合成生物学表型测试生物反应器及其装备化研究进展

合成生物学经过多年的发展,形成了典型的细胞工厂创制“设计-构建-测试-学习”(design-build-testlearn,DBTL)循环,成为支撑面向加速生物制造发展的智慧生物育种的重要方法。其中,测试环节是对前期所设计与构建的生物体系进行表型测试,以提供大量数据用于后续的学习和迭代升级。测试阶段的通量主要依赖于细胞自身或其培养测试所使用的生物反应器及其装备,是整个DBTL流程的限速步骤。本文系统综述了合成生物学表型测试所开发的面向不同通量的生物反应器及装备,从单细胞检测和筛选及不同尺度生物反应器包括皮纳升级生物反应器、微升级生物反应器、毫升级生物反应器和升级生物反应器等,系统地介绍了各自的特点和应用场景。同时,指出了现有生物反应器及其装备的应用潜力、面临的挑战与发展趋势,为合成生物学表型测试技术研究提供重要参考。

ARTP诱变技术在食品和饲料加工生物催化剂改造中的应用进展

食品和饲料的生物催化转化和发酵技术成为保障餐桌安全及绿色发展的重要领域,其用酶量在工业酶制剂市场中占比最大,且增长最快。性能优良的酶制剂能显著缩短发酵周期,降低生产成本,提高目标产物的转化率,进而提高市场竞争力。食品和饲料加工产业除了应用分离提取的酶制剂外,很多发酵过程仍以微生物为细胞工厂进行多种酶催化转化。该发酵过程通常涉及复杂的代谢网络和调控机制,且很多体系不能采用基因工程技术,因此理性基因工程改造通常难以满足应用需求。诱变育种仍然是食品和饲料加工用酶及微生物菌株改造的主要手段,需要与时俱进不断发展新技术。近年发展起来的常压室温等离子体(ARTP)诱变育种技术因其具有操作简单、安全、环境友好、突变率高、突变库容大等特点,在食品和饲料加工微生物育种中得到了广泛应用,取得了良好的成效。重点介绍近年ARTP在食品与饲料加工酶制剂及发酵微生物改造中的相关应用进展。

生物育种技术与装备创新驱动生物经济发展

生物产业是利用微生物、植物和动物的功能,进行规模化物质加工与转化的绿色可持续发展生产方式,涉及农业、食品、医药、健康、化工、轻工、能源、环境等众多事关国计民生的重要工业领域,具有环境友好、循环经济的特征,是解决人类面临的资源短缺、环境污染及可持续发展等问题的重要途径之一。

ARTP生物育种技术与装备研发及其产业化发展

安全高效的微生物诱变和高通量筛选技术与装备是生物技术科研及产业发展的核心,具有重要的研究价值和广泛的应用前景。笔者研究团队成功将基于大气压射频辉光放电的常压室温等离子体(ARTP)应用于生物诱变育种领域,对其与生物大分子、细胞之间的作用机理进行了系统研究,并研发了具有自主知识产权的ARTP生物育种仪。因操作安全简便、突变快、突变率高、获得的突变体性状稳定等特点,ARTP育种仪已成功应用于百种以上微生物的诱变育种,在行业引起了广泛关注,并实现了的国际出口。综述了ARTP生物育种技术的原理、装备研发现状及其近年来的研究和应用进展,并对其今后的发展趋势进行了展望。

源清天木:开发高效菌株育种技术提升生物产业创新能力

生物产业是我国一项战略性新兴产业。我国生物产业发展已有30多年的历史，近年来更是以每年20％以上的速度增长。然而，我国生物产业大多处于整个生物产业链的底端，多以生产和出口原料为主，企业竞争力主要来自于低廉的劳动力和资源，整个产业缺乏有效大幅度提升生产效率的相关手段，尤其是缺乏自主知识产权的菌种；且产学研及结合能力不足，开发新产品的能力不强。

ARTP辐照对两色金鸡菊种子诱变的生物学效应

ARTP(常压室温等离子体)作为一种新型安全高效的生物诱变育种手段,已成功应用于微生物的育种研究,在植物上的应用刚刚起步.本研究首次采用ARTP处理两色金鸡菊(Coreopsis tinctoria Nutt.)种子,研究其对种子萌发、幼苗生长、花形和品质的影响,以期获得观赏价值大、品质好的诱变品系.结果表明:(1)与对照相比,不同时间(7.50～37.50min)的ARTP辐照提高了两色金鸡菊种子的发芽势和发芽率,辐照22.50min时其发芽势(80.00%)和发芽率(86.70%)达最大;不同时间的ARTP辐照也不同程度地增加了其幼苗的最大冠幅、叶片数量、叶柄长度、叶面积,以22.50min的辐照效果最好.(2)ARTP辐照种子22.50min后,其大部分植株最大花径明显增加、舌状花红褐色区域明显增大,13.33%的植株舌状花瓣数增多(Tm)、6.67%的植株雄蕊瓣化(Ts)、6.67%的植株舌状花管状化(似喇叭状)(Tt);部分植株花朵总黄酮、绿原酸和木犀草苷成分增加,其中Tt植株不仅花形发生变化且活性成分也有所提高.ARTP诱变有望成为两色金鸡菊育种的新途径.

高通量自动化微生物微液滴进化培养与筛选技术及其装备化

液滴微流控由于可以快速生成大量微液滴,并实现单个液滴独立的控制,每个液滴都可以作为独立的单元进行微生物培养,因此在微生物的高通量培养方面具有独特的应用优势。然而现有研究多停留在实验室搭建和使用阶段,存在操作要求高、影响因素多、缺乏自动化集成技术等关键问题,制约了液滴微流控技术在微生物研究中的应用。文中以解决液滴微流控技术用于微生物培养的装备化问题为目标,系统研究了微流控各单元模块的结构与功能,通过对液滴的发生、培养、检测、分割、融合、分选等多种操作的开发与集成,成功研制出了小型一体化、全自动高通量的微生物微液滴培养(Microbial Microdroplet Culture system,MMC)装备系统,可用于微生物的生长曲线测定、适应性进化、单因素多水平分析及代谢物检测等,为面向微生物菌种高效选育的进化培养和筛选提供了高通量仪器平台。