计构建的思路,并列举了链霉菌启动子在天然产物开发中的应用,有望为链霉菌生物合成路径的优化以及全新生物活性物质的发现提供思路和方法学参考。

关键词：链霉菌启动子天然产物生物合成基因簇

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代谢工程提高聚酮抗生素产量

中国抗生素杂志 2021年第8期46卷 721-727页

作者：谢荣辉林春燕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

放线菌产生的聚酮类抗生素,由于它强大的抗菌、抗虫、抗免疫排斥和抗肿瘤等生物活性,被认为是一类附加值极高的天然次级代谢产物。目前工业上主要通过微生物发酵的方式进行聚酮抗生素的生产,培育高产优质的菌种仍是关键所在,但同时也面... 详细信息

放线菌产生的聚酮类抗生素,由于它强大的抗菌、抗虫、抗免疫排斥和抗肿瘤等生物活性,被认为是一类附加值极高的天然次级代谢产物。目前工业上主要通过微生物发酵的方式进行聚酮抗生素的生产,培育高产优质的菌种仍是关键所在,但同时也面临巨大挑战。近年来,随着生物合成途径的解析、系统生物学发展,利用前体工程、转录调控、多组学技术、异源表达等策略显著提高了聚酮抗生素的产量,推动了抗生素工业的发展。本文综述了最近代谢工程策略在聚酮抗生素的研发应用,并展望了未来的发展趋势。

关键词：聚酮类抗生素放线菌天然产物代谢工程合成生物学

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酵母有丝分裂染色体异常分离机制

生物技术通报 2021年第12期37卷 227-234页

作者：魏文青谢泽雄天津大学化工学院系统生物工程教育部重点实验室教育部合成生物学前沿科学中心天津300072

有丝分裂是真核生物细胞遗传和增殖发育的基础,主要分为S期和M期,其中M期是细胞分裂和遗传物质传递的重要过程。染色体的正确分离受到多种细胞机制的高度调控,是保证子代细胞遗传信息完整性的关键。本文主要以典型的真核生物酵母细胞为... 详细信息

有丝分裂是真核生物细胞遗传和增殖发育的基础,主要分为S期和M期,其中M期是细胞分裂和遗传物质传递的重要过程。染色体的正确分离受到多种细胞机制的高度调控,是保证子代细胞遗传信息完整性的关键。本文主要以典型的真核生物酵母细胞为研究模型,综述了酵母在有丝分裂过程中染色体分离异常形成非整倍体的具体机制。分别包括纺锤体组装监控机制失效、姐妹染色单体黏结蛋白缺陷、动粒-纺锤体微管结合错误和多中心体途径4个方面。并讨论了非整倍体现象对酵母细胞造成的影响,以期更好的理解非整倍体酵母的生理及遗传特性。

关键词：酵母非整倍体染色体异常分离有丝分裂

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微生物细胞工厂合成甲基萘醌的研究进展

科学通报 2022年第34期67卷 4055-4067页

作者：孙盼星李锋宗奕吾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 天津大学青岛海洋技术研究院青岛266237

甲基萘醌又称维生素K2,是人体必需的维生素之一,可以有效预防和治疗维生素K2缺乏性出血症、骨质疏松症、心血管疾病、慢性肾病等疾病,因此在食品和药品等领域有重要的应用价值.甲基萘醌的合成方法有两种:化学合成和生物合成.化学合成法... 详细信息

甲基萘醌又称维生素K2,是人体必需的维生素之一,可以有效预防和治疗维生素K2缺乏性出血症、骨质疏松症、心血管疾病、慢性肾病等疾病,因此在食品和药品等领域有重要的应用价值.甲基萘醌的合成方法有两种:化学合成和生物合成.化学合成法的产率低下、分离过程复杂等缺点限制了其规模化应用,而生物合成则利用可以天然合成甲基萘醌的微生物来生产甲基萘醌,具有操作简单、产物易分离等优点.本文首先总结了甲基萘醌生物合成过程及代谢途径的概况,包括底物摄取途径、莽草酸途径、萜烯骨架途径和甲基萘醌途径的研究进展.其次,针对这些途径的代谢工程改造,总结了大肠杆菌和枯草芽孢杆菌两种细胞工厂应用了哪些代谢工程策略,并介绍了限制甲基萘醌合成的关键途径和已构建的微生物细胞工厂合成甲基萘醌的产量情况.最后,比较了两种细胞工厂的工业应用价值,并对未来提高细胞工厂的产物合成能力进行了展望.

关键词：甲基萘醌代谢途径代谢策略微生物细胞工厂