微生物制造绿色化学品研究进展

微生物制造利用生物质和二氧化碳等可再生原料进行化学品的绿色生产,显示出了巨大的二氧化碳减排潜力,是促进实现“碳中和”目标的重要途径,其核心内容之一是高效微生物细胞工厂的设计与构建。综述了基于基因组规模代谢网络模型的代谢流分析和代谢途径预测研究进展;介绍了新型基因组编辑工具助力微生物细胞工厂的高效开发;总结了代谢调控策略用于提升细胞工厂生产能力。此外,还概述了微生物制造关键技术在第三代生物制造中的应用。最后,展望了未来微生物制造在化学品生产中的应用和发展方向。

多点汇流下污水管网污染物迁变规律及其机制

为研究城市污水管网多点汇流条件下污染物的迁变规律及其对微生物繁衍的影响机制,建立一套多汇流点位的污水管道中试系统,探究污水输送过程中碳,氮,硫3类主要污染物质的迁移转化特性.结果表明,汇流点前溶解态化学需氧量(SCOD)和硫酸盐(SO(4)^(2-))浓度下降,氨氮(NH(4)^(+)-N)浓度上升,支管汇流使得汇流点3类污染物浓度显著增加.后期水质达到稳定,在保证支管污水的汇入导致各类污染物增加量基本不变的情况下,SCOD浓度由进口的320mg/L左右下降至出口的280mg/L左右,在氨化作用下导致的NH(4)^(+)-N总增加量在15mg/L左右,高于因汇流产生的增加总量12.5mg/L左右,结果表明汇流管网系统中微生物的消耗代谢作用是碳氮类污染物变化的主导因素,而SO(4)^(2-)后期进出口浓度均在20mg/L左右,说明支管汇流和生化代谢使SO(4)^(2-)的含量维持在动态平衡的状态.此外,对管网中试系统生物相中微生物繁衍过程进行分析可知,发酵菌(FB),产氢产乙酸菌(HPA),硫酸盐还原菌(SRB)的含量随繁衍时间显著增加,并在沿程的不同汇流点处出现丰度升高现象.综上所述,在多点汇流导致污水水质波动的作用下,促进了管网生物相中微生物的繁衍增殖,并增强了其代谢作用在污水管网污染物转化的主导地位,使得污染物在管网输送过程中呈现更为显著的转化现象.

论人在微生物工业中的被动性和主观能动作用

人在发酵工业生产中处于被动的地位。微生物的生存利益与人类的经济利益 ,也就是微生物的生命活动规律和人的主观意志 ,既是对立的 ,又是统一的 ;发酵工程领域的科学家和工程师的工作就在于努力促使对立向统一的转化。“微生物生物机器”的创新思路和发酵工程的生物学理论 ,为促进其转化提供了一个思维框架。

微生物组学的大数据研究

微生物组学大数据在生态环境、人类健康和疾病研究方面都起到了重要作用。通过数学、统计等数据挖掘方法,从高维复杂数据中提取有用信息,是微生物组学大数据建模和分析的关键问题。本文分析了微生物组学大数据的特点,对当前数据分析和计算研究中存在的热点和难点进行了探讨分析,并综述了当前微生物组学大数据模式挖掘、网络重建与分析的研究概况。

微生物生态系统代谢网络研究进展

微生物生态系统代谢网络是自然生态系统中微生物遗传分子发挥功能作用的主要形式。本文通过全面介绍微生物生态系统代谢网络的特点及其研究的重要意义,综述了基于共培养技术、免培养高通量技术和计算生物学模拟技术的微生物生态系统代谢网络研究进展和所取得的主要发现,以及近年来快速发展的微生物生态系统代谢网络研究技术和方法体系。在此基础上,提出目前微生物生态系统代谢网络研究中存在的主要问题和重点研究方向,并对其在环境污染治理和资源化利用方面的应用潜力进行了展望。

产电微生物基因组及代谢网络分析

产电微生物的生物信息学分析是微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)研究中的关键环节,各种生物信息学分析方法已经开始应用于产电微生物研究.本文综述了目前产电微生物基因组、功能基因组和代谢网络分析的重要方法,包括基因和基因表达信息分析、基因组和比较基因组分析、代谢网络建模和计算机模拟等,其中,产电微生物代谢网络的构建是联系上游基因组分析和下游基因工程改造的关键,是目前相关研究面临的挑战.生物信息学分析必将促进干实验与湿实验的紧密结合,促进发现电子转移相关功能基因,解析微生物产电机制,优化代谢网络,由此指导基因工程改造产电微生物,最终提高产电效率.

沉积物微生物燃料电池中的微生物电子传递过程

沉积物燃料电池(sediment microbial fuel cell,SMFC)可以将沉积物中的化学能直接转化为可用的电能,同时加速沉积物中污染物的去除.近20年来,SMFC引起了越来越多的不同学科研究者的关注,国内外已有多例成功的实际应用的报道.由于能源和环境发展在我国的战略地位,我国学者发表SMFC相关的论文数量已超越美国成为世界最多的国家.在SMFC中,电极表面微生物的能量和物质代谢网络是实现其产电和降解功能的关键,但目前尚缺乏对SMFC中微生物过程的系统总结和分析.本文以电极表面微生物电子传递过程为核心,依次对SMFC中的阳极电子供体、微生物群落、功能基因、阴极电子受体和微生物群落等方面进行综述,并对SMFC进一步在实际环境和科学研究中的应用进行了展望和讨论,以期从微生物学的角度为SMFCs的发展和应用提供参考.

水体沉积物中微生物厌氧呼吸耦合多环芳烃降解的研究进展

多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是一种具有致癌、致畸、致突变的持久性有机污染物。本文在分析国内外主要水体沉积物中PAHs污染状况的基础上,综述了近几年有关厌氧水体沉积物中微生物以硝酸盐、Fe(III)以及硫酸盐为电子受体进行呼吸耦合PAHs降解的研究概况。此外,还总结了基于微生物的PAHs降解基因组、蛋白质组、代谢组以及菌群水平上互作网络的研究进展,以期为进一步加速PAHs污染水体沉积物原位生物修复提供科学理论参考。

微生物电解池耦合厌氧消化过程中产甲烷代谢通量与微生物的关系

为探究微生物电解池耦合厌氧消化(MEC-AD)产甲烷代谢通量与微生物的关系。实验以电压为扰动因子,采用代谢通量分析(MFA)的方法,得到微生物群落与产甲烷通量的响应关系。结果表明:电压扰动后产甲烷通量和产氢通量均发生显著变化,而电压扰动对产乙酸通量的影响较小,其中0.6 V扰动时产甲烷通量最大为0.522±0.051,较对照组1.0 V的0.295±0.013和1.4 V的0.395±0.029分别提高了77%和32%。另外,平均有15.7%±2.9%的H_(2)(通量)用于还原CO_(2)产甲烷和乙酸,平均有27.7%±6.9%的乙酸(通量)转化为CH_(4)。毛螺旋菌(Lachnospiraceae)的丰度对乙酸通量有显著影响,产CH_(4)通量与理研菌属(Petrimonas)、互营单胞菌属(Syntrophomonas)、拟杆菌属(Blvii28)、假单胞菌属(Acinetobacter)的丰度呈正相关,与梭菌属(Tuzzerella)、球形螺旋菌属(Sphaerochaeta)的丰度呈负相关。而影响产H2通量和产CH_(4)通量的物种具有相似性,多为拟杆菌、梭菌、假单胞菌和厚壁菌。此外,物种种间互作关系也是影响MEC-AD产甲烷通量的重要因素。

重度特应性皮炎患者急性期和缓解期皮肤微生态研究

目的探索重度特应性皮炎(AD)成人患者急性期及缓解期皮肤微生态结构和功能的变化特点。方法采集2019年10月至2020年11月于广州市皮肤病防治所门诊就诊的4例成人重度AD患者急性期和缓解期5个部位(面颊、肘窝、手背、腹部、下肢)皮屑标本, 利用第二代高通量测序技术进行宏基因组测序, 构建皮肤微生物样本基因集, 获得各个样本的物种注释信息并进行生物信息学数据分析。结果 4例重度AD患者皮肤中, 共检测到18个门, 37个纲, 73个目, 142个科, 237个属, 331个种。与急性期相比, 缓解期AD患者皮肤微生物群落多样性上升, 皮肤微生物的相对丰度发生变化(P < 0.05)。在微生物种水平上, 金黄色葡萄球菌对AD急性期的影响程度最高, 表皮葡萄球菌、奥斯陆莫拉菌、弗朗西丝菌、科氏葡萄球菌、沃氏葡萄球菌、球形马拉色菌以及限制性马拉色菌在AD缓解期富集(|lg线性判别分析值| > 2, Kruksal-Wallis检验, 均P < 0.05)。对微生物丰度差异基因行KEGG功能通路分析, 共注释富集于355个功能通路, 其中显著富集的通路38个(均P < 0.05), 主要涉及金黄色葡萄球菌感染、色氨酸代谢、组氨酸代谢、氮代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成与降解、脂肪酸降解及过氧化物酶体增殖物激活受体信号通路等。结论重度AD患者急性期和缓解期皮肤微生态结构存在显著差异, 预测其可能与多个功能通路(如金黄色葡萄球菌感染、色氨酸代谢、组氨酸代谢、氮代谢等)水平相关。