木质素生物降解的脱甲基机制研究进展

木质素是由苯丙烷结构单元通过多种化学键交联组成的复杂芳香族高聚物。由于其结构的复杂性和异质性,使得木质素的高效降解与经济转化成为了一个世界性的难题。近年来,科学研究发现微生物特有的非特异性氧化还原体系及芳香族化合物多元代谢降解能力,为解决木质素的资源化利用提供了新的思路和方向。由于大部分木质素衍生的芳香族单体在苯环不同位置上都含有甲氧基,使得脱甲基化成为了木质素衍生芳香族化合物代谢的关键限速步骤。本综述就近年来在木质素生物降解过程中的脱甲基生物学和酶学机制研究进行了较为全面的总结,并以利用芳香族脱甲基酶进行木质素高值转化方面的典型研究案例进行分析,阐明了微生物脱甲基过程机制解析以及新型脱甲基酶的挖掘对于木质素降解与转化的重要意义。

引领微生物再吟物华天宝,重塑天青海蓝——“难降解有机物的微生物降解与转化”专刊序言

环境难降解有机物通常是指在自然环境中难以被生物分解及利用的有机化合物。大部分难降解有机物含有苯环、杂环、长链烷烃、芳香烃等结构,具有高稳定性、低亲水性、难降解性等特点。这类难降解的有机物主要包括植物光合作用产生的生物质如木质纤维素,及人工合成的异生物质如难降解有机污染物等。

合成生物学底盘微生物细胞的应用及其生物安全在创新型本科生培养中的实践

本科生创新能力培养是“双一流”建设人才培养的重要组成部分。合成生物学是一门新兴多学科交叉领域,被誉为可改变世界的十大新技术领域之一。构建高版本底盘微生物细胞和利用底盘细胞人工合成细胞工厂是合成生物学的重要组成部分。以实现创新型本科生为培养目标,我们将合成生物学底盘微生物细胞技术融入人才培养环节,通过组织学生参加国际遗传工程机器设计竞赛、主持大学生创新创业训练项目以及完成本科生毕业设计课题等多元化途径,提高学生理论联系实际及创新实践能力。同时,由于底盘微生物细胞是基因组经过精简、优化或其基因通路被改变的细胞,其应用存在一定的生物安全风险。我们通过将安全教育纳入培养大纲和教学计划、出版实验室安全与操作规范专业教材、开发虚拟仿真实验项目、建立实验室准入制度和信息化管理体系,以及针对底盘微生物细胞从购买、管理、规范使用和废弃物处理等进行生物安全教育等系列举措,规范底盘微生物细胞应用的生物安全。这些实践为培养创新型本科生提供了一个强有力的途径和有效保障,也为合成生物学的发展提供了支持,并有助于培养新的生力军。

木质素的微生物解聚与高值转化

木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源。我国每年产生约9亿吨农业秸秆,因得不到有效利用,不仅造成资源浪费,也产生了诸多严峻的环境问题。缺少木质素的高效降解和资源化利用技术是限制木质纤维素产业化的主要瓶颈之一。虽然木质素的降解与转化多年来一直都受到关注,但是由于木质素结构的复杂性及异质性,使其高效利用受限。近年来,微生物具有的"生物漏斗"式转化特性为木质素的高值转化和利用提供了新方向。本文就生物质利用研究以来,微生物在木质素解聚与转化方面的研究历程与最新进展进行了简要的回顾与总结,并初步讨论了目前木质素高值转化面临的机遇与挑战。