面向碳中和的微藻适应性实验室进化研究进展

微藻生物技术是实现碳达峰和碳中和的潜在途径之一。目前,微藻存在固碳效率低、光合转化效率低以及活性组分含量低等关键问题,需要通过合成生物学等生物技术手段构建新的藻株,并依据微藻固碳和代谢的特点,构筑减碳或负碳的新技术路线。适应性实验室进化(ALE)在提高微藻对二氧化碳固定,强化废水处理和改善代谢表型等方面均取得了一定进展,已获得了耐受高浓度二氧化碳和其他环境压力的进化藻株。但是,微藻ALE的效率还有待提高,基于固碳、光合和活性组分生物合成的合成生物学元件挖掘的研究还比较少。为克服以上问题,亟需改变微藻ALE的策略,结合高通量ALE装置的应用,缩短进化时间;在已有进化株的基础上,深入挖掘耐受基因、光合和活性组分生物合成的元件,为微藻基因改造打下基础;借鉴其他微生物ALE的已有经验,深刻理解微藻实验室适应性进化的动态过程,探索ALE的基本规律。最后对ALE应对微藻碳中和挑战的可能途径进行了展望。

适应性实验室进化技术在微生物育种中的应用进展

适应性实验室进化(Adaptive laboratory evolution,ALE)技术已成为微生物学基础研究和工业微生物育种的强大工具,被广泛用来研究影响菌株表型、性能和稳定性的进化潜力以及快速获取含有有益突变的工业生产菌株。近年来,随着基因组测序技术的进步,关于微生物新陈代谢机理和动力学方面的研究变得更加广泛和深入,这也极大促进了适应性实验室进化技术的快速发展。文中主要介绍了长期、短期适应性实验室进化技术在微生物育种方面的应用实例,并总结归纳了该技术在快速高效构建优良菌株过程中的方式与作用。最后分析了目前ALE技术面临的瓶颈问题及其可能的解决方法,以期能够为该技术的未来发展提供有价值的参考依据。

合成甲基营养细胞工厂同化甲醇的研究进展及未来展望

甲醇具有来源广、易储存运输、原料价格竞争力强等优势,被视为极具潜力的生物制造非糖基碳源资源。常用的模式底盘微生物研究历史长、认知清楚、操作工具多,在工程化改造中具有显著优势。近年来,通过借鉴天然甲基营养型微生物的甲醇利用途径对模式底盘进行改造,获得具备高效利用甲醇能力的合成甲基营养细胞工厂的研究日益受到关注。本文系统综述合成甲基营养细胞工厂的甲醇氧化、同化基因及其调控元件,和以共用糖基碳源结合适应性进化策略为主的核酮糖单磷酸途径重构及甲醇同化途径设计构建的研究现状,进而结合合成甲基营养细胞工厂面临的挑战进行展望,提出基于全基因组靶向基因编辑技术结合实验室适应性进化策略构建更高效合成甲基营养细胞工厂的研究方向。

pH胁迫提高微生物次级代谢产物合成的研究进展

微生物次级代谢产物正在发挥越来越重要的作用,提升发酵中次级代谢产物产量的研究成为热点。pH胁迫作为一种环境胁迫因子,正在成为一种有效的提高微生物发酵生产能力的策略。本文综述了近年来有关pH胁迫在提高微生物发酵能力的一些研究成果,着重介绍了pH胁迫对微生物发酵中次级代谢产物合成能力的影响,这将有助于今后对微生物发酵生产改进的研究,进一步揭示相关分子机制。这篇综述的另一个目的是将pH胁迫与适应性实验室进化相结合,从基因层次上提高微生物合成次级代谢产物的能力,进一步拓展pH胁迫在微生物发酵和育种方面的应用。

耐高温工业酿酒酵母的筛选和发酵性能研究

以工厂生产线中分离得到的工业酿酒酵母为出发菌株,通过基因组的改造和实验室的适应性进化,在30%葡萄糖、8%乙醇、40℃下筛选获得了5株耐受性较强的酿酒酵母菌株。通过摇瓶验证其发酵性能发现,其中S.C D12在工业物料中的发酵性能显著优于对照菌株。为了进一步对S.C D12进行发酵性能的综合评估,对其在不同工业物料中的发酵性能进行了测试,结果显示其在不同的工业物料中均具有良好的发酵稳定性,乙醇产量显著高于对照菌株,发酵残糖较对照菌株极低。最后进行了工业物料小试验证,在35℃下乙醇产量可达到12.50%vol,较出发菌株提升了0.53%vol。S.C D12的发酵性能与对照菌株在32℃下发酵性能相当,能极大的节省工业冷却水的使用,具有一定的工业应用价值。

利用环境胁迫提高破囊壶菌二十二碳六烯酸生产的研究进展

破囊壶菌由于具备生产多种高值天然活性物质的能力,如二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA)、二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA)、角鲨烯和类胡萝卜素等,目前已被视为商业脂质生产的优质来源。本文首先对破囊壶菌的生态作用和生物技术价值进行介绍,并概述了脂肪酸的两条生物合成途径;其次重点阐述了NaCl、温度、溶氧和pH这4种环境胁迫因子对破囊壶菌生长、脂质积累、脂肪酸组成和DHA生产的影响;随后总结了当前利用环境胁迫因子的渗透调节策略、分段发酵策略和缓解氧化应激策略提升破囊壶菌DHA生物合成能力的研究现状;最后指出了破囊壶菌在环境胁迫的分子调控机制、分段式发酵策略、菌株进化及代谢工程等方面存在的问题,并对如何改进这些问题以及未来可能的发展方向进行了展望。该综述旨在为破囊壶菌实现高效工业化生产DHA提供有效的参考。