代谢工程改造酿酒酵母发酵生产β-胡萝卜素

β-胡萝卜素属于多烯烃类,是水果和蔬菜中含量最高的类胡萝卜素,能够预防并减轻心脏病,白内障和癌症等疾病,市场需求量较大,利用生物合成法生产β-胡萝卜素具有较好的应用前景。胞质乙酰辅酶A是β-胡萝卜素合成的重要前体,如何提高胞质乙酰辅酶A的含量是高效合成β-胡萝卜素的关键。该研究利用米曲霉(Aspergillus oryzae)来源的ATP-柠檬酸裂解酶基因(ATP-citrate lyase,ACL)转化出发菌株ZS20,同时过表达酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)自身CAB 1基因,从而增加胞质乙酰辅酶A含量,β-胡萝卜素产量显著提高,菌株L5的摇瓶发酵产量达到333.3 mg/L,是出发菌株的2.1倍。在此基础上,菌株L5回补缺陷的腺嘌呤、赖氨酸、亮氨酸和色氨酸合成关键基因得到菌株L11,β-胡萝卜素摇瓶发酵产量为378.1 mg/L。经发酵罐发酵优化后,产量提高到1152.7 mg/L。

代谢工程改造酿酒酵母高效合成熊果酸

熊果酸是一种五环三萜类化合物,具有抗炎、抗氧化等作用,广泛应用于医药、化妆品等领域。为提高酿酒酵母中熊果酸的产量,该研究采用了代谢工程的“推-拉”策略。首先,通过异源表达和优化CADDS、CaCYP716A83和HtCPR,实现了熊果酸的从头合成,其产量为5.4 mg/L。随后,通过扩大内质网面积,为膜蛋白酶提供更多的附着面积,熊果酸产量达到40.3 mg/L。由于熊果酸合成路径中涉及多个氧化还原反应,NADPH是必需的辅因子,强化NADPH供给后,熊果酸产量提升至48.2 mg/L。此外,通过优化电子传递链,利用细胞色素b5参与第二个电子向P450酶转移,增强反应中的电子供给,熊果酸产量达到74.6 mg/L。最后,将扩大内质网、增强NADPH及电子传递、调节CaCYP716A83和HtCPR拷贝数等策略进行迭代整合,熊果酸产量达到84.3 mg/L。该研究为构建高效合成萜类化合物的微生物细胞工厂提供了参考。

细胞培养肉高效合成的生物学基础与技术挑战

随着社会发展水平的不断提升,全球肉制品消耗量快速增长。细胞培养肉是农业食品科技的一场革命,随着国际上细胞培养肉工程化技术的迅速发展,国内在这方面的差距逐步显现。本文综述细胞培养肉高效合成的生物学基础,包括动物细胞功能维持与发育过程机制,关键生长因子解析与生物合成,细胞大规模低成本培养关键技术以及细胞培养肉食用品质提升的生物学过程,讨论细胞培养肉工业化制造面临的技术挑战,并对细胞培养肉技术的未来重点攻关方向进行展望,为实现细胞培养肉的可持续生物制造提供理论和实践依据。

土木工程施工过程中的监理管理要点分析

本文旨在探讨土木工程施工过程中监理管理的关键要点。通过对基坑施工、模板支撑系统、施工用电、安全防护以及脚手架搭设等方面的监理监控要点进行深入分析,本文揭示了监理在保障施工质量和安全方面的重要作用。同时,结合施工机具监理监控的具体实践,本文强调了监理管理的系统性和科学性。最后,本文提出了优化监理管理策略的建议,以期为提高土木工程施工管理水平提供理论支持和实践指导。

影响茂名热带气旋降雨特征分析

为了降低广东省茂名市台风降雨预报难度,文章整合了1990-2019年的热带气旋路径及茂名气象数据资料,通过数理统计、线性回归等手段,剖析了影响茂名的热带气旋演变特性,发现茂名台风数量变化存在显著的6~8年周期波动。运用模糊数学与空间区域分析,对台风进行分类,并针对各类台风构建了降雨预报数理支撑模型。研究发现,Ⅱ区型台风占比最高,达58.7%,而Ⅳ区型台风仅占2.0%。各类台风的降雨预报模型揭示了台风强度、登陆地点及与茂名降雨量的关系,为提升预报精度和防灾减灾提供了支撑。

酿酒酵母代谢工程改造高效合成齐墩果酸

齐墩果酸因其在保肝、抗炎和抗肿瘤等方面具有突出的生物活性,已被广泛应用于医药领域。目前,齐墩果酸植物提取法效率低,微生物合成法受途径中异源细胞色素P450酶表达水平低和电子传递不平衡等限制,导致齐墩果酸生产无法满足市场需求。该研究以实验室保存的一株敲除GAL 80的酿酒酵母菌株出发,构建了齐墩果酸前体物质β-香树脂醇的合成路径,并通过对甲羟戊酸途径及角鲨烯合成途径关键基因进行过量表达,得到一株β-香树脂醇产量为125.8 mg/L的菌株。以该菌株为底盘,导入适配性较高的产齐墩果酸的CYP716A12和ATR1基因,成功构建了齐墩果酸合成途径。通过平衡途径中CYP716A12和ATR1的表达,发现高的CYP716A12∶ATR1表达比率有利于提高齐墩果酸产量。结合增强乙酰辅酶A供应和NADPH再生,齐墩果酸摇瓶水平和5 L-发酵罐水平产量分别达到304.0 mg/L和680.8 mg/L,为目前报道最高产量。该研究为利用酿酒酵母合成齐墩果酸和下游产物相关研究奠定了基础。

代谢工程改造酿酒酵母合成玉米黄质

玉米黄质是一种类胡萝卜素,在很多领域都有一定的应用。该研究在前期构建的脂质体积累酿酒酵母的基础上,表达玉米黄质合成酶,初步得到一株能够积累玉米黄质的酿酒酵母工程菌。进一步优化补料碳源、补料时间和补料方式,最终在5 L的发酵罐从48 h开始以指数流加的方式流加葡萄糖,得到玉米黄质的产量为47.7 mg/L。综上,该研究构建了一株高产玉米黄质重组菌并对其进行了发酵验证,研究结果为后续进行发酵优化提供了基础以及改进的方向。

乳铁蛋白的重组表达系统及法规管理现状概述

乳铁蛋白是一种铁结合糖蛋白,广泛存在于哺乳动物的乳汁和黏膜分泌物当中。乳铁蛋白具有广谱抑菌、抗病毒、免疫调节等生理功能,在婴幼儿配方乳粉、营养补充剂、化妆品等领域都有应用。近年来,随着基因工程技术的不断发展,来自不同物种的乳铁蛋白在常见的原核体系、真核体系与转基因哺乳动物中均得到了成功表达,重组产物的表达量及其与天然乳铁蛋白的结构相似度也在不断提升。该文对乳铁蛋白的生物学活性、重组表达系统以及目前的法规管理情况进行综述,并讨论了重组乳铁蛋白的研究难点和未来发展方向。

重组大肠杆菌全细胞催化合成NMN

基于前期研究构建的一株能以烟酰胺(nicotinamide,NAM)和葡萄糖为底物高产β-烟酰胺单核苷酸(β-nicotinamide mononucleotide,NMN)的大肠杆菌工程菌株Escherichia coli BL21(DE3)-NF017,采用全细胞催化方式进行NMN合成。首先,在摇瓶水平上对菌株培养过程的发酵培养基类型、诱导温度和诱导剂异丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷(IPTG)浓度,以及全细胞催化过程的反应体系初始pH、反应温度和底物NAM与葡萄糖的添加比例(质量浓度比)进行了优化,在最优条件下,NMN的生成量(质量浓度)达1.84 g/L。为了进一步提高NMN的生成量,在5 L发酵罐上对全细胞催化过程中溶氧水平和底物NAM的流加方式进行控制和优化。最后,应用恒定速度流加NAM的补料模式,NMN的生成量提高至12.24 g/L,底物NAM的摩尔转化率达85.65%。该研究结果为应用全细胞催化法生产NMN提供了一定参考。

代谢改造大肠杆菌合成8-异戊烯基山奈酚

8-异戊烯基山奈酚(8-prenylkaempferol,8-pk)是一种黄酮类化合物,具有抗炎、抗癌等药理活性。目前8-pk的生物合成主要通过植物来源的异戊烯基转移酶(prenyltransferases,PTs)催化山奈酚(kaempferol,Kae)实现。然而植物源的PTs自身含有的信号肽会极大阻碍其在原核生物中异源表达和高效催化,且催化途径中前体物质二甲基烯丙基焦磷酸盐(dimethylallyl pyrophosphate,DMAPP)的供给不足严重限制了8-pk的生物合成产量。该研究以大肠杆菌(Escherichia coli)为底盘细胞,通过强化前体DMAPP供应和截短异戊烯基转移酶信号肽实现了8-pk的高效合成。首先,在E.coli BL21(DE3)中游离表达了淫羊藿来源的异戊烯基转移酶(EkF8DT),并引入异戊烯醇利用途径提升了EkF8DT的前体DMAPP的供应,8-pk产量达到2.14 mg/L。随后,通过AlphaFold2预测了EkF8DT的结构,将EkF8DT N端截短60个氨基酸时8-pk产量最高,达到6.46 mg/L。通过将EkF8DT的N端融合蛋白质标签以及优化发酵条件产量达到24.28 mg/L,最终在5 L发酵罐中8-pk产量达到44.33 mg/L,这是目前报道的较高水平。该研究为8-pk等类黄酮异戊烯基化的高效生物合成提供了策略。

基于径向基神经网络和遗传算法的聚-γ-谷氨酸发酵培养基优化

为了提高聚-γ-谷氨酸(PGA)的产量,采用正交设计方案对发酵培养基组分中谷氨酸、葡萄糖、柠檬酸、甘油的配比进行试验设计,运用径向基神经网络建立PGA产量与培养基组分浓度之间的预测模型,采用遗传算法对此模型进行全局寻优,得到四种主要组份的最佳配比:谷氨酸21.2g/L、葡萄糖75.4g/L、柠檬酸7.2g/L、甘油10.8g/L,PGA产量达到12.8g/L,采用上述方法优化后的培养基使PGA的产量原始培养基提高了39.1%。

葡萄糖酸钠对光滑球拟酵母CCTCC M202019能量代谢和丙酮酸积累的影响

在好氧条件下,光滑球拟酵母(Torulopsis glabrata)CCTCC M202019能够利用葡萄糖酸钠为唯一碳源生长并积累少量丙酮酸。在含有90 g/L葡萄糖的培养基中,16 h时添加10 g/L葡萄糖酸钠,与100 g/L葡萄糖作为唯一碳源的对照组相比,细胞质量浓度、葡萄糖消耗速率、丙酮酸生产强度分别提高7.96%、13.04%和32.81%;其原因在于葡萄糖酸钠的添加,使胞内NAD+浓度提高了29.73%,NADH/NAD+比值和ATP含量分别下降26.89%和8.50%,此变化显著缓解了NADH和ATP对于糖酵解途径的抑制作用,从而显著加快糖酵解速率。

基于ZigBee无线传感网络的猪舍监控系统

针对现代养猪场建设地点空旷偏僻、猪舍环境复杂、布线困难等问题,设计了一种基于ZigBee无线传感网络的猪舍监控系统。通过在猪舍内部安装各类传感器组成ZigBee无线网络系统,以RT5350主控芯片为核心的嵌入式网关负责数据的汇总和转发,及时将猪舍环境参数传输到上位机监控系统。局域网客户端可以通过连接WIFI监控实时数据,远程用户可以通过连接Internet查看实时数据,实现环境、设备和人之间的信息交换。实际测试表明:该系统能够可靠和高效地传输猪舍各类参数信息,猪舍内各调控设备运行稳定,提高了生猪养殖的科学化水平,具有良好的应用前景。

基于ZigBee无线网络的用电信息采集系统设计

针对用电信息采集系统中的通信模块线路铺设复杂,信息传输不理想等问题,设计开发一种基于ZigBee无线网络的用电信息采集系统。利用ZigBee技术,以国家电网公司电力用户用电信息采集系统标准为依据,通过分析网络通信需求,将电表与ZigBee路由器、协调器等硬件结合,在试验区域中组建ZigBee网状无线网络进行测试。实际测试表明:该系统能够准确、快速的传输用户的用电信息,通过ZigBee自组网特性,降低了布线难度、扩展了实用功能,具有良好的应用前景。

未来食品的发展:植物蛋白肉与细胞培养肉

随着人们对健康、环保及美味食品追求,未来食品成为食品领域研究人员和民众广泛关注的话题。生物科学与食品技术的快速发展,越来越多的未来食品将走向人工合成制造的道路,成为今后很长一段时期内食品高技术发展的引导与驱动。合成生物学与食品科学技术在人造肉等未来食品定制化生产方面已经取得了一系列突破,并开始逐步实现商业化,成为现有传统农业与食品行业的有效补充和替代。作者以植物蛋白肉、细胞培养肉等典型的未来食品为例,通过分析其生物制造过程中的关键任务和主要挑战,综述合成生物学、组织工程、发酵工程等生物技术在未来食品中的应用,进一步展望了未来食品在生物制造中多学科交叉集成的前景。

新一代发酵工程技术:任务与挑战

在过去的几个世纪,发酵工程经历了以生产食品等生活资料为主的自然发酵过程,转变为以生产生活资料和工业基础资料并重的代谢控制发酵过程。在此过程中,发酵工程经历了天然发酵阶段、纯种发酵阶段、深层发酵阶段等,在菌种选育、过程控制、分离技术等方面有了长足发展。近30年来,生物技术的迅速发展,为新时代发酵工程的发展提供了重要的基础,使得科学家和工程技术人员可以利用发酵工程实现更多的目标,实现对其他行业的支撑作用,如医药行业、食品工业、农业和畜牧业、能源与材料、纺织、造纸与皮革工业、日化行业、环境生态等。进入21世纪,人类的可持续发展与生态环境、资源能源等矛盾日益突出,如何发挥发酵工程的关键作用,也是发酵工程研究人员的一个主要任务。系统生物学、合成生物学、生物信息技术、先进材料科学的发展,也给发酵工程带来了很多革命性的提升。采用先进的生物技术,可以实现好氧发酵转厌氧发酵、发酵食品微生物群落的人工合成、构建自养型微生物发酵工厂、人工合成酶等一系列前所未有的转变,发酵工程可以更好完成未来更为艰巨的挑战。

人造肉大规模生产的商品化技术

近年来随着人们对健康、环保及美味食品的追求,我国肉类农产品的供求出现了严重的不平衡。因此,以细胞工厂为基础的人造肉将成为未来农产品生产的发展趋势。虽然目前利用细胞培养已经可以获得一定量的动物肌肉组织,但相关产品的市场认可度还很低。根本原因是现阶段人造肉制品还无法逼真模拟真肉的品质。要想生产符合大众需求的人造肉制品,必须要对人造肉制品进行一系列的商品化加工和重塑成型处理。目前最新的研究成果已经可以通过添加合成的血红蛋白、香味物质等食品添加剂,优化肉制品中各组分的比例和3D打印技术初步实现人造肉制品的商品化。基于此,本文总结了国内外可以用于人造肉制品商品化的技术和相关研究进展,为实现人造肉制品大规模的市场化生产提供参考。

人造肉生产技术相关专利分析

对近年来国内外关于人造肉生产技术相关的专利申请状况进行了分析,通过对历年专利申请趋势、主要申请人和发明人、专利布局情况的统计和对重点专利技术内容的解析,力求能全面系统地反映包括植物蛋白肉和细胞培养肉生产技术、人造肉商品化技术、人造肉重塑成型技术领域专利技术的发展及现状,寻找相关专利技术在发展中还存在的问题,并针对这些问题提出了下一步的研究方向,以期对尽早实现我国人造肉的规模化生产提供参考。

生物传感器在食品检测领域的应用研究进展

近年来食品安全事故频繁发生,食品的安全问题被广泛关注。现阶段,谷物、蔬菜、水果等农产品的种植及采摘后的加工处理过程虽均在相对安全卫生的条件下进行,但因环境污染及使用化学药品处理,处理后的食品是否依旧安全可靠存在较大的不确定性。传统食品检测技术操作复杂、专业性强、仪器设备贵且无法实现现场操作,而生物传感器操作简单、可重复性好、易于实现快速的现场检测且检测成本低,近年来在食品安全检测方面被广泛研究利用。本文主要阐述了生物传感器在食品检测中的重金属离子、H2O2、生物毒素、食源性致病菌、有机磷农药残留、动物源药物残留等方面的应用,并简述了生物传感器在建立过程中所存在的问题,可为日后生物传感器在食品安全检测方面的进一步研发利用提供参考。

微生物合成黄酮类化合物的研究进展

目前,工业生产黄酮类化合物面临价格昂贵等一系列问题,因此用微生物廉价生产黄酮类化合物具有重要意义。近年来系统代谢工程的出现,提供了一个全新的角度来解决传统受限制的生物工业过程。介绍了利用代谢流调控、强化前体物质积累等代谢工程策略,实现微生物法生产黄酮类化合物的国际研究状况,希望对解决目前大规模生产黄酮类物质存在的限制和挑战提供参考。