从合成生态学角度提高酿酒酵母产2,3-丁二醇的研究进展

2,3-丁二醇(2,3-Butanediol,2,3-BD)在化工、医药以及航天等多领域用途广泛,其被称为重要的平台化合物。为了解决2,3-BD需求量巨大且石油紧缺的问题,在分析酿酒酵母生产2,3-BD优势的基础上,探讨了自上而下和自下而上的两种工程微生物群体构建策略,以期利用酿酒酵母和伴生菌株共培养生产2,3-BD。同时本文也从合成生态学角度出发,归纳了合成生态学在恢复生态、医疗以及生产实践方面的应用,并提出利用合成生态学理论促使酿酒酵母生产2,3-BD的可行性。

多物种混合转录组测序(msRNA-seq)及其在海洋生态学研究中的应用

转录组测序是细胞生理学过程和机制的解析手段之一。目前,主要应用在对特定物种或细胞类型在不同生长、发育阶段(时间序列)或不同组织、器官、生长环境(空间序列)中基因转录本丰度的定量和比较上。但是,这并不适用于多物种共存的自然生态系统和多细胞协同作用的生物体中。应运而生的混合多物种转录组分析技术则是可以同时针对两个或两个以上物种或细胞类型的转录组进行分析,以此来解析物种或细胞间的相互作用。其最大特点是靠后期拆分数据而不是通过前期的物理方法来拆分物种或细胞类型。目前,该技术在动物医学领域中使用较多,但在生态系统尤其是海洋生态系统的研究中应用较少。本文介绍了多物种混合转录组测序的概念、方法、研究历程和在海洋生态学研究中的应用及前景,以期为该领域研究者打开新思路,提供新方法。

合成微生物群落构建及其在聚羟基脂肪酸酯生物合成中的应用

合成微生物群落是由多种遗传背景清晰的微生物构成的人工系统,具有复杂度低、可控性高、稳定性强等优势,适用于工业生产、人类健康和环境修复等领域。本文在综述合成微生物群落的设计原理和构建方法基础上,特别聚焦其在聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoate,PHA)生物合成中的应用。作为合成生态学的核心内容、合成生物学的新兴前沿,构建高效、稳定、可控的合成微生物群落需要制定相应策略来调控微生物相互作用、空间结构组装、鲁棒性维持和生物防护。近年来,合成微生物群落已应用于生产药物、生物燃料、生物材料等高价值化学品,其中PHA作为传统塑料的理想替代品受到密切关注。提升并扩大PHA合成菌株的碳源利用能力和范围,降低PHA生产成本,成为合成微生物群落应用于PHA生物合成的研究重点。

Prediction of Structure-H Gas Hydrate Formation Conditions for Reservoir Fluids

In this work, a thermodynamic model is developed for prediction of structure H hydrate formation. The model combines the Peng-Robinson equation of state for the vapor, liquid and aqueous phases with the extended Ng-Robinson hydrate model for gas hydrate formation of all three structures. The parameters of 14 structure- H hydrate formers are determined based on the experimental data of structure-H hydrates in the literature. The expression of fugacity of water in the empty hydrate phase is correlated for calculating structure-H hydrate formation conditions in the absence of free water. The model is tested by predicting hydrate formation conditions of a number of structure-H hydrate forming systems which are in good agreement with the experimental data. The proposed model is also applied to the prediction of hydrate formation conditions for various reservoir fluids such as natural gas and gas condensate.

合成微生物体系研究进展

合成微生物体系作为自下而上构建的人工合成微生物群落,相比于自然微生物群落具有复杂度低及可控性、可操作性强等特点。其作为新兴的生物技术,综合借鉴了合成生物学、系统生物学、生物进化等知识,通过合理的设计、规划与调控,成为研究微生物生态学理论的实验平台,以及验证已知理论的微生物系统。本文首先简单介绍了合成微生物体系的概念及其由来,阐述了其基本构建原则,随后介绍了其生态学理论基础,并总结概括了近年来的实际应用,最后提出合成微生物体系的发展前景,包括需要设计构建更为复杂的人工合成微生物群落,以及优化生态模型。

数学模型在合成微生物群落构建中的应用

微生物在自然环境中分布广泛、多样性高,作为群落成员发挥着重要的生态系统功能.然而,自然微生物群落的组成和相互作用极其复杂,简单可控的合成微生物群落更易于研究微生物群落多样性与生态系统功能的关系及其相互作用机制等关键微生物生态学问题.将数学模型应用于合成微生物群落是目前合成微生物生态学研究的重要手段,有助于理解微生物群落的动态演替和生态学原理.本文综述构建合成微生物群落的数学模型,分别描述微生物个体、种群和基因组水平构建模型的基本原理和优缺点及其在合成微生物群落构建中的应用最新进展,并讨论集成微生物个体、种群与基因组水平的建模方法,指出通过"设计—构建—分析—学习"的循环能更好地实现数学模型在合成微生物群落构建中的应用,推动合成微生物生态学的研究.同时,介绍合成微生物群落在工业技术、环境修复、人类健康等方面的应用,展望数学模型在合成微生物群落构建中应用的发展方向与应用前景.未来应从完善实验数据和模型算法以及两者更好地结合等方面入手,提高数学模型在微生物群落构建中的预测性、适用性与通用性,并将这些模型应用于合成微生物生态学和微生物组工程,为相关生物技术提供理论指导,促进生物经济的发展.(图1表1参95)