代谢工程改造微生物合成生物基单体的进展与挑战

单体是合成聚合物所用的小分子基础原料,目前主要来源于化石燃料。利用微生物制备生物基单体具有生产条件温和、环境友好、可持续的优势,是实现高分子材料行业绿色制造的重要途径。借助代谢工程和合成生物学元件,目前已经实现了多种单体的微生物制造,然而与石油基生产工艺相比,这些单体微生物细胞工厂的生产性能普遍较低。围绕代谢工程改造微生物合成生物基单体过程中存在的瓶颈问题,本文基于具体案例分析,从廉价底物的高效利用、提高生物基单体合成效率、强化细胞环境耐受性三个方面,总结了改造微生物合成单体的最新研究进展。同时,讨论了单体微生物细胞工厂目前存在的挑战和未来发展方向。     

即将走进军营的M8轻型坦克

M8轻型坦克是美国在20世纪90年代初研制成功的，被列入美国陆军装备计划。以替代美国陆军第82空降师的M551“谢里登”轻型坦克，但在90年代末由于预算紧缩而被迫放弃。直到2004年春才得以复活。这种轻型坦克具有快速部署能力和反坦克能力，很适合装备美军第82空降师，并即将走进军营。     

DCC脱臭汽油中硫醇组成及硫醇测定方法探讨

针对DCC脱臭汽油中硫醇的分析问题进行了探讨，并采用GC－AED法对其中的单体硫醇进行了表征。结果表明，采用电位滴定法确定DCC脱臭汽油硫醇的含量更客观一些。     

生物催化C—N成键反应合成手性胺的研究进展

生物催化C—N键的成键反应主要是用于合成手性胺类化合物,它广泛应用于食品、精细化学品和药物中间体的制备过程中。酶法生产手性胺具有高对映体选择性、转化率和时空产率的特点。主要介绍了C—N键成键的三种方式,分别为还原胺化反应、氢胺化反应和转氨化反应。并根据不同的反应类型对相关的酶进行了归纳总结。     

微生物细胞工厂碳流调控进展

随着代谢工程技术的进步,越来越多微生物细胞工厂可用于化学品发酵生产。微生物细胞生产化学品具有生产条件温和、环境友好等优势,是实现化学品绿色可持续生产的重要手段。为了提高微生物细胞工厂的产量、得率和生产强度,传统代谢工程手段主要采用基因过表达或基因敲除方式增大目标代谢路径碳代谢流。然而由于代谢流调控精度不足,易导致细胞生产能力下降。本文主要针对微生物细胞工厂碳流调控中存在的瓶颈问题,从代谢流改造靶点选择、细胞生长与产物合成碳流平衡、副产物路径与产物合成竞争、产物合成效率强化四个角度,系统综述微生物细胞工厂碳代谢流调控的最新进展。并从高精度、仿生学、智能化、多任务、快响应调控工具的设计出发,对未来微生物细胞工厂的发展趋势进行展望。     

基于动力学模型的丙酮酸分批发酵温度控制策略

在对不同温度下Torulopsis glabrata分批发酵生产丙酮酸过程进行详尽分析的基础上,建立丙酮酸分批发酵动力学模型,并分析了温度与动力学参数之间的函数关系,提出T.glabrata高产量、高产率和高强度发酵生产丙酮酸的温度控制轨迹：在发酵初始阶段(0～8 h) 控制发酵温度为34℃以维持较高的菌体生长速率和丙酮酸合成速率;发酵中期(8～42 h),逐步将发酵温度降到27℃以获取代谢流强化和细胞衰亡之间的最佳平衡;然后维持27℃至发酵结束以提高细胞后续产酸能力。采用这一最佳温度控制轨迹,丙酮酸产量(89.4 g •L^-1)、对葡萄糖产率(0.76 g •g^-1)和生产强度(1.32 g •L^-1 •h^-1)比30℃恒温发酵分别提高了25.7%、16.9%和48.3%。     

氨基酸强化forulopsis glabrata发酵生产丙酮酸

在维生素限量添加的条件下,研究了添加氨基酸对丙酮酸发酵的影响．在发酵初始添加0．8g／L谷氨酸、0．6g／L酪氨酸和0．2g／L甲硫氨酸使丙酮酸产量分别提高77．5％,16．4％和11．8％．动力学分析表明,添加以上3种原料提高丙酮酸生产性能的原因在于用于细胞生长的葡萄糖下降,显著提高了细胞对葡萄糖的产率系数（Yx/s）和丙酮酸对葡萄糖的产率系数（Yp/s）．添加氨基酸导致胞内NADH／NAD^＋比下降,增加了胞内NAD^＋可用度,加强了糖酵解速度,从而提高了丙酮酸生产强度．     

人工代谢路径适配性的研究进展

微生物细胞工厂以可再生资源为原料,实现了大宗化学品和天然产物的可持续生产,并有望替代石油化工炼制和动植物提取。剪接天然或人工代谢路径是构建微生物细胞工厂的基础。然而,剪接代谢路径造成的代谢流扰动,导致微生物细胞工厂的适配性差,降低了微生物细胞工厂的生产性能。提高人工代谢路径之间的适配性,以及人工代谢路径与底盘微生物细胞之间的适配性,将是改善微生物细胞工厂生产性能的关键。本文从强化与平衡人工代谢路径的代谢通量,解除人工代谢路径与底盘细胞内源代谢路径的交互作用,以及强化人工代谢路径与底盘细胞整体代谢网络的适配性层面,对提高微生物细胞工厂适配性的研究现状进行介绍。开发高效的多重适配性调控策略,在细胞水平重置代谢路径的适配性与提高微生物细胞对代谢产物的适配性,将是未来的研究重点。     

配电网重构的进化算法

给出了一种对可行解进行选择、加速和移民操作的进化算法，对配电网络进行重构，使配电网的网损降低到了最小。算法避免了用遗传算法或者差异进化算法进行重构时产生大量不可行解的不足。根据梯度的概念和配电网络的结构特点，对可行解进行加速操作，使之迅速靠近并最终成为1个局部最优解，然后进行移民操作，以保持种群的多样性。最终选择所有局部最优解当中最优的个体为全局最优解。给出的算例结果证明了算法的优越性，表明该算法有较好的搜索效率。     

代谢工程改造大肠杆菌利用脂肪酸合成己二酸

己二酸作为生产尼龙、化纤和工程塑料等聚合物的单体,在食品、医药、塑料和化工行业具有广泛的应用。目前,己二酸的生物合成主要利用可食用原料,碳原子损失较多,造成己二酸产率较低。为解决上述问题,设计和重构以脂肪酸为原料的己二酸合成新路径,提高己二酸的理论得率;其次,强化本源的β-氧化路径和引入异源的ω-氧化路径;增强细胞对脂肪酸的利用能力;再次,借助系统代谢工程策略,进一步优化己二酸合成路径。最后,经发酵条件优化,最优工程菌Escherichia coli AA0304能够产生1.32 g/L己二酸。上述研究结果为利用废弃脂肪酸类化合物生产高价值化学品奠定了良好的基础。