微生物利用一碳底物生产单细胞蛋白研究进展

世界人口的持续增长导致肉类、乳制品等高蛋白食品的需求大幅增加,给我国食品蛋白的供应带来了较大挑战。微生物能够利用二氧化碳、甲烷、甲醇等一碳化合物生产高质量的单细胞蛋白,这种新型蛋白可应用于食品工业。建立微生物蛋白绿色生物制造的食品蛋白生产体系,对保障国家食物蛋白供给安全十分重要。此外,微生物转化一碳化合物制备单细胞蛋白的过程还可以减少碳排放、缓解温室效应,实现可持续发展。本文主要总结微生物单细胞蛋白在食品工业中的应用;论述近年来微生物利用一碳化合物高效生产单细胞蛋白的研究进展;阐述天然一碳利用微生物的代谢网络机制以及改造前景;展望了利用合成生物学改造微生物从一碳底物生产单细胞蛋白的前景,旨在为微生物单细胞蛋白的商业化生产提供思路。

绿玉树羽扇豆醇合酶基因分离及异源表达

羽扇豆醇是一种重要的五环三萜化合物,具有抗肿瘤、抗感染、抑菌等多种药理活性。从非洲药用植物绿玉树(Euphorbia tirucalli L.)中分离出羽扇豆醇合酶基因EtOSC7,测序结果表明该基因全长2301 bp,编码766个氨基酸,与蓖麻(Ricinus communis)和木览(Bruguiera gymnorhiza)的羽扇豆醇合酶氨基酸序列的相似度分别为78%和76%。利用羊毛甾醇缺陷型酵母GIL77菌株对EtOSC7蛋白进行了功能验证,结果表明该蛋白能够催化羽扇豆醇的合成。以EtOSC7基因为基础,在大肠杆菌和酿酒酵母两种模式菌株中进行了羽扇豆醇生物合成的尝试,结果表明,在重组大肠杆菌中未检测到羽扇豆醇的生成,而在重组酿酒酵母中测得羽扇豆醇的产量为0.55 mg/L。研究结果可以为构建三萜化合物微生物细胞工厂提供新的基因元件,并为羽扇豆醇的生物合成提供理论支持。

塑造低碳经济的第三代固碳生物炼制

目前人类社会面临的两大挑战是如何实现非化石来源化学品和燃料的可持续生产以及如何应对大量二氧化碳排放造成的温室效应。第三代固碳生物炼制利用细胞工厂可将二氧化碳固定为一系列化学品和燃料,有望解决这一问题,从而建立以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济模式。构建可利用二氧化碳的细胞工厂是迈向建立第三代固碳生物炼制平台的重要一步。随着生命科学的飞速发展,越来越多的二氧化碳固定机制被揭示。为了提高固碳效率,研究人员利用合成生物学改造天然固碳途径,并在此基础上设计人工固碳途径,或引入新颖的能源供应模式,甚至使异养模式生物变为合成自养生物。本文将对上述领域进行总结,并讨论微生物固定二氧化碳的主要挑战及其未来前景。

第三代生物炼制的挑战与机遇

化学品和燃料的可持续生产以及缓解温室效应是目前人类面临的两大挑战.传统生物炼制技术可进行石化产品的替代生产,且绿色低碳;然而有些人类活动不可避免地产生碳排放,为了实现碳中和目标,迫切需要发展负排放技术以抵消这些排放.近年来,可直接将二氧化碳转化为燃料和化学品的第三代生物炼制技术为我们塑造低碳经济、实现碳中和提供了一个良好的解决方案.本文首先介绍固定二氧化碳的不同天然途径,随后概述可用于基于合成生物学理念设计的不同人工固碳途径;接着,讨论固碳途径能量的来源,特别强调非生物过程辅助的新型能量供给方式;随后,列举第三代生物炼制的生产实例,并讨论其在工业应用过程中值得注意的问题;最后,展望第三代生物炼制的主要优势和面临的挑战,并对未来的研究方向进行讨论.