基因组再造与重排构建细胞工厂

细胞工厂能利用微生物细胞制备人类所需能源、药物和化学品。底盘细胞和外源代谢路径的适配是构建高效细胞工厂的核心难题。基因组再造指利用化学合成的核苷酸分子"自下而上"构建生物基因组,基因组诱导重排指通过在全基因组尺度进行DNA序列与结构的人为调控。基因组再造和诱导重排实现了对生命体的创造,增强了模式底盘细胞的遗传稳定性和操作柔性。基因组的适度精简和密码子简化改善细胞对底物、能量的利用效率,提高细胞生理性能的预测性和可控性。基因组重排可诱导染色体发生随机删除、复制、移位和倒置等结构变异,可产生大量性状优良的模式底盘细胞,进而加速代谢路径优化,提高路径和底盘细胞的适配性,为人工细胞工厂快速构建和优化提供了新策略。     

剪切应力对红豆杉细胞悬浮培养的影响及CFD模拟研究

在同轴圆筒装置的均匀剪切场中研究了不同剪切应力(0.16, 0.46, 0.78Pa)对悬浮培养的南方红豆杉细胞生理的短期影响。结果表明剪切应力为0.16~0.46Pa时,有利于细胞的生长和初生代谢;剪切应力为0.46~0.78Pa时, 有利于细胞的次生代谢;另一方面利用计算流体力学(CFD)对20L生物搅拌釜(45-斜向上桨(45-PBT),桨距为(1/3)T的流场进行了三维模拟,获得搅拌釜内部的剪切场。结果表明搅拌釜内剪切应力分布极不均匀, 且主要集中在搅拌桨区和尾流区,约为主流区和挡板区值的3~5倍,有时甚至高达7倍。通过将实验结果和CFD模拟相结合,预测了20L生物搅拌釜剪切应力对南方红豆杉细胞生理的影响。表明当搅拌转速小于150 rmin-1时,搅拌釜内相应的剪切应力有利于细胞的生长和初生代谢;而当搅拌转速大于200 rmin-1时,则不宜于南方红豆杉细胞的培养。     

寡聚糖诱导悬浮培养红豆杉细胞生理态势的改变

运用顺磁共振、电镜、能谱等手段研究了寡聚糖对红豆杉细胞氧化还原生理态势的影响 .结果表明 ,诱导前红豆杉细胞处于相对稳定的生长态势 ,细胞完整 ,细胞器发达 ;氧化还原电势较低 ,活性氧相关酶系统相对稳定 ,细胞初生代谢旺盛 ,紫杉醇合成速率很低 .诱导后红豆杉细胞向产物合成态势转移 ,SOD酶活性迅速提高 ,CAT和POD酶活被强烈抑制 ;细胞出现活性氧迸发 ,4h达最大值 ;细胞的氧化还原电势增高 ,细胞膜上离子通道被激活 ,H⁺ 和Ca^{2 +} 内流 ,Cl^-外流 ;液胞内出现大量含Ca^{2 +} 离子的高电子致密区并呈规律性变化 ,培养环境碱化 ;细胞生长被抑制 ,紫杉醇合成速率升高 ,其产量提高了 5.5倍 ,达 76.1mg·L^-1.     

诱导型和组成型启动子对酿酒酵母合成紫杉二烯的影响

近年来利用合成生物学手段生产萜类化合物逐渐成为一种趋势。诱导型和组成型启动子调控萜类的生产各有利弊,而启动子类型的选择需要根据特定体系和产物来进行具体分析。本工作针对紫杉醇关键前体紫杉二烯的合成,分别研究了酵母细胞中诱导型启动子和组成型启动子的调控。首先通过过表达酵母内源截短的羟甲戊二酰辅酶A基因(thmgr)和法尼基焦磷酸合酶基因(erg20),实现了对酵母内源模块的调控。随后向改造后的底盘细胞中整合入诱导性启动子调控的外源紫杉二烯合成模块,得到了紫杉二烯产量为5.2 mg·L^-1的人工酵母。而换用组成型启动子tdh3p调控时,产量达到11.5 mg·L^-1,说明对于这个体系组成型启动子更为适合。通过简单的发酵条件优化,该菌株产量提升了70%,达到19.5 mg·L^-1。组成型启动子调控的菌株可以利用葡萄糖作为碳源,因而更利于后续大规模发酵。     

CSTR酶法水解纤维素反应的分岔行为分析

针对纤维素酶法水解的复杂动力学,对全混流反应器(CSTR)稳态解的分岔行为进行研究.发现随操作参数和动力学参数的不断变化,出口浓度的稳态解出现分岔;由此构造出该过程的复杂解图和分岔图.     

长春花植物细胞团的粒径分布及其模糊数学模型

对长春花植物细胞团前10代粒径分布进行了研究,其平均粒径和分布的分散程度经历由大到小,再由小到大,最后达较稳定值的过程.针对模糊群子模型进行参数估计,拟合结果表明,植物细胞团粒径分布遵从能反映分散与成团矛盾作用的模糊群子模型.     

Strategies for Optimizing Feed Rate of Fed-Batch Yeast Fermentation by Fuzzy-Neural Network

In this paper,a novel fuzzy neural network model,in which an adjustable fuzzy sub-space was designed by uniform design,has been established and used in fed-batch yeast fermentationas an example.A brand-new optimization sub-network with special structure has been built andgenetic algorithm,guaranteeing the optimization in overall space,is introduced for the feed rateoptimization.On the basis of the model network,the optimal substrate concentration and theoptimal amount of fed-batch at different periods have been studied,aided with the optimizationnetwork and the genetic algorithm separately.The above results can be used as a basis for theestablishment of a fuzzy neural network controller.     

一种用于谷氨酸生产流加操作过程预测的模糊-神经网络

提出了一种子空间可调的模糊-神经网络(FNN),通过采用新型的网络结构设计、模糊子空间均匀化设计和模糊子空间可调性设计,提高了网络的模拟、预测精度,明显缩短了训练时间.通过可调模糊-神经网络可以对系统进行预测、优化及因素分析,并将所提出的模糊神经网络应用于谷氨酸流加发酵过程的模拟与预测,取得了满意的结果.     

甘草药材HPLC指纹图谱的研究

建立了甘草药材HPLC指纹图谱,为其质量控制提供了参考。以乙醇体积分数为50%的乙醇水溶液为提取溶剂,超声波震荡30 min,制备甘草药材样品溶液;采用RP-HPLC(DAD)法,色谱柱Kromasil KR100-5C18,流速1.0 mL/min,检测波长254 nm,用流动相为乙腈和乙酸体积分数为1%的乙酸水溶液进行梯度洗脱,对10批甘草药材进行测定,以甘草酸为参照物,标定了27个共有峰;通过方法学验证,精密度、稳定性、重现性试验相对标准偏差均小于3%;并对10批药材进行了相似度评价。