从单酶催化到多酶级联催化--从王义翘教授在酶技术领域的贡献说开去

作为国际生物工程和生物技术领域的奠基人和业界泰斗,麻省理工学院王义翘教授几十年来的研究涵盖了生化工程的上、中、下游的众多方向。在酶技术领域,他在早期就完成了几项标志性的工作,例如鱼蛋白的酶消化、甲醇氧化酶的固定化、无细胞多酶合成、非水相酶催化等。从2005年开始,王教授在十年间通过新加坡-麻省理工联盟(Singapore-MIT Alliance)项目和新加坡国立大学李智教授联合指导了数名博士生,并在酶技术的几个子方向上取得了重要成果,包括:①开发了酶固定化的方法用于构建高活力可回收的磁性纳米生物催化剂;②探索了P450单加氧化酶在水相-离子液体体系中的不对称亚砜化反应;③开发了基于通透全细胞的辅酶NADPH再生系统;④成功开发了模块化的多酶级联催化合成高值手性化合物,显著拓展了多酶级联催化的复杂度。其中,多酶级联催化因其“一锅法”的合成特性,避免额外的单元操作,节省人力、物力的投入和废弃物的产生等特点,近年来已经成为酶技术领域的研究热点。在介绍王教授相关工作之余,本文还总结了多酶级联催化在合成手性化合物和大宗化学品方面的最新进展,讨论了其未来的发展方向,并就其进一步整合合成生物学以及王教授所践行的定量化和工程化的理念进行了展望。

焦化厂多环芳烃污染土壤的强化微生物修复研究

从北京焦化厂采集了多个多环芳烃(PAHs)污染土壤样品,目的是从中分离出PAHs降解菌并确定其适宜的生存条件,进行富集培养后,应用于焦化厂污染土壤的强化微生物修复.分别以美国EPA优先控制的16种PAHs中的一种为唯一碳源,采用平板划线法对降解菌进行分离并通过基因分析方法确定其种属,共获得7种PAHs降解菌,这些菌混合在一起,在适当的浓度条件下,可对16种2～6环的PAHs进行降解.在液体培养基中16种PAHs总浓度(ΣPAH16)为17μg/mL时,单一菌即可生长良好且具有降解活性,但当ΣPAH16为166μg/mL时,不论是单一菌还是混合菌(7种PAHs降解菌),其生长和活性均受到抑制.针对北京焦化厂污染土壤,设计了5组处理,即对照(C)、添加营养物(N)、添加营养物和降解菌(N+B)、添加营养物和表面活性剂(N+S)、以及添加营养物、降解菌和表面活性剂(N+B+S).经过5周的实验,与C组相比,N+B组16种PAHs的去除率平均提高了32%,N+B+S组16种PAHs的去除率平均提高了46%(其中10种4～6环PAHs的去除率平均提高了52%).添加PAHs降解菌和表面活性剂可明显增强土壤中PAHs的降解.本研究为北京焦化厂及其它焦化厂PAHs污染土壤的强化微生物修复提供了依据.

焦化厂污染土壤中多环芳烃降解菌的分离及降解特性

分别以芴（3环）、荧蒽（4环）和苯并[b]荧蒽（5环）为唯一碳源（1 mg/L）,采用平板划线法对某焦化厂污染土壤中的多环芳烃降解菌进行分离.通过自制的呼吸器,研究所得多环芳烃降解菌对14C-菲（5μL/100 mL 40~60 mCi/mmol）的矿化情况;通过序批试验,以煤焦油为碳源（1μL/mL）,研究这些菌对19种多环芳烃的降解情况.多次划分后,得到4种菌,经鉴定命名为博特氏菌L1、苍白杆菌L1、微杆菌L1和赤红球菌L1.经过3周的矿化实验,微杆菌L1可以将14C-菲全部矿化成14CO2,赤红球菌L1可将大约60%的14C-菲矿化成14CO2,而博德特氏菌L1和苍白杆菌L1对14C-菲无矿化作用.经过5周的降解实验,博德特氏菌L1对大多数多环芳烃表现了良好的降解作用,苍白杆菌L1和微杆菌L1对部分多环芳烃有降解作用,而赤红球菌L1培养系统中某些多环芳烃的浓度甚至有增大,这可能与其在代谢过程中产生表面活性物质有关.所得4种菌在焦化厂污染土壤的微生物修复中具有较大的应用潜力.

基于前沿热点案例的合成生物学教学模式的探索与实践

作为一门理论性与应用性都很强的课程,“合成生物学”对生物工程领域创新性人才培养发挥着至关重要的作用。为此,华中农业大学开设了“合成生物学”课程。首先,以“重基础知识、抓创新实践、追前沿进展”为理念,通过组建高水平的“合成生物学”教学团队,并不断调整优化课程内容,形成了新颖合理的课程体系。其次,在教学过程中,及时将高水平学术期刊及时事热点新闻报道中有关合成生物学的案例引入课堂教学中,丰富了教学内容,提高了学生的学习兴趣。再次,以前沿热点案例为切入点,通过以“学”为中心的授课模式,引导学生深入探讨,提高了学生的思辨思维与创新能力。本课程取得了很好的教学效果,并有效促进了创新型人才培养,在此与同行交流,以期能为“合成生物学”及相关课程的教学改革提供一些新的启发与思考。