人工微生物多细胞体系在环境领域中的应用研究进展

综述了近年来人工微生物多细胞体系在环境领域的应用研究进展,概述了人工微生物多细胞体系的优势、构建与调控策略,重点介绍了其在废水处理、土壤修复、有机废物能源转化等方面的应用现状,并剖析了人工微生物多细胞体系在环境领域应用面临的挑战及未来的重点发展方向,包括基于微生物菌群相互作用与代谢网络设计构建复杂的人工多细胞体系,利用培养条件优化、劳动分工、群感效应、3D菌群结构设计与计算仿真技术等策略调控其组成与功能,提高其稳定性和环境适应性,以及开发基于人工多细胞体系的环境生物处理新技术新工艺.

人工智能助力微生物单细胞鉴定

中国科学院微生物研究所付钰研究组利用拉曼光镊技术,结合人工智能技术实现了微生物单细胞水平的快速准确鉴定,相关研究成果于2020年4月13日在线发表于《分析化学》(Analytical Chemistry)。随着国家生物安全重要性的日益凸显,对微生物精准快检的需求更加迫切。然而,当前的微生物检测鉴定方法大多依赖于纯培养,耗时通常较长,很难在分钟级别实现准确的鉴定。

基于系统-合成生物学的人工细胞网络设计

在过去的十多年里，研究人员利用合成生物学方法在模式微生物底盘中设计和重建了一系列重要天然化合物的异源合成模块，大大拓展了微生物发酵在珍稀药物、食品添加剂、生物能源和精细化学品生产领域的应用价值。为了实现异源产物的高产量和高得率，必须综合运用系统生物学和合成生物学方法，对异源模块进行优化设计，强化底盘细胞的前体和能量合成，并改善模块的适配性，最终实现异源化合物的高产。文章综述了近年来在人工细胞网络设计上的进展。

人工多细胞体系设计与构建研究进展

合成生物学的发展正从优化基因元件与模块走向从头设计复杂代谢线路。多细胞体系因可实现代谢功能分工、复杂底物多组分利用及耐受复杂环境等,在医药、食品、化工、环境及能源等领域发挥着不可替代的作用,并已成为合成生物学发展的新方向。然而,多细胞体系的研究还处于起步阶段,理性设计与构建人工多细胞体系、解析细胞间信息互作机制及调控多细胞体系结构等方面还面临诸多挑战。本文综述了人工多细胞体系在医药开发与医疗健康、天然产物合成、木质纤维素一体化生物加工以及环境修复等领域的应用,总结了人工多细胞体系的构建原理,阐述了多细胞体系内细胞间的交流机制,并剖析了人工多细胞体系面临的诸多挑战以及针对性的解决方案,为构建系统鲁棒、稳定、可控的人工多细胞体系提供理论指导。

人工智能时代的智能生物制造

生物制造以低碳循环、绿色清洁的优势在社会可持续经济发展模式中占有举足轻重的作用,其发展是未来大趋势。技术进步使得生物制造在微生物细胞代谢调控规律、生物加工过程的在线数据等方面形成了海量数据,但传统数据分析相关理论的不完善极大地限制了这些海量数据的挖掘,利用人工智能在数据处理方面的优势,通过机器学习对数据中蕴含的知识进行深入挖掘,是实现生物制造智能化路径的一个重要方向。本文中,笔者从人工智能的基本概念入手,针对生物制造的两个主体,即微生物细胞的智能化设计和生物过程的智能化检测与控制,提出了一些观点和建议,希望以此拓宽相关研究人员的研究思路,共同开启智能生物制造的时代。

3D培养体系下人来源诱导性多能干细胞向肝细胞的转化

背景:生物型人工肝的构建有望成为治疗急性肝衰竭的有效方法,但构建人工肝的种子细胞来源、培养模式、营养获取等方面仍存在较多难题,制约血液净化-人工肝的发展与临床应用。目的:探讨在不添加外源血清等异种来源物质的条件下将人诱导性多能干细胞诱导分化为肝细胞样细胞的可行性。方法:应用含Transwell小室的6孔板构建3D培养体系,外源添加丙戊酸和尼克酰胺对人诱导性多能干细胞进行诱导分化,并将分化的肝细胞样细胞与生物补片共培养。实验分为5组:人诱导性多能干细胞为A组、正常肝细胞为B组、不添加尼克酰胺诱导分化的肝细胞样细胞为C组、添加尼克酰胺诱导分化的肝细胞样细胞为D组、在生物外科补片上培养的肝细胞样细胞为E组。倒置相差显微镜下观察D组肝细胞样细胞的形态;免疫荧光检测D组细胞中肝细胞核因子4α和甲胎蛋白的表达;荧光实时定量PCR和Western blot检测A、B、C、D组细胞中甲胎蛋白与白蛋白的mRNA和蛋白表达;流式细胞术检测A、C、D组细胞的分化效率;免疫细胞化学检测B组和E组细胞中胆盐输出泵蛋白的表达;ELISA检测D组和E组上清液中乳酸脱氢酶活性、白蛋白和尿素氮含量。结果与结论:(1)D组细胞由梭形逐渐转变成多边形;(2)D组细胞中肝细胞核因子4α和甲胎蛋白呈阳性表达;(3)D组细胞中甲胎蛋白、白蛋白的基因和蛋白表达明显高于A组和C组(P<0.01);(4)B组和E组细胞中胆盐输出泵蛋白呈明显阳性表达;(5)E组细胞乳酸脱氢酶活性、白蛋白和尿素氮的含量明显高于D组(P<0.01);(6)结果表明,外源添加小分子化合物的三维培养体系和生物外科补片联合应用有助于促进诱导性多能干细胞在体外诱导分化为功能性肝细胞样细胞。

光合微生物混菌体系的应用和研究进展

光合微生物与其他异养微生物混菌共培养是近年来的研究热点,该体系弥补了光合微生物纯培养时易染菌、不稳定等缺陷,在污水处理、土壤改善、生物降解有害物质、生产高附加值产物方面拥有广阔的应用前景。文中通过系统总结天然和人工光合微生物混菌体系的研究进展,探究人工构建的光驱动混菌体系的基础理论和应用前景,为进一步利用合成生物学等前沿技术理性改造基于光合微生物的混菌培养系统提供科学依据。

体细胞胚胎发生在林木树种中的应用

综述了体细胞胚胎发生在林木树种大规模繁殖上的应用及其自动化体系的构成 ,并阐述了体胚发生在低温保存、人工种子。

电生物还原降解二氯酚的动力学特性及功能菌解析

采用电辅助微生物(电生物)体系对二氯酚(2,4-DCP)进行了还原降解研究,应用聚合酶链式反应-单链构象多肽技术(PCR-SSCP)对微生物群落结构进行解析,并通过16S rRNA基因克隆及测序构建了系统进化树.结果表明,电生物体系对二氯酚的降解符合零级反应动力学特征,体系中主要以肠球菌(Enterococ-cus)、假单胞菌(Pseudomonas)和拟杆菌(Bacteroidales)为优势菌群,这些菌群在电子传递中起着主要作用.电生物体系中存在着电极与细胞色素c和脱氢酶的辅酶(NAD)及污染物间的逆向电子传递途径,可实现电极-微生物-污染物多相界间的长程电子传递.

RBF神经网络在菌体细胞浓度软测量中的应用

针对微生物发酵过程中菌体细胞浓度难以实时在线检测的问题,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络的软测量模型,采用了可调基函数宽度的计算方法,提高了RBF网络的自适应性及泛化能力,为复杂系统中生物量参数的检测提供了一条有效途径。仿真结果表明了该方法的可行性和有效性。

合成生物学重要研究方向进展

合成生物学作为一个新兴的交叉学科领域,随着DNA合成技术的进步和合成生物学理念的深入,多个研究方向取得了长足发展。本文主要对基因回路、基因组设计合成、细胞工厂和人工多细胞体系的进展进行了综述。可设计构建的人工基因线路的复杂度逐步提升,人工控制更加精细;组装技术取得快速进展的同时,人工基因组的设计深度也在不断拓展,设计合成的人工基因组由支原体拓展向大肠杆菌,甚至真核生物酿酒酵母,推动了生物进化演化的研究;细胞工厂的设计构建在逐步挑战代谢途径更长、复杂程度更高的化合物的合成,模块化和正交化策略对复杂细胞工厂构建的支撑作用日益明显,鲁棒性和适配性成为细胞工厂构建需要考虑的重要问题;人工多细胞体系的设计构建已经从设计构建两菌体系向多菌体系扩展,通过多种原则进行设计,实现更加复杂的预期功能。本文也对合成生物学与其他学科交叉融合产生的一些新研究方向进行了简介。

人工合成的免疫佐剂胞壁酰二肽类化合物

MDP是人工合成的水溶性免疫佐剂,为细菌壁内佐剂成分的最小必需结构,具有广泛的免疫学活性,毒性低,无抗原性,多种途径给药有效。对MDP的结构进行改造或与载体结合可以加强或减弱某些生物学作用,使之有利于实用。MDP类化合物有可能作为免疫佐剂或免疫增强剂用于抗肿瘤、抗微生物或寄生虫感染,也有可能选择性地抑制IgE的产生。但过渡到临床应用前还有些工作应做。MDP类化合物的作用机制正在研究中,其作用的靶细胞尚未弄清。

几种生物技术中的培养基成分和作用辨析

培养基是人工培养（离体）生物材料的重要基质。在人工培养条件下，不同种生物对营养有不同的要求，只有满足了它们各自的特殊要求，才可能正常生长。因此，在建立一项新的培养系统时，首先必须配制合适的培养基，给细胞提供近似于自然的生存环境，培养才有可能成功。中学阶段学生接触到植物的元土栽培、植物组织培养、微生物培养、动物细胞培养、哺乳动物早期胚胎培养等需要培养基的生物技术，

人工饲养朱鹮沙门氏菌感染致死的病理学观察

对一只突然死亡朱鹮进行了系统的病理学检查。结果表明,该朱鹮与禽类感染沙门氏菌的病理变化相似。眼观显著的病变是肝脏、肺脏、脾、肾脏肿胀、出血、淤血;输卵管出血并与多数脏器粘连。病理组织学变化为肝细胞颗粒变性,肿胀,坏死,有炎性细胞浸润;肝窦隙扩张,淤血明显;肾小管上皮细胞肿胀变性,部分坏死、脱落。间质毛细血管扩张、充血,部分地方有出血现象;肺脏严重出血,毛细血管扩张、充血;肠黏膜脱落,黏膜下层血管扩张、充血,有炎性细胞浸润。微生物学诊断为沙门氏菌感染引起的卵黄性腹膜炎。

人工合成DNA创造“全新微生物”

英国《自然》杂志1月7日公布的一项合成生物学研究显示,科学家首次将人工合成碱基对插入大肠杆菌的DNA中,且并未影响其生长和复制过程。这一成果向利用合成技术＂订制＂特定生物组织迈进一步。美国研究人员构建出一种自然界不存在的生物体,它稳定包含一种代号为＂X-Y＂的人工碱基对。在最新研究中,研究人员合成了一段包含天然碱基对和人工碱基对的DNA,将其插入大肠杆菌细胞中。研究的突破之一是发现了一种特殊的转运分子,这种由一种微藻生成的三磷酸转运蛋白,能够运输人造碱基对进入细胞。

生物、生理及仿生光学

Q63 95010681微生物学中快速菌检技术:生物发光分析=Fastbacteria test in microbiology-biolumines-cenceanalysis[刊,中]/舒柏华,周宜开,任恕(同济医科大学环境医学研究所)//国外分析仪器.—1994,(1).—43—46虫荧光素—荧光素酶发光体系所产生的光量与ATP(三磷酸腺甙)成比例,运用此生物发光体系可准确地测定ATP。在一定条件下。

第二部分 主要新技术 五、生物工程技术

1、生物工程技术及其内容正当微电子技术在世界上大显身手的时候,生物工程技术异军突起,成为推动当前技术革命的一支重要力量。生物工程技术或生物工程又叫生物工艺学,由于是一个技术体系,所以很难给它下一个确切的定义。一般来说,生物工程技术是:“