面向微生物遗传操作的编辑序列设计工具的研究进展

以同源重组、CRISPR等为代表的遗传操作技术是合成生物学的重要支撑技术。高效准确的遗传操作依赖于可准确定位编辑位点和实现序列改造的编辑序列(如引物序列、同源臂序列、sgRNA序列等)。由于遗传改造目标与遗传操作技术丰富多变,加之近年来基于生物铸造厂(BioFoundry)的自动化遗传改造模式对高通量设计的需求日益增加,使得通过计算机辅助设计工具实现精准快速的编辑序列设计愈发重要。本文针对不同阶段实现不同目标的微生物遗传操作技术和相应的编辑序列辅助设计工具的发展进行了综述。按照不同编辑序列类型和遗传操作应用场景,将编辑序列设计工具划分为四种类型:引物设计工具、DNA组装的设计工具、sgRNA设计工具、基因组编辑的全流程设计工具,对各类编辑序列设计工具的应用及存在的问题进行了分析总结并对未来的研究方向进行了展望。编辑序列设计工具的发展将有助于实现合成生物学“设计—构建—测试—学习”(designbuild-test-learn,DBTL)工作循环中上游的基因型“设计”与下游“构建”两个关键环节之间的无缝衔接。

甲酸微生物转化研究进展

“碳达峰、碳中和”是我国提出的重要战略目标。到2060年,在保持我国经济中高速增长的前提下,要实现生产、生活等各类活动排放的二氧化碳等温室气体,与生物固定转化及其他技术固存的二氧化碳量互相抵消,即“排放”与“吸收利用”达到平衡,挑战巨大。如何开展二氧化碳的高效减排、捕集和利用,促进双碳目标的实现,已经成为科研界和产业界共同关注的重大课题和迫切任务。目前已发现6条天然的固碳途径,但普遍存在固碳效率低、改造困难等问题。近年来,随着电化学技术的发展,二氧化碳化学转化为甲酸的技术已日渐成熟,以甲酸为底物的生物转化成为生物固碳领域的热点研究方向。本文系统总结近年来在甲酸生物转化途径改造和重构,与之匹配的还原力供给方式以及甲酸自养型菌株构建等方面的最新研究进展,并探讨甲酸生物转化中的主要问题和突破方向。

微生物单细胞分离方法研究进展

自然界中大多数微生物处于未培养状态,被称为“微生物暗物质”。随着微生物单细胞分离方法的不断更新,利用新技术、新方法应对微生物纯培养的挑战获得了重要进展,这些新的分离及培养策略对推动微生物资源学的发展具有重要意义。尽管宏基因组学和基因组学数据相关成果日益增多,但微生物单细胞的分离与培养对于系统研究微生物的生态功能、遗传进化等仍至关重要。本文主要概述了目前使用的或正在研发的膜扩散培养法、微流控分选、荧光激活细胞分选、单细胞拉曼分选、光镊技术、显微操作技术等单细胞分离技术的原理与应用,及其在微生物单细胞分离和培养方面的优点与不足,同时展望了这些单细胞分离技术未来的发展和应用前景。

酵母菌专栏序言Ⅱ:中国科学院微生物研究所酵母菌资源、遗传、功能改造及应用研究简况

酵母菌作为单细胞真核微生物,既是研究真核生物基本生命过程及其调控机制的经典模式系统,也是生物技术和生物制造领域非常重要的功能微生物和微生物细胞工厂。20世纪30年代以酿酒酵母Saccharomycescerevisiae为模式系统研究真核生物生物学特征及其变化规律日益受到重视,70年代后分子生物学技术推动了酵母菌分子遗传学研究的快速发展,特别是1996年酿酒酵母基因组计划（Yeast Genome Project）的完成,以酿酒酵母为模式系统的真核生物基因功能及其表达调控机制、生理代谢途径及其调控机理等的研究取得了巨大的进展，并建立了一系列新的技术和方法，推动了酵母菌生理和代谢功能的改进和工业化应用。

微生物对经济社会发展的影响研究

微生物关系到人类健康并影响整个地球生态系统,微生物技术广泛影响医药健康、工农业、生态环保等领域。从微生物到微生物组,科学技术发展正在更新人类对微生物世界的认知和理解,颠覆传统理论,而基于微生物组技术形成的新生产力和颠覆性技术,对经济社会发展产生重要影响,并促进产业结构调整,正在成为新的经济增长点。

代谢工程改造微生物生产芳香族化合物的研究进展

芳香族化合物广泛应用于化学工业。利用代谢工程改造微生物生产各种芳香族化合物越来越受到人们的关注。通过理性改造,微生物可以定向地大量积累人们需要的各种芳香族化合物。此外,通过设计新的反应途径并引入外源基因,可以拓宽微生物生物合成的产物谱,获得某些具有重要应用价值的新的芳香族化合物。这些研究成果对解决化石能源危机和环境可持续发展问题具有积极意义。本文中,笔者主要对近年来微生物生产各种芳香族化合物的最新研究进展及相应的代谢工程改造策略进行综述,为开展相关研究提供参考。

生物光伏:环境友好的新型太阳能利用技术

生物光伏利用可自我更新的光合细胞作为光电转化材料,是一种环境友好的新型太阳能利用技术。生物光伏包括光合细胞中的光化学反应、细胞与电极间的跨膜电子传递、生物电化学系统中的电流产生三个核心过程。光合细胞的天然跨膜电子传递效率较低,成为了生物光伏电能输出的主要限制因素。针对这一问题,近年来研究人员发展了一些新的跨膜电子传递策略,包括基于外源电子载体的间接电子传递、基于导电纳米材料的杂合电子传递以及基于合成微生物组的定向电子传递。本文简要回顾了生物光伏的发展历史,综述了不同电子传递策略的基本原理、优势和不足,总结了提高生物光伏电能输出的研究进展。最后,探讨了生物光伏在高功率电子器件领域的应用前景,及如何利用合成生物技术增强跨膜电子传递效率,以期加速生物光伏的发展。

种植模式对科尔沁沙地土壤微生物群落的影响

针对科尔沁沙地土壤质量退化、花生连作障碍问题,于辽宁省农业科学院章古台试验站进行田间定位实验,设置玉米(Zea mays L)-花生(Arachis hypogaea)-玉米轮作(L1)、花生-玉米-花生轮作(L2)、玉米连作(YL)和花生连作(HL)4种种植模式,采集0-20cm土层土壤样品,采用磷脂脂肪酸法(PLFA)分析土壤微生物群落结构组成及多样性,测定土壤可培养微生物数量及土壤微生物量碳氮磷含量。结果表明:L1和L2模式下土壤微生物群落总丰度、细菌群落丰度、真菌群落丰度、放线菌群落丰度均显著高于YL和HL。主成分分析与冗余分析结果表明,L1和L2与土壤微生物量碳氮磷含量、土壤微生物各菌群丰度呈正相关;土壤可培养微生物总量与土壤总PLFA含量正相关。综上,轮作引起的土壤微生物群落丰度的变化是土壤微生物量碳氮磷累积的驱动因素。花生-玉米轮作种植能有效改善土壤微生态环境、缓解花生连作障碍。

高生物量富铁酵母菌的选育及其发酵条件的研究

对 4 0 2株不同种属的酵母菌株进行初筛、复筛 ,筛选到一株生物量较高的二倍体菌株ZY 4 6 (Saccharomycescerevisiae)和一株铁富集量较高的二倍体菌株ZY 173(Saccharomyceskluyveri)。然后以它们为出发菌 ,分别进行单倍体分离、硫酸二乙酯 (DES)诱变 ,并通过原生质体融合 ,得到一株高生物量富铁酵母融合菌株ZYF 15。在优化的发酵条件下 ,该融合菌株生物量可达 11.2 g L ,细胞铁含量达 2 4 .5mg g干细胞 ,细胞总铁含量分别比原始亲株ZY 4 6和ZY 173提高了 2 .6倍和 1.

生物整治技术进展

综述了对于污染位点的难降解污染物和生物外源性污染物进行降解的原理与技术进展．生物整治的基本原理是对于具体的污染位点，应根据有利于污染物毒性降低和生物可利用性增加以及微生物活性增加３个原则选择适当的治理措施．文中述及的原位和非原位生物整治技术包括：添加营养，接种外源降解菌，生物通气，土地处理，堆肥式处理，生物堆层和泥浆技术．还讨论了收集场地信息和评价治理效果的方法．

我国马铃薯甲虫生物防治技术研究进展

【目的】为我国马铃薯甲虫生物防治技术的研究和应用提供依据。【方法】回顾和总结近年来我国在马铃薯甲虫生物防治技术研究与应用取得的主要成果。【结果】筛选了2.5%菜喜、48%催杀(多杀菌素)、70%艾美乐等多种高效生物制剂,药后20 d防效可达90%以上。对马铃薯甲虫生防资源研究表明在发生区捕食性天敌有46种,其中中华草蛉、蓝蝽、蜀敌蝽、多异瓢虫等是主要捕食性天敌;分离鉴定的主要病原微生物为球孢白僵菌,广泛分布于发生区;研制出300×108活孢/g的白僵菌可湿性粉剂和100×108/g白僵菌油悬浮剂田间综合防效约80%;研制出马铃薯甲虫的工程菌制剂喷施80 g/667 m2药后20 d田间防效达90%。在寄主植物中发现了具有高度引诱活性物,人工合成了马铃薯甲虫聚集素,植物引诱剂与聚集素混合后田间诱杀效果达83.33%～88.33%。在国内外首次发掘了与马铃薯甲虫保幼激素合成相关的致死基因,利用RNA干扰技术研究开发出了具有高效、低毒、专一性强的胃毒剂。构建了含cry1Ba3携带基因的单价植物表达载体和cry3A+vhb(透明颤菌血红蛋白)的双价植物表达载体,转Bt抗虫基因的马铃薯植株经室内生物测定和田间释放,均表现出极高的抗虫活性和优异农艺性状,可作为抗虫的育种材料。【结论】近年来取得的多项新型生物防治技术和产品具有较强的先进性和实用性,不仅可有效控制马铃薯甲虫危害,对马铃薯甲虫抗药性治理也具有重要意义。

非核糖体肽类化合物的组合生物合成策略研究进展

很多微生物能够利用非核糖体肽合酶合成结构复杂、种类繁多、生物活性多样的小分子肽类化合物。组合生物合成是对控制抗生素生物合成的基因簇进行阻断、置换、重组或异源表达等遗传操作,从而达到利用生物技术和环境友好的手段构建化合物衍生物库的目的。组合生物合成在增加天然活性化合物的数量,改良天然化合物的生物学活性,提高天然化合物的产量,开发创新药物和酶制剂等领域都具有重要应用价值。近年来,非核糖体肽的组合生物合成研究取得了重要进展。本文就非核糖体肽合酶的组合生物合成研究策略,从模块定点突变、替换、插入、删除、模块"洗牌"与异源表达等角度进行了综述。

营养因子强化麦角硫因生物合成的研究

以糙皮侧耳CGMCC 6232菌丝体深层发酵制备麦角硫因,通过向发酵培养基中添加不同种类及浓度的无机盐、维生素、生长调节剂、有机酸、氨基酸等营养因子,考察对麦角硫因合成积累的影响,研究可能的前体氨基酸对麦角硫因生物合成的影响规律。结果表明:添加氯化铵、硝酸铵、叶酸、VB1、吲哚丁酸、丙酮酸、柠檬酸、谷氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸、组氨酸和甜菜碱对麦角硫因的合成有一定的促进作用,其中以发酵第4天向发酵液中添加15 mmol/L蛋氨酸最利于麦角硫因的合成,发酵液中麦角硫因的含量达192.4 mg/L,比对照组(102 mg/L)提高了88.6%。

海洋真菌来源吲哚生物碱类化合物的结构和活性研究

近年来,海洋真菌因其能够产生大量结构新颖、活性显著的代谢产物而受到广泛关注。本文综述了1991—2010年间从海洋真菌分离得到的134个新吲哚生物碱的结构和活性研究情况,其中包括fumitremorgin类19个、notoamide类22个、细胞松弛素类18个、吲哚喹唑啉类9个、吲哚萜类11个、肽类及其他单吲哚类21个和双吲哚类化合物34个。海洋真菌来源的吲哚生物碱不仅结构奇特,并且表现出多种重要的生物活性,具有潜在的研究和应用价值。

印度:力图成为亚洲生物产业的隐形冠军

生物技术产业始终是印度政府扶持的重点。1986年印度就设立了生物技术部(DBT),协调和管理生物技术产业。2007年11月印度启动实施《国家生物技术发展战略》,对生物技术的政府投入达到每年3.2亿多美元,增长了3.5倍。同时,印度力图通过完善创新体系、实施产业促进计划、加强人才队伍建设、出台优惠政策、强化产学研协同创新、吸引跨国企业进驻等措施,加速生物科技和产业发展。2005年印度有生物技术公司800多家,2006年生物产业收入的58%来自出口。外包服务、生物信息技术产业等是其优势领域。

芳香族化合物生物降解的研究进展

本文综述了以苯、取代苯、联苯和多环芳烃为代表的芳香族化合物的生物降解途径 ,其共同之处在于经过两步双加氧酶作用 ,生成二醇和开环。两步双加氧酶分别为芳环羟基化双加氧酶和芳环断裂双加氧酶。以甲苯途径为代表讨论了芳香族化合物的分子生物学研究情况。代谢工程研究是九十年代兴起的芳香族化合物生物降解的研究内容 ,通过对甲苯途径的代谢工程研究明确了途径中的关键酶 ,并通过对关键酶的活性提高使整个途径的代谢流增加。

合成生物制造进展

合成生物制造是以合成生物为工具进行物质加工与合成的生产方式,有望彻底变革未来医药、化工、食品、能源、材料、农业等传统模式,触发新的产业变革,引领新的产业模式和经济形态,重塑碳基物质文明。合成生物制造具有清洁、高效、可再生等特点,能够减少工业经济对生态环境的影响。本文综述了近年来合成生物制造在大宗发酵产品、精细与医药化学品、可再生化学品与聚合材料、天然产物、未来农产品以及一碳原料利用方面的重要进展,对各领域代表性重大产品的技术进展及产业应用状况与潜力进行了探讨。未来,随着合成生物学发展,以及与人工智能、大数据等新技术的融合,通过合成生物制造可以获得更多的生物基产品,促进生物经济形成,更好地服务于人类社会的可持续发展。

海洋真菌Eurotium amstelodami SCSIO 151二酮哌嗪吲哚生物碱类次生代谢产物的研究

利用色谱层析技术从海洋真菌SCSIO 151的乙酸乙酯提取物中分离得到5个echinulin类生物碱,经MS及NMR波谱数据分析,分别鉴定为variecolorin G(1)、isoechinulin A(2)、isoechinulin B(3)、neoechinulin E(4)、neoechinulin B(5)。菌株SCSIO 151经18s r DNA序列分析比对鉴定为Eurotium amstelodami。本文首次报道了海洋真菌Eurotium amstelodami SCSIO 151固态发酵生产echinulin类生物碱。

通辽市生物多样性资源评价研究

通辽市地理环境过渡性特征明显,生态系统复杂多样,典型性和特殊性明显,生态系统对水源涵养功能、风沙源防控关键、维系区域民生、社会稳定等发挥了重要作用。本文依据定量与定性相结合的方法,从生态系统、植物多样性、动物多样性、真菌多样性、湿地生物多样性、农业生物多样性等各方面对通辽市生物多样性资源开展评价,综合评价结果为通辽市生物多样性保护与利用提供了重要参考。

5-氨基乙酰丙酸生物合成技术的发展及展望

5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)是生物体内天然存在的一种功能性非蛋白质氨基酸,在医药保健和农牧领域具有重要的应用价值。尽管化学合成技术率先打通了5-ALA的制备路线,但工艺的复杂性和高成本问题,限制了其生产规模和应用推广。随着生物技术的兴起,生物合成作为一种绿色替代技术成为解决上述问题的突破口。本文回顾了近50年来5-ALA生物合成技术的发展历程,综述了5-ALA生物合成的3种主要策略,即天然菌株诱变筛选、利用重组外源C4途径的工程菌株催化合成以及基于代谢工程的高效细胞工厂构建,总结了每种策略的技术特点和主要问题,重点介绍了代谢工程改造策略和合成生物技术在5-ALA微生物细胞工厂开发中的应用和研究进展。在此基础上,本文进一步分析了限制5-ALA生物合成的瓶颈,阐述了血红素合成代谢的复杂调控作用和多底物的协同供给在5-ALA生物合成中的重要作用,并从新靶点、新底盘和新技术策略的角度,对合成生物学时代5-ALA生物合成技术未来的发展进行了展望。