天然产物的生物合成技术研究进展

生物合成技术是生物科学与工程技术相结合而形成的新学科新方法,被广泛应用于生物医药、化工、能源、材料、海洋开发及环境保护等领域。运用生物合成技术开展天然产物研究是当前研究的热点。笔者以生物合成技术在天然产物开发中的应用为研究对象,综述了近年来,生物合成技术在天然产物研究和开发领域应用情况,旨为天然产物的开发和应用提供技术指导和应用参考。

乳酸菌产γ-氨基丁酸及生物合成技术研究进展

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)一般是由谷氨酸脱羧酶(GAD)不可逆地催化谷氨酸及钠盐经过脱羧产生的非蛋白质氨基酸,广泛存在于动植物及微生物中。GABA在生物体内作为一种生物活性物质,发挥着不可或缺的生理功能。由于化学合成法和植物富集法具有明显的缺点,γ-氨基丁酸的生物合成已成为一个研究热点。文章叙述了γ-氨基丁酸的生理作用和生产GABA过程中涉及的主要乳酸菌种类并重点介绍了利用生物合成技术提高乳酸菌产GABA的策略,最后对研究方向进行了展望。

活性因子(-氨基丁酸的生物合成技术及制品

一、项目简介GABA,(-氨基丁酸,广泛存在于自然界,是一种非蛋白质组成的天然氨基酸。GABA是哺乳动物中枢神经系统中的重要的抑制性神经递质,具有重要的生理功能,已经研究报道的生理活性有诸如降低血压、促使精神安定、促进脑部血流、增进脑活力、营养神经细胞、增加生长激素分泌、健肝利肾、改善更年期综合症等。

开放实践场域下的合成生物技术伦理问题及治理

为应对新兴生物技术给人类带来的风险,从实践伦理的视角出发,分析合成生物技术研发、投产及使用场域过程中的实践逻辑和伦理问题,聚焦到合成生物技术特有的开放性特征,发现其在研发场域存在数据伦理、投产场域存在参与主体价值冲突,使用场域存在不确定性生物风险等伦理问题。在深入分析技术实践场域伦理困境的基础上,提出了技术层面和伦理规范的相关建议:制定数据库使用规则,提高数据库管理水平;开发新兴技术克服资源限制,采用多种实验方法防御;划分参与人员群体,针对性进行价值嵌入。

基于产教深度融合的职业本科课程体系构建研究——以合成生物技术专业为例

在生物医药产业新兴背景下,以生物合成技术专业为例,阐述其职业本科教育存在的问题,分析基于产教深度融合的合成生物技术课程体系的构建思路及实施,发掘特色和亮点,促进职业本科教育发展,实现“学科—专业—产业”的协同共进。

自动化合成生物技术在DNA组装与微生物底盘操作中的应用

基于绿色生物制造进行物质能量生产,有望减少对天然植被、耕地、石化等资源的依赖,而微生物细胞工厂是绿色生物制造过程的“芯片”。合成生物学为微生物细胞工厂的研究提供了重要的使能技术,但目前仍面临生命系统高度复杂、实验过程需要反复试错、实验通量较低等限制因素。自动化合成生物技术借助高通量、自动化和智能化的软硬件设施平台,基于标准化、模块化的生物元件库和合成生物工艺,可低成本、高通量、快速、多循环地完成海量工程试错性实验,加速特定性能人工细胞工厂的设计和优化,支撑相关研究和应用。本文主要针对细胞工厂“设计-构建-测试-学习”循环中最关键、最耗时的“构建”环节,对DNA组装和底盘细胞操作自动化工艺和设施平台进行了总结,对自动化合成生物技术应用于生物合成基因簇挖掘、代谢通路优化和底盘细胞优化的最新进展进行了介绍。最后展望了微生物细胞工厂自动化构建面临的挑战和未来发展,讨论了包括非模式微生物在内的全流程自动化的发展趋势,而自动化装备的国产化自主研发将为此做出重要贡献。

生物技术在林木良种选育中的应用及创新

综述了合成生物学技术、高通量技术与机器学习算法的结合以及生态基因组学技术在林木良种选育中的应用和前景,生态基因组学技术揭示了林木与微生物的互作机制,为林木生长环境的优化提供了新思路,提出这些技术的应用将为林业产业的可持续发展提供强有力的支撑。

微生物应用于纳米生物合成技术研究进展

基于发展纳米材料"绿色合成技术"重要性,生物合成纳米材料已成为纳米合成技术研究热点。微生物具有廉价、易培养、繁殖快等优点被应用于多种纳米材料的生物合成研究,成为生物合成纳米材料的重要生物类群。本文综述了细菌、放线菌、酵母菌以及真菌等微生物应用于纳米生物合成技术的发展;着重评述了纳米材料微生物合成生物方法、纳米材料微生物合成相关机制、纳米材料形貌和尺寸微生物调控合成方法以及应用研究进展;并对纳米材料微生物合成技术未来发展趋势进行了展望。

产教融合视域下职业本科“合成生物技术”课程教学实践

发展本科层次职业教育成为我国时代之需。本科层次职业教育最大的特色和亮点是深度的产教融合以及一体化的产学研人才培养模式。浙江药科职业大学合成生物技术为首批职业本科专业,文章探索并实践了该专业核心课程“合成生物技术”建设过程如何加强学校与企业的深度融合、提高校企合作双元育人质量。实践结果表明该课程教学模式取得了较好的成效,有望在该专业的其他课程中进行应用。

加强合成生物技术创新,引领现代农业跨越发展

21世纪初兴起的合成生物技术被誉为影响世界未来的颠覆性技术之一,其在农业中应用将为世界性农业生产难题提供革命性解决方案,培育农业碳经济和氨经济等生物经济新形态,引领细胞农业、低碳农业和智能农业等新动能和新业态革命。简要总结了国际合成生物技术的发展现状与趋势,深入探讨了我国农业合成生物技术创新的发展战略与总体目标。

微藻合成生物技术发展总结与展望:从底盘细胞到光合生物制造

光合生物制造技术是一种全新的生物制造模式,其以光合微藻为底盘,将太阳能和二氧化碳在单一过程、单一平台直接转化为生物燃料和生物基化学品,可以同时起到固碳减排和绿色生产的效果。光合生物制造技术走向工程化、规模化、产业化推广和应用,技术核心是开发生长速度快、合成效率高、工业属性强的高效能光合细胞工厂以及与之适配的过程工程技术体系,而技术取得突破的基础和关键则是优质微藻底盘细胞的开发。从微藻底盘细胞的基因组编辑和调控、微藻代谢网络的优化重塑与定向扩展、微藻光合细胞工厂工业应用属性的优化这3个层面,介绍如何应用合成生物学工具和策略开发"可编辑、可控制、可应用"的微藻底盘细胞和光合细胞工厂,进而推动光合生物制造技术在工业环境下的成功应用。

基于合成生物技术构建高效生物制造系统的研究进展

基于合成生物技术构建绿色高效的生物制造系统是实现可持续化发展的重要途径,该技术的发展应用有望为食品、能源、医药、化工以及畜牧养殖等行业带来革命性的技术变革。本文针对基于合成生物技术构建高效生物制造系统进行系统性的总结与讨论。首先概述了代谢工程、酶工程、辅助系统优化以及发酵过程控制等技术的研究进展;其次,着重对比总结了大肠杆菌、芽孢杆菌属、谷氨棒酸杆菌以及酵母属等典型模式宿主的代谢特性,探究了各微生物制造系统的适用范围。最后,对合成生物技术在构建高效生物制造系统领域中的应用前景进行了展望。精细多元的代谢工程技术、高效简便的酶工程策略以及数字化的微生物系统将是促进高效生物制造系统构建的新引擎与新动力。

合成生物技术对生物多样性影响的评估探索

合成生物技术是近年来兴起的一类新兴生物技术,是现代生物技术的新发展阶段;在微生物细胞工厂、人工合成菌群、人工基因组合成、基因组编辑和基因驱动等多个领域取得了一系列重要进展,也获得了多国政府及产学研机构的大力支持。随着合成生物技术研究、开发与应用的深入发展,评估其对人类社会生存发展至关重要的生物多样性的影响成为一个重要课题。基于防范降低负面风险、促进有益开发应用和保护生物多样性的评估原则,采用综合考虑合成生物技术适用范围和基于合成生物技术的制品、组分和生物的安全性2个维度的评估方法定性分析了合成生物技术研究、开发与应用对生物多样性的影响,提出了应对其潜在风险的策略与建议,以期为合成生物技术的良性发展、造福社会提供参考。

合成生物技术驱动酪丁酸梭菌细胞工厂开发的研究进展

作为一种重要的工业微生物和新型益生菌,酪丁酸梭菌是厌氧条件下代谢多种底物产生丁酸的优势菌株,在其他精细化学品生产和大健康领域亦具有广泛应用。然而,获取生产效率高、鲁棒性强的高版本酪丁酸梭菌细胞工厂,仍然面临着遗传转化效率低、遗传操作工具有限、调控手段单一等诸多挑战。近年来,随着合成生物学的不断发展和酪丁酸梭菌生物信息数据的逐步完善,多种研究策略和技术,包括基因编辑系统等,被用于设计和构筑酪丁酸梭菌底盘细胞高效合成各种精细化学品。本文首先对酪丁酸梭菌独特的生理特性进行了概述。然后,对酪丁酸梭菌底盘细胞改造过程中涉及的系统生物学方法以及遗传操作工具的构建方法与技术进行了总结。同时,探讨了酪丁酸梭菌中多类型代谢调控策略以及群体感应系统的开发及其在合成精细化学品中的应用。最后,从遗传转化效率提升、基因编辑工具拓展、基因回路设计与重构高通量筛选平台建立、一碳气体利用等方面对酪丁酸梭菌底盘细胞的创制进行了展望。

合成微生物技术促进类胡萝卜素产品的高效合成

类胡萝卜素是一类重要的天然色素,因其具有多种生物功效,应用非常广泛。首先对类胡萝卜素的天然合成途径进行了介绍,总结了类胡萝卜素相关产品应用及目前的生产方式,着重介绍了番茄红素、β-胡萝卜素和虾青素等产品微生物发酵法的制备方法在菌株和途径构建上的最新研究成果。重点对类胡萝卜素生物合成产业化面临的主要问题进行了分析讨论,并提出一些建议供相关产业进行参考。

植物木素生物合成的控制

讨论了调控木素单体合成和修饰的主要酶类的催化机制，并由此讨论了植物木素生物合成控制的主要途径，指出通过化学调控、基因工程和组织培养等手段可以达到培育和生产少或无木素的树木新品种的目的，从而给制浆造纸工业带来革命性的变化，使制浆造纸工业成为与环境友好的可持续发展的无害化工业。

合成生物技术重点实验室平台建设与管理

合成生物学是一门重要的新兴学科。该文从研究方向和实施内容、功能实验室的建设、管理运行机制及平台效益等方面,对厦门市合成生物技术重点实验室平台建设与运行情况进行总结分析,阐明了合成生物技术平台对海洋生物资源挖掘、生物活性物质开发、污染物资源化等技术研究中的协同创新带动作用。

中国合成生物技术研究立法完善——与美国和澳大利亚立法比较

合成生物技术研究在解决人类面临的人口、健康、粮食、能源、环境等问题的同时,也给人类健康、环境等带来潜在风险和安全隐患。合成生物技术研究行为需要立法规制,合成生物技术研究成果需要法律保护。借鉴美国和澳大利亚相关立法,利于完善中国合成生物技术研究立法,保障中国合成生物技术研究的有序发展,维护国家生物安全和社会公共利益。

浅谈合成生物学技术研究进展

随着科学技术的不断发展,科研方向不断向生物学方向靠拢,其最为主要的原因就是生物研究具有众多优势,并且生物学研究成果对自然环境及社会环境的影响都比较小,对自然资源的要求也不高。基于此,文章就合成生物技术的研究进行分析,其对促进社会快速发展具有至关重要的作用。

合成生物学在医药及能源领域的应用

合成生物学是以工程学思想为指导,对天然生物系统进行重新设计与改造,同时设计并合成新的生物元件、模块和系统的崭新学科。合成生物学是自然科学发展到现阶段的产物,并已经在医药、能源等领域取得了一些显著成果。本文综述了在工程细胞中利用合成生物学方法构建抗疟疾药物青蒿素的前体物青蒿二烯,抗癌药物紫杉醇的前体物紫杉二烯,以及脂肪酸酯、脂肪醇、高级醇的合成途径等研究进展。此外,一些重要的合成生物学相关技术,大大加速工程细胞的重构与进化,为构建应用于生产领域的新功能细胞提供方便实用的工具。