生物质转化工程酿酒酵母的研究进展

石油、煤炭等非再生资源的供给日益紧张,人类迫切需要对可再生资源的利用进一步开发。以生物质为原料生产纤维素乙醇具有原料可再生,成本低廉的显著优点。酿酒酵母菌株因其易于进行基因操作,并具有较高的抑制剂耐受性,被广泛用于发酵生产纤维素乙醇。酿酒酵母作为生物质转化工程菌,在如何提升菌株对抑制剂的耐受性和木糖转化效率等方面仍具有很大的挑战。综述了在生物质转化利用上酿酒酵母工程化的研究进展。

微生物发酵产氢技术研究进展

化石能源的短缺和环境污染的出现使可再生能源和清洁能源的开发变得十分迫切。由于氢气是一种清洁、高效的能源,所以有关微生物发酵制氢逐渐成为关注的热点。本文主要介绍氢气的微生物代谢途径及关键酶,重点综述极端高温产氢菌群及发酵产氢工艺,并展望利用复杂非粮原料产氢菌及其工艺技术,结合系统生物学和合成生物学对现有产氢菌提高生产效率和构建产氢新途径提供理论指导。

工程化酿酒酵母合成植物三萜类化合物

三萜类化合物如甘草次酸、皂苷等是许多药物在细胞内发挥药理活性的主要存在形式,可作为药物的主要活性成分,有些还可作为甜味剂等。但是萜类化合物在天然植株中含量很低,不能很好地对其开发和利用。随着萜类物质代谢中关键酶的发现,整个萜类代谢途径变得清晰。近年来合成生物学快速发展,为利用微生物发酵生产三萜化合物奠定了基础。综述了酿酒酵母中三萜化合物的合成途径及在此途径中起重要作用的细胞色素单氧化酶的研究进展。

一体化生物加工过程生产乙醇的研究进展

一体化生物加工过程(consolidated bioprocessing,CBP)指通过对理想底盘微生物的开发和利用来实现一步转化木质纤维素为生物产品的生物加工程序。本文回顾了一体化生物加工过程的研究背景,简述了其开发理念和技术路线,全面综述了近年来该技术在转化木质纤维素生产二代生物乙醇研究中的不同策略及最新的研究进展。分析了CBP系统中自然菌株、重组菌株和共培养菌株在转化木质纤维素生产生物乙醇时的优点和瓶颈因素。研究了基因工程、代谢工程等工程手段和技术在克服此技术中的阻碍性因素及提升乙醇得率等方面的应用价值和潜力。最后,论述了组学及合成生物学等新兴生物技术对CBP生物乙醇的贡献和二代生物乙醇的商业化发展现状及CBP乙醇未来所面临的机遇与挑战。

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。

基于4-氨基吡啶衍生物的有机凝胶及其离子响应

以4-氨基吡啶为原料,合成了烷氧基侧链数目不同的凝胶因子——吡啶酰胺衍生物V1、V2和V3,测试了其凝胶能力和离子响应性质。SEM结果表明,V1、V2和V3所形成的凝胶是纤维状三维网络结构;XRD结果显示,V1、V2和V3均为层状结构。采用FTIR、UV和1HNMR考察了它们的成胶驱动力,结果表明,氢键、π-π作用和范德华力是形成凝胶的推动力。离子响应测试表明,该系列凝胶化合物能够分别对F^-和Cu^2+的刺激作出响应,通过在体系中加入F^-和F^-的质子化,或者使体系中的Cu^+氧化和Cu^2+还原、Cu^2+的释放和络合,可以实现凝胶一溶胶的多次可逆转变。该系列凝胶可以通过热、氧化还原反应或者添加适当的化学物质来调控体系的相变,是一类多重响应型有机小分子凝胶。

微生物诱导碳酸盐沉淀及在重金属修复中的应用

工业化和人口增长增加了环境中重金属的释放和积累,长期暴露于这些环境下会导致癌症等相关疾病,因此,寻找能够有效修复环境中重金属污染、降低它们在环境中的流动性和生物毒性的方法显得十分重要。微生物诱导碳酸盐沉淀作为潜在的生物修复技术,已经被广泛研究。该文总结了不同代谢途径下微生物诱导碳酸盐沉淀的机理,综述了微生物诱导碳酸盐沉淀在重金属修复领域的研究进展,讨论了该技术的进一步研究重点,对推动微生物诱导碳酸盐沉淀在重金属修复领域的应用具有积极意义。

海上油田伴生气生物滴滤净化技术研究进展

介绍了国内外针对油田伴生气开采利用现状,从合成生物学角度出发,阐述构建微生物菌群净化体系的技术思路,综述了生物滴滤技术的综合应用与效果,为完善生物滴滤技术净化油田伴生气提供多样化治理视角与合理净化体系。

海上溢油污染治理中的生物修复技术应用

介绍国内外海上溢油污染现状,分析现行海上溢油污染处置技术,强调生物法治理海上溢油污染的优势,特别是生物强化法和生物刺激法。归纳生物修复技术发展方向:强化降解菌群性能,提高其降解率;大力开发生物表面活性剂。生物修复技术环保且有经济前景,与化学法、物理法相配合使用将是未来海上溢油事故治理的重点方向。

合成生物学在含氟化合物生产中的应用

将氟原子引入有机化合物分子可以赋予化合物新的功能,使其具有更好的物理化学特性。含氟化合物常被应用于新药研发、医疗诊断等诸多方面,受到合成化学家的广泛关注。但利用有机化学方法合成氟化物往往难以实现氟原子的选择性引入,且含氟试剂成本高,产物分离纯化困难。近年来,合成生物学技术的发展为氟化物的生产提供了新思路。通过发掘链霉菌等微生物中天然的氟化酶,并通过定向进化、理性设计等方法对天然氟化酶进行优化改造,可催化合成特定的C—F键;通过将含氟模块引入天然产物生物合成途径,可合成新型复杂含氟天然产物,如氟化聚酮等。本文归纳总结了利用氟化酶和含氟模块构建氟化物生物合成系统的方法,讨论了合成生物学手段在含氟化合物生产中的重要应用,并从合成生物学的角度展望了优化改造氟化酶和构建新型含氟生物合成系统的未来发展方向。采用合成生物学新策略实现含氟产物的高效生物合成,将有望解决复杂手性含氟化合物的合成问题。

基于单链DNA开关调控的多功能生物电路（英文）

合成生物电路在生物传感及生物计算方面成为了广泛应用的工具。工程化生物电路系统具有良好的灵活性,同时也具备模块化的特征。在本文中,研究了基于单链DNA开关调控的多功能生物电路的构建方法。通过将计算机辅助设计的单链DNA开关作为核心控制元件,并利用长度为20 bp的toehold区域来激活单链DNA开关,驱动了简单的单向式、循环式以及级联的多层次的生物电路系统。在级联式电路系统中,通过调整单链DNA开关的结构,使信噪比从2.996变成5.274。同时,单链DNA开关作为长单链DNA(784 bp)的一部分,在无细胞蛋白质系统中实现了基因表达调控。因此,本文研究的工程化方法为今后复杂的人工生物电路的构建提供了坚实的技术基础。

酶分子的自驱动及其介导的微纳马达

在生命活动中扮演重要角色的生物催化剂酶,被发现在催化底物转化的过程中能表现分子水平的扩散增强行为。这种自驱动的扩散增强现象提供了一个研究酶的新角度:酶分子马达(EMM)。受到天然生物分子马达的启发,EMM被用作“引擎”开发出了一系列的酶驱动微纳马达和微泵,将催化过程中的化学能转化为动能,驱动微纳尺度的运动。通过巧妙的设计,酶驱动微纳设备可以实现功能化、完成各种任务,引起了广泛的关注。然而,EMM和酶驱动微纳设备的运动机理尚处于争论之中,酶驱动设备尺寸、结构、酶的性质对运动性能的影响也尚未明晰,制约着EMM和微纳设备的研究和应用。因此,本文综述EMM的自驱动运动以及作为“引擎”驱动的微纳马达和微泵。首先,简述低Reynolds数环境中实现微观自驱动运动的条件,阐述酶分子的自驱动和趋化行为,归类EMM运动机理;其次,归纳酶驱动微纳马达和微泵,重点评述酶分子作为“引擎”驱动人工合成微纳马达的实现途径及其潜在应用;最后,总结酶分子自驱动及其驱动微纳尺度运动存在的主要挑战,并提出进一步研究的重点方向。

碱化修饰甲状腺素运载蛋白显著增强对淀粉样β蛋白聚集的抑制作用

阿尔茨海默症与淀粉样β蛋白(amyloid-βprotein,Aβ)的纤维化聚集有关,因此开发高效的抗Aβ聚集的抑制剂是防治阿尔茨海默症的策略之一。研究发现,甲状腺素运载蛋白(transthyretin,TTR)可通过疏水作用抑制Aβ单体之间的聚集,但抑制作用需要较高蛋白浓度(150μg·ml^(-1))。为了提高TTR抑制Aβ聚集的作用,本研究利用乙二胺修饰TTR表面的羧基,生成碱化甲状腺素运载蛋白(TTR-B),以增加其与带负电荷的Aβ之间的静电相互作用。研究表明,修饰度最高的TTR-B3(平均每分子TTR上38.9%的羧基被转换成氨基)对Aβ聚集的抑制能力显著提高,在较低的浓度下(15μg·ml-1)即可有效缓解Aβ对细胞的毒性(使细胞活性从78%提高至>90%),浓度仅为TTR的10%。与碱化人血清白蛋白(HSA-BF)相比,TTR-B3用量为HSA-BF的75%时即可使AD线虫延长相同的寿命,在HSA-BF用量的45%时即可完全清除AD线虫体内的Aβ斑块。结果表明TTR-B3是一种高效的Aβ聚集抑制剂。

铁蛋白的生物工程应用

铁蛋白是一种普遍存在于生物体内的储铁蛋白,具有铁离子代谢、抗氧化胁迫及消除其他过量金属离子毒害作用的功能。随着对铁蛋白结构和生化功能认识的深入,铁蛋白作为一个含有四氧化三铁核心的特殊蛋白复合体,被广泛应用于生物医学、纳米材料、生物分子成像等各种生物工程领域。该综述针对已知的主要铁蛋白分子,论述了铁蛋白的结构及酶活性机理,基于铁蛋白的多功能分子骨架应用,以及基于铁蛋白磁性的生物分子开关等热点研究,最后对铁蛋白生物工程、生物医学领域的应用和发展进行了展望。

乙醇预处理对水稻秸秆物质迁移和酶解的影响

在生物法利用木质纤维素原料生产乙醇的过程中,预处理方法是影响酶解糖化和发酵的关键因素.以水稻秸秆为原料,研究了加入不同浓度硫酸和乙醇预处理对酶解的影响.2%硫酸预处理后,固体部分酶解液中葡萄糖质量浓度和转化率分别可达53.9g/L和71.5%,明显高于其他预处理条件的酶解结果;并且酶解液葡萄糖转化率与酶解初始条件下木聚糖、木质素和其他成分的总负荷呈近似线性关系.通过气质联用技术和主成分分析的多元统计方法对预处理液体中的物质进行定性和定量分析,得到不同预处理条件下的6种标志物.

酿酒酵母细胞表达异源萜类化合物的研究进展

萜类化合物具有可观的经济价值,但是目前的生产过程复杂、产量低。酿酒酵母甲羟戊酸途径为萜类化合物的合成提供直接前体,因此酿酒酵母细胞具有合成异源萜类化合物的天然优势。对酿酒酵母甲羟戊酸途径的清晰认识是对其进行有效利用的基础,本文从代谢途径、关键酶的特点和全局调控机制3个方面对该途径进行了介绍。从代谢途径的构建和优化、模块与底盘细胞的适配、模块构建及组装方式的角度概述了酿酒酵母细胞异源合成单萜、倍半烯萜、二萜、三萜类化合物的研究进展。指出实现酿酒酵母高效合成萜类化合物所需要解决的基础问题是对酿酒酵母甲羟戊酸途径进行更为全面了解和对萜类化合物的天然代谢途径进行明确解析;另外,合成生物学的进一步发展也将为此提供应用基础。

Negishi试剂与铜或镍化合物促进含硅基六取代苯的合成

分别采用苯或噻吩和三甲基硅烷基(TMS)取代炔烃,在Negishi试剂诱导下生成三甲基硅烷基取代锆杂环戊二烯,加入氯化亚铜(CuCl)促进该锆环与乙炔二甲酸二甲酯(DMAD)反应,能够以较高的区域选择性得到苯或噻吩、TMS以及酯基取代的新型六取代苯衍生物.将TMS、甲基取代的锆杂环戊二烯在镍配合物NiBr2(PPh3)2作用下分别与N,N-二甲基-3-苯基-丙炔酰胺、对甲氧基苯乙炔苯甲酮反应,得到2个新型含多种基团、不对称的六取代苯衍生物.上述过程均为一锅法反应,能够由不同种类不对称内部炔烃通过分子间偶联生成六取代苯衍生物,选择性较高.

恶臭废气净化技术研究进展

恶臭气体会使人的中枢神经产生障碍、病变,甚至引起慢性病、急性病和死亡。近些年来,恶臭废气净化技术一直是人们研究的热点,本文对国内外在恶臭废气净化方面的物理、化学法和生物法研究状况进行了综述,并对鼓泡塔和气升式环流反应器结合计算流体力学(CFD)计算模拟等恶臭废气净化技术研究方向和发展前景进行了展望。

胶体晶体模板法制备有机整体柱

提出了利用胶体晶体为模板制备有机整体柱的一种新方法,以SiO_2胶体晶体为模板制备聚甲基丙烯酸缩水甘油酯[p(GMA-EDMA)]弱阴离子整体柱为例验证了该方法的可行性,并对合成得到的整体柱的性能进行了表征。结果表明:胶体晶体模板法简单易行,制备得到的p(GMA-EDMA)整体柱的孔结构较为规整有序;整体柱具有较高的渗透性能、良好的传质能力和稳定性;在180 cm/h的流速下,对牛血清白蛋白(BSA)的动态吸附容量为37.0 mg/mL,理论板当量高度为3.28 mm;对BSA和IgG(免疫球蛋白G)10 min内即可实现基线分离。

二萘并噻咯的合成及性能（英文）

合成了一类新的二萘并噻咯类化合物,它们分别是6,6-二甲基-1,2,3,4,8,9,10,11-八丙基二萘并噻咯、6,6-二甲基-1,2,3,4,8,9,10,11-八丁基二萘并噻咯、6,6-二苯基-1,2,3,4,8,9,10,11-八丙基二萘并噻咯和6,6-二苯基-1,2,3,4,8,9,10,11-八丁基二萘并噻咯。合成以炔烃为原料,在二氯二茂锆的诱导作用下生成锆杂环戊二烯,再与卤代苯发生偶联反应得到二碘萘,两分子二碘萘经正丁基锂锂化之后又可以反应生成一分子联萘,最后联萘与硅杂物反应得到不同取代基的二萘并噻咯类化合物。此合成方法不仅收率高,而且工艺简单。之后我们又采用核磁以及质谱对这几个分子进行了表征,采用紫外-可见光谱测试、荧光测试、循环伏安测试、热重分析测试以及高斯计算,对它们的光学性能、电化学性能、稳定性等进行了测试。实验结果表明它们有着相似的光吸收带以及很低的HOMO值(-5.50 eV)。它们的热分解温度都在300°C左右,表明它们有良好的热稳定性。最后,我们用6,6-二甲基-1,2,3,4,8,9,10,11-八丁基二萘并噻咯做为发光层制作了电致发光器件,该器件可以发明亮的蓝紫光。