DNA及基因组改组在代谢工程中的应用

代谢工程是应用分子生物学与反应工程的结合,已发展成为菌种改进的平台技术.后基因组学时代的基因组学、转录组学、蛋白质组学及代谢物组学等为代谢工程的发展提供了极好的机遇.DNA改组及基因组改组可以构建新的代谢途径、对已知或未知的代谢途径进行快速优化,极大地促进了代谢工程的进一步发展和应用.DNA改组及基因组改组技术可以加深对代谢网络及其分子调节机制的理解,是对合理代谢设计策略的完善和补充.本文首先分别介绍了DNA改组、基因组改组在代谢工程中的应用,进而展望了基于基因组改组的代谢工程方法步骤及发展方向.     

ARTP诱变钝顶螺旋藻突变体比较组学研究

微藻作为地球上重要的生物资源,为水圈提供了大量的初级代谢产物,是合成生物学和生物制造研究和应用的重要底盘微生物。其中,钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)具有多糖含量高、营养价值高、培养工艺成熟、应用范围广等特点,其诱变育种及比较组学研究可为微藻细胞工厂系统改造技术发展提供重要依据。本课题组前期通过常压室温等离子体(atmospheric and room temperature plasmas,ARTP)诱变方法获得了三株钝顶螺旋藻突变体。本研究在连续光照培养条件下,对三株突变体的重要生理特征进行了表征,发现突变株具有高絮凝表型,且重要化合物含量也与野生型具有一定的差异。进一步,本研究通过对其主要代谢产物的代谢组学分析和全基因组测序,对突变表型产生的机理进行了初步解析。     

代谢组学在恶性肿瘤诊治中的应用

代谢组学是继基因组学、转录组学及蛋白质组学之后生命科学的重要组成之一。代谢组学是利用核磁共振、质谱、色谱等分析技术,通过对所得数据进行化学计量学处理来研究生物体内所有低分子量代谢产物的一门新科学。本文对代谢组学的概念、研究内容、分析方法及其在恶性肿瘤诊治方面的作用进行了综述。代谢组学在恶性肿瘤方面的研究将有良好的发展前景。     

水生所在蓝藻的蛋白基因组学研究中取得进展

正蛋白基因组学(Proteogenomics)利用蛋白质组学数据,尤其是高精度的串联质谱数据,结合基因组和转录组数据对基因组进行注释。蛋白质组数据不仅可以实现对基因组序列的重新注释、发现新基因,还能系统发现蛋白质特有的翻译后事件(如翻译后修饰和信号肽等)。随着基于串联质谱技术的蛋白质组学的快速发展,蛋白基因组学已成为功能基因组学研究不可或缺的重要工具。在赵进东院士的指导下,中国科学院水生生物研究所葛峰学科组与李涛学科组合作,对模式蓝藻Synechococcus sp.PCC 7002的蛋白基因组学进行了系统研究。蓝藻也称蓝细菌,是一类产氧的光合自养生物,分布广泛,对整个生物圈意义重大,是目前研究光合作用的模式生物之一。该研究综合采用了最新的基     

全局转录调控在细胞工厂构建中的应用与进展

全局转录调控是一种通过重新编程基因转录来获得新的细胞表型的重要技术方法。本文介绍了通过DNA重组、易错PCR等技术对细胞中的转录元件进行多轮突变修饰,改变RNA聚合酶的转录效率以及对启动子的亲和能力,在整体水平上使细胞的转录水平发生改变,从而获得更加契合实际需求的细胞表型。指出全局转录调控技术不仅可以快速优化代谢途径、提高目标化合物的产量,亦可提高菌株耐受性,在代谢工程领域具有独特的优势,并已被成功应用于不同化合物的细胞工厂构建中。     

生物信息学应用于代谢物组学研究的进展

如何利用代谢物组的海量数据和信息,与其他领域整合并重构完整的生化网络,建立预测细胞表型、优化生化过程和评价药物安全性的崭新方法是生物信息学需要解决的重要问题.本文综述了代谢物组数据分析中应用的主要生物信息学方法及关键问题,列举了各种方法在植物、微生物及哺乳动物体系的重要应用.最后对代谢物组学的前景进行展望.     

工业生物技术的研究现状与发展趋势

工业生物技术是以微生物或酶为催化剂进行物质转化,大规模生产人类所需的化学品、医药、能源、材料等,是解决人类目前面临的资源、能源及环境危机的有效手段.世界经合组织指出：“工业生物技术是工业可持续发展最有希望的技术”.本文指出工业生物技术的新崛起,并已成为发达国家的重要科技与产业发展战略.概述了工业生物技术的发展现状与趋势,特别在生物能源、生物材料以及生物质资源化方面.介绍了工业生物技术的关键问题是：（1）微生物资源库和微生物功能基因组学技术;（2）生物催化剂快速定向改造新技术;（3）重要工业微生物的代谢工程.展望了我国工业生物技术发展前景.     

HPLC在医学代谢组学中的应用

代谢组学是20世纪90年代中期发展起来的一门新学科,是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后,系统生物学研究不可缺少的重要基础学科之一。高效液相色谱由于适用范围广、分离性能好等原因广泛应用于医学代谢组学的研究。本文从高效液相色谱的发展和原理入手,结合HPLC-MS和UPLC技术,着重讲述了HPLC在药物代谢组学、疾病研究等方面的应用现状。     

1株致病性黄疸出血群钩端螺旋体病流行菌株与其同血清群疫苗株的比较基因组学分析

目的 对1株致病性黄疸出血群钩端螺旋体（简称钩体）病流行菌株与其同血清群疫苗株进行比较基因组学分析。方法 应用高通量测序技术对黄疸出血群钩体流行株200502（简称流行株200502）进行全基因组序列测定,并与其同血清群疫苗株56601进行比较基因组学分析;选取GenBank中已公布的包括疫苗株56601在内的9株不同基因种的代表性钩体菌株构建系统发育进化树。结果 流行株200502全基因组序列全长为4 543 190 bp,含有编码基因3 580个,其中具有直系同源簇（clusters of orthologous groups,COG）功能2 192个。流行株200502与疫苗株56601基因组平均核苷酸一致性为99.2%,存在共有基因3 245个,流行株200502含有特有基因242个。以疫苗株56601为参考,在流行株200502中共鉴定出2 005个插入缺失（indel）和19 799个单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism,SNP）位点,其中编码区有8 485个同义SNP位点、3 484个非同义SNP位点,涉及菌株的细胞运动、信号转导机...     

系统生物学技术在微生物菌种改良中的应用

生物工业不断探索新方法来改良微生物菌株.系统生物学技术的重要目标是通过大量的组学数据分析来阐明细胞功能,已经为菌种改进提供了新技术.作者综述了基因组、转录组、蛋白组、代谢物组以及代谢流组等系统生物学技术在微生物菌种改良中的应用,进而展望了基于系统水平改进微生物菌种的发展方向.     

代谢工程中途径和菌株改造的几种新技术

代谢工程是生物学领域重要的发展方向,迄今为止已有20多年的发展历史。通过代谢工程手段对微生物进行遗传改造,可以实现一系列化合物的可持续生产,为能源及环境问题提供了有潜力的解决方案。最近几年代谢工程领域出现了一些最新技术,包括多变量的模块化优化技术、酶集结的支架技术、代谢流量的动态调控技术以及大规模基因编辑技术。本文对这些技术发展及应用进行了总结和介绍。     

Metabolites and Genes behind Cardiac Metabolic Remodeling in Mice with Type 1 Diabetes Mellitus

Metabolic remodeling is at the heart of diabetic cardiomyopathy. High glycemic fluctuations increase metabolic stress in the type 1 diabetes mellitus (T1DM) heart. There is a lack of understanding on how metabolites and genes affect metabolic remodeling in the T1DM heart. We hypothesize that differential expression of metabolic genes and metabolites synergistically influence metabolic remodeling preceding T1DM cardiomyopathy. To test our hypothesis, we conducted high throughput analysis of hearts from adult male hyperglycemic Ins2^+/− (Akita) and littermate normoglycemic Ins2^+/+ (WT) mice. The Akita mouse is a spontaneous, genetic model of T1DM that develops increased levels of consistent glycemic variability without the off-target cardiotoxic effects present in chemically- induced models of T1DM. After validating the presence of a T1DM phenotype, we conducted metabolomics via LC-MS analysis and genomics via next-generation sequencing in left ventricle tissue from the Akita heart. Ingenuity Pathway Analyses revealed that 108 and 30 metabolic pathways were disrupted within the metabolomics and genomics datasets, respectively. Notably, a comparison between the two analyses showed 15 commonly disrupted pathways, including ketogenesis, ketolysis, cholesterol biosynthesis, acetyl CoA hydrolysis, and fatty acid biosynthesis and beta-oxidation. These identified metabolic pathways predicted by the differential expression of metabolites and genes provide the foundation for understanding metabolic remodeling in the T1DM heart. By limited experiment, we revealed a predicted disruption in the metabolites and genes behind T1DM cardiac metabolic derangement. Future studies targeting these genes and metabolites will unravel novel therapies to prevent/improve metabolic remodeling in the T1DM heart.     

黄土基内墙乳胶漆的制备及性能研究

以黄土为基料,通过改性、乳化、分散制备生态型内墙乳胶漆。以内墙乳胶漆的主要性能为指标,采用单因素控制变量法优化黄土改性工艺（用量、煅烧温度及时间）与乳胶漆配方。结果表明： 450 ℃恒温煅烧 90 min的黄土,添加量为 15%时制备的乳胶漆各项性能最佳。产品完全符合且优于《合成树脂乳液内墙涂料》（GB/T9756－2009）要求,成本低、工艺简单和绿色环保,有良好的实际应用前景。     

微生物代谢工程：绘制细胞工厂的蓝图

代谢工程是一种理解并利用代谢过程的方法,其目的是优化或改变生物细胞中的代谢网络和表达调控网络,提高其代谢产物的产量或合成新的化合物.后基因组时代系统生物学和功能基因组学技术的发展,为构建能够实现特定目标的微生物细胞工厂提供了空前机遇.本文回顾代谢工程在技术和应用上的最新进展,讨论代谢工程中的关键问题和发展趋势,并提出中国在该领域的发展策略.     

代谢工程的发展现状和未来

代谢工程采用基因工程技术对细胞内的代谢通量进行重新设计，该文讨论了代谢工程的发展以及三种主要的定量分析方法，并提出了需要进一步深入研究的问题及生化工作者应在代谢工程研究中作出的贡献。     

Metabolic engineering challenges in the post-genomic era

Metabolic engineering is a young field, just over ten-years old. During this period, it has developed a well-defined methodology and a focused research portfolio of rich intellectual content and particular relevance to biotechnology and biological engineering. New and diverse opportunities for metabolic engineering emerge quickly in this genomic era. Although the focus (e.g. improving cells) and central components (e.g. assessing cell physiology) of metabolic engineering remain the same, new tools are required to take advantage of the opportunities arising from the availability of whole-genome sequence information. Cellular phenotype is a manifestation of gene expression levels, metabolic demand, resource availability, and cellular stresses. Above all, metabolic function is constrained by the stoichiometry and individual reaction kinetics of the reaction network. To understand the behavior of these systems, the well-established framework of reaction engineering must be complemented with new experimental methods specifically designed for the elucidation of metabolic pathways and bioreaction networks. Most of all, a combination of rational and combinatorial approaches is required to effectively sample and map as much of the metabolic space as possible.The above framework along with important tools of metabolic engineering will be reviewed in this article. We will then show their application to case studies of industrial and medical interest while emphasizing the strong influence and links of metabolic engineering to chemical reaction engineering.     

复合填料/聚丙烯酸酯导电压敏胶的制备与性能

针对导电胶黏剂（ECA）在实用中所遇到填料组分单一、易团聚、对基体力学性能影响较大等问题,本文利用不同组分填料间的架桥、插层等“协同”效应,将一定比例的碳黑（CB）、碳纤维（CF）、碳纳米管（CNTs）、纳米石墨微片（NanoG）复合作为导电填料加入到聚丙烯酸酯压敏胶（PSA）中,采用溶液共混法超声分散,得到填料添加量小、导电性能和力学性能良好的导电PSA。运用多种检测手段对导电PSA的电学性质、微观结构、热稳定性和力学性能进行了分析。结果表明,复合填料组成为CF 3%、NanoG 5%、CNTs 5%（均为质量分数）时,导电PSA的电导率达到3.0×10?2S/cm,180°剥离强度为0.38kN/m。     

大肠杆菌生产琥珀酸的代谢工程研究进展

琥珀酸是一种重要的化工原料,具有广阔的市场. 微生物发酵法生产琥珀酸可以解决常规化学合成法对石油的依赖. 代谢工程的兴起使重组大肠杆菌生产琥珀酸变为可能,也取得了一定的成效,但是其发酵强度还不够高,且过程中伴随着其他有机酸的积累,因此还不适于工业化生产. 代谢工程以系统生物学为基础,为重组大肠杆菌的进一步改造提供了更合理的依据. 本工作以大肠杆菌生产琥珀酸所涉及的关键酶、代谢途径及其改造为对象,系统综述了大肠杆菌生产琥珀酸所涉及的代谢工程技术及其最新研究进展,并探讨了将来的发展前景.