大肠杆菌耐热元器件的构建及其应用

以提高大肠杆菌耐热性为目的,基于腾冲嗜热菌(Thermoanaerobacter tengcongensis MB4)热激蛋白基因T.te-HSP20构建了诱导型耐热元器件T7-T.te-HSP20和组成型耐热元器件gapA-T.te-HSP20,转入大肠杆菌(Escherichia coli)获得工程菌E.coli-TH和E.coli-GH。工程菌E.coli-TH在30℃和IPTG诱导下,目标蛋白呈可溶性表达,经50℃热激30 min后,存活率提高了3.2倍。高温发酵表明gapA-T.te-HSP20扩宽了工程菌E.coli-GH的最适生长温度的范围(37~43℃),较大程度提高了大肠杆菌的耐热性。抗逆性分析还发现工程菌E.coli-GH具备了耐热与耐丁醇的双重功能,并有一定的抗乙酸和乙醇能力。为工业梯度升温发酵生产生物基产品的高效制造、节省成本提供了新思路。     

大肠杆菌耐热元器件的构建及其应用

以提高大肠杆菌耐热性为目的,基于腾冲嗜热菌（Thermoanaerobacter tengcongensis MB4）热激蛋白基因 T.te-HSP20 构建了诱导型耐热元器件T7-T.te-HSP20 和组成型耐热元器件gapA-T.te-HSP20,转入大肠杆菌（Escherichia coli）获得工程菌 E. coli-TH 和 E. coli-GH。工程菌E. coli-TH在30℃和IPTG诱导下,目标蛋白呈可溶性表达,经50℃热激30 min后,存活率提高了3.2倍。高温发酵表明gapA-T.te-HSP20扩宽了工程菌E. coli-GH的最适生长温度的范围（37～43℃）,较大程度提高了大肠杆菌的耐热性。抗逆性分析还发现工程菌E. coli-GH具备了耐热与耐丁醇的双重功能,并有一定的抗乙酸和乙醇能力。为工业梯度升温发酵生产生物基产品的高效制造、节省成本提供了新思路。     

类泛素介导和热激响应协同提高酿酒酵母的热稳定性

通过调节类泛素和热激响应介导的酿酒酵母内部的活性蛋白质平衡,提高酵母细胞的热稳定性和乙醇发酵性能,从而达到工业生产中降低控温能耗的目的。将5个蛋白质平衡相关基因分别与调控基因FBA1p组合构建耐热元器件,并将其导入酿酒酵母Saccharomyces cerevisiaeINVSC1,通过梯度升温培养筛选得到能赋予酵母细胞较好耐热性的类泛素元器件FBA1p-atg8和热激蛋白元器件FBA1p-hsp104;其对应的工程菌S.c-ATG8和S.c-HSP104在40℃恒定培养下,OD₆₆₀值均比对照高50%以上(84h),细胞存活率分别是对照的1.64倍和3.01倍(72h),且都具有较好的细胞壁完整性及海藻糖合成量。将atg8与hsp104组合构建成双功能耐热元器件,其工程菌S.c-ATG8-HSP104在40℃恒定发酵的生长能力、细胞活力和乙醇生产能力都明显优于S.c-ATG8与S.c-HSP104。结果表明,通过类泛素介导与热激蛋白响应协同调节胞内活性蛋白质平衡可以有效地提高酿酒酵母的热稳定性。     

甲基营养型大肠杆菌构建策略的研究进展

利用微生物细胞工厂实现原料转化和产品合成是绿色生物制造的核心。然而,当前生物制造仍以富含糖类的谷物粮食为主要原料,存在“与民争粮”的争议,亟需开发非粮原料。甲醇作为煤化工产业中的重要产品,具有来源广、价格低、还原性强等优势,有替代粮食原料的潜力。天然甲基营养菌可利用甲醇生产单细胞蛋白和各种氨基酸,但存在理论收率低、遗传改造工具不足等缺点。随着合成生物学的发展,以大肠杆菌等模式生物作为底盘细胞构建人工甲基营养菌,实现甲醇到各种化学品的生产已成为研究热点。本文总结了多种甲基营养型大肠杆菌的构建策略,明确了影响天然路径代谢的关键因素与代谢过程中的重要中间产物,概括了各种天然路径在大肠杆菌中的优化策略与人工新路径的构建方法,并对工程菌株的优化提出了展望。     

温敏凝胶封窜技术的研究与应用

气窜会影响油田的正常生产,不利于稠油油田的高效开发。利用单管模型对温敏可逆凝胶的封堵能力进行评价,考察凝胶封堵性能以及在不同注入量和不同注入时机条件下,温敏凝胶对驱替效率的影响。实验结果表明,80℃时温敏可逆凝胶封堵效果最好;随着温敏凝胶注入量的增加,驱替效率随之升高,但凝胶注入量应与窜流通道体积系数接近1可获得理想的封堵效果;在出现窜流的情况下,注入温敏凝胶堵调对驱替起到了显著的作用,但注入时机对驱替效率的影响不大。现场作业结果表明,发生器在同等排量条件下,注入温敏凝胶后发生器出口压力升高8~9MPa,注气井临井产气量降幅64.5%,表明温敏凝胶能够有效封堵地层高渗透条带,治理气窜结果较为明显。     

HPAM-g-P(NIPA-co-DMAM)的合成与温敏行为

利用端基转换法合成了不同组成及相对分子质量的端丙烯酰胺基聚（N-异丙基丙烯酰胺-co-N,N-二甲基丙烯酰胺）［poly(NIPA-co-DMAM), PID］大分子单体;与丙烯酰胺聚合后再水解,得到以PID为侧链,浊点在37～63℃的接枝共聚物［HPAM-g-P(NIPA-co-DMAM), HGPID］。利用¹H NMR及端基分析等对大分子单体和接枝物的组成及结构进行了表征;考察了接枝共聚物侧链的组成和链长、共聚物质量浓度和外加盐浓度等因素对其水溶液的热敏特性及温敏增稠性的影响。     

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。     

合成生物学在农残检测领域的应用

近年来,合成生物学在多个领域崭露头角,在农残检测中也发挥着越来越重要的作用。基于合成生物学模块化和工程化指导思想,各种基因部件的多样化组合为农残检测提供更多方案。简便、耐用、低成本、原位检测等特点也使其较传统检测手段具有更强的竞争力。但与此同时,合成生物学在农残检测中的应用也受到复杂检测环境和生物安全性等问题的影响。结合目前合成生物学在有机氯、有机磷、拟除虫菊酯和氨基甲酸酯类农药检测中的应用与创新实例,归纳合成生物学在农残检测中应用的原理,分析并探讨合成生物学技术未来在农残检测中的发展潜力与应用前景。     

产青蒿二烯的人工酵母细胞的构建及发酵优化

为了异源合成抗疟疾药物青蒿素重要前体青蒿二烯, 以酿酒酵母作为底盘细胞, 利用基因工程手段构建功能人工酵母细胞。为提高基因拷贝数, 并增加重组菌株基因型的稳定性, 选择酵母基因组中多拷贝位点Delta为整合点, 实现酿酒酵母内源基因tHMGR和ERG20的过表达以及外源基因ADS的整合。过表达tHMGR和ERG20基因增加了酵母体内半萜类物质共同前体法尼基焦磷酸FPP的积累量;而导入外源基因ADS, 实现了酵母生产青蒿二烯。经过摇瓶发酵优化实验, 人工酵母菌株青蒿二烯产量为225.3 mg·L^-1;为了进一步提高青蒿二烯产量, 经过发酵过程优化和补料策略, 人工酵母菌株在5 L发酵罐中青蒿二烯产量达到1.05 g·L^-1。     

Hydrotalcite的合成与应用

介绍了以碱式碳酸镁、铝酸碱金属盐为原料合成Hydrotalcite的方法,并论述了其作为制酸剂和抗胃脘剂、聚烯烃树脂的中和剂、PVC热稳定剂的应用。     

Isopentenol Utilization Pathway for the Production of Linalool in Escherichia coli Using an Improved Bacterial Linalool/Nerolidol Synthase

Linalool is a monoterpenoid used as a fragrance ingredient, and is a promising source for alternative fuels. Synthetic biology offers attractive alternative production methods compared to extraction from natural sources and chemical synthesis. Linalool/nerolidol synthase (bLinS) from Streptomyces clavuligerus is a bifunctional enzyme, producing linalool as well as the sesquiterpenoid nerolidol when expressed in engineered Escherichia coli harbouring a precursor terpenoid pathway such as the mevalonate (MVA) pathway. Here we identified two residues important for substrate selection by bLinS, L72 and V214, where the introduction of bulkier residues results in variants with reduced nerolidol formation. Terpenoid production using canonical precursor pathways is usually limited by numerous and highly regulated enzymatic steps. Here we compared the canonical MVA pathway to the non-canonical isopentenol utilization (IU) pathway to produce linalool using the optimised bLinS variant. The IU pathway uses isoprenol and prenol to produce linalool in only five steps. Adjusting substrate, plasmid system, inducer concentration, and cell strain directs the flux towards monoterpenoids. Our integrated approach, combining enzyme engineering with flux control using the artificial IU pathway, resulted in high purity production of the commercially attractive monoterpenoid linalool, and will guide future efforts towards efficient optimisation of terpenoid production in engineered microbes.     

不同基质(虫胶及PMMA)温敏漆的制备及性能研究

以三氯化钌、氯化钆、联吡啶为原料制备发光探针分子,将探针分子分别加入到聚甲基丙烯酸甲酯基质(PMMA)和虫胶基质中,获得不同基质的温敏漆样品。对探针分子及2种基质温敏漆样品进行了红外、紫外吸收及荧光光谱测试。红外光谱表明,探针分子中联吡啶的结构未被破坏;紫外吸收光谱表明,虫胶的紫外吸收较强,影响了探针分子对紫外光的吸收,所以虫胶基质温敏漆在620nm的荧光发射较弱,而PMMA对紫外光吸收较弱,所以以PMMA为基质的温敏漆在620nm荧光发射较强,同时PMMA基温敏漆的温度猝灭性能也明显比虫胶基温敏漆好。     

基于系统生物学和合成生物学的重要平台化学品生物制造的研究进展

基于生物质资源的平台化学品制造,是解决目前石化资源枯竭和环境问题的重要措施,对经济社会的可持续发展具有重要意义。本文主要介绍了系统生物学和合成生物学在有机酸(琥珀酸、富马酸、L-苹果酸、葡萄糖二酸、丙酮酸、苯丙酮酸、α-酮戊二酸)以及其他平台化学品(2,5-呋喃二甲酸)生物制造中的应用,并展望了生物制造在平台化学品生产中的未来发展方向。     

Improving Cell‐Free Protein Synthesis through Genome Engineering of Escherichia coli Lacking Release Factor 1

Site‐specific incorporation of non‐standard amino acids (NSAAs) into proteins opens the way to novel biological insights and applications in biotechnology. Here, we describe the development of a high yielding cell‐free protein synthesis (CFPS) platform for NSAA incorporation from crude extracts of genomically recoded Escherichia coli lacking release factor 1. We used genome engineering to construct synthetic organisms that, upon cell lysis, lead to improved extract performance. We targeted five potential negative effectors to be disabled: the nuclease genes rna, rnb, csdA, mazF, and endA. Using our most productive extract from strain MCJ.559 (csdA^? endA^?), we synthesized 550±40 μg mL^?1 of modified superfolder green fluorescent protein containing p‐acetyl‐L ‐phenylalanine. This yield was increased to ～1300 μg mL^?1 when using a semicontinuous method. Our work has implications for using whole genome editing for CFPS strain development, expanding the chemistry of biological systems, and cell‐free synthetic biology.     

活性自由基聚合法制备温度敏感聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酰胺)水凝胶及其性能研究

以水与二甲基甲酰胺作混合溶剂,选用五甲基二乙烯基三胺作ATRP的催化剂配体,实现了ATPR法制备P(NIPAM-co-AM)温敏性智能型水凝胶。通过提高组分中AM的摩尔分率,水凝胶溶胀率增加,其LCST也随之提高,溶胀速率加快。相对于传统自由基聚合法,利用ATRP法制备的P(NIPAM-co-AM)水凝胶具有最低临界温度(LCST)低,溶胀速率快,保水量高等特点。