摘要：本期主要选择底层技术开发升级、酶蛋白发掘发现及改造优化与生物催化、微生物细胞认识及设计构建与生物合成、生物过程解析与发酵工艺优化4个方面,特别是涉及Taq DNA聚合酶、CRISPR/Cas9基因编辑系统优化,塑料降解酶、ω-转氨酶等酶蛋白挖掘改造与(S)-1-(2-氟苯基)乙胺、假尿苷生物催化制备,克鲁斯假丝酵母、毕赤酵母等底盘细胞认识理解与鼠李糖脂、红没药烯生物合成制造,以及L-甲硫氨酸、胞外多糖、白酒酿造等生物过程解析与工艺优化等研究论文进行导读。

摘要：低碳生物合成以CO_(2)等可再生碳资源为原料,以生物体为工具进行物质合成,是节约化石原料的可持续路线,是现有化工、农业产品的替代性低碳生产新模式,是CO_(2)高效利用转化的工业碳汇新路径.目前低碳生物合成的产业影响力、技术经济性等还无法与传统路线竞争,CO_(2)等可再生碳资源的生物工业利用范围、转化效率、生物合成的工业能力等是亟待解决的关键科技问题.快速发展的工程生物学是对生物体结构和功能进行工程化设计再造的新生物学领域,正在推动生物学工程化新范式,将从根本上提升生物体将CO_(2)等可再生碳资源转化为生物基产品的能力,引发生物工业的颠覆式突破.针对碳达峰、碳中和战略目标实施,本文分析了低碳生物合成的发展机遇,综述了低碳生物合成国内外的科技进展与发展趋势,探讨了低碳生物合成的科技挑战与重点方向,最后对发展方向提出了相关建议.

摘要：生物发酵是以微生物菌种为生物催化剂,以淀粉糖、生物质等可再生资源为原料发酵生产各种食品、化学品、燃料、材料等物质的生产过程,具有绿色、低碳和可持续等特征。我国拥有全球规模最大的生物发酵产业,尤其氨基酸、维生素等传统发酵产品占全球市场份额的60%–80%。发展生物发酵产业对于我国实现“碳中和、碳达峰”的战略目标和生物经济发展具有重要的意义。微生物工业菌种是生物发酵产业的核心,直接影响原料路线、产品种类和生产成本。创新发酵工业菌种,提升其原料转化利用效率,提高产物生产水平,拓展产品种类,是生物发酵产业高质量发展的关键。近年来,合成生物学、系统生物学等学科的发展,进一步加深了研究者对微生物底盘细胞生理代谢机制的理解,加速了基因编辑等菌种设计创制使能技术的发展,为发酵工业菌种改造提升提供了新动能。本文选取了具有代表性的大宗氨基酸、B族维生素、柠檬酸、燃料乙醇等发酵产业,从其工业微生物底盘的基础研究和技术开发角度,综述发酵工业菌种改造提升的最新进展,并展望人工智能、自动化与生命科学交叉融合将对工业菌种迭代产生的重要影响。

摘要：启动子是基因表达调控的重要元件。在代谢工程和合成生物学研究中,经常需要利用不同强度的启动子对代谢途径进行精细调控,来实现代谢平衡,降低中间产物积累,提高目标产物合成。然而目前可获得的启动子难以满足以上要求,而且不同来源的启动子通用性差,缺乏标准化。针对这些问题,设计了1条88个碱基对的启动子,包含典型的35区、10区以及核糖体结合区。同时,在转录起始位点上游6个碱基、35与10区间隔区14个碱基对中引入简并序列,构建了合成启动子文库。利用合成启动子控制红色荧光蛋白mCherry的表达强度,经过两轮筛选,从5 000多个克隆中获得了720个不同强度的启动子。随机挑选35条不同强度的启动子进行测序分析,结果表明不同强度的启动子具有碱基偏好性。对于强启动子,13位点嘌呤碱基出现频率高,转录起始区除4位点外,嘧啶碱基出现的频率高于嘌呤碱基,而10区与35区间14个位点的嘌呤碱基与嘧啶碱基出现频率大致相当。最后选取5条不同强度启动子应用于顺,顺-粘康酸合成途径调控优化,结果显示不同强度的启动子可以调节目标产物顺,顺-粘康酸的合成和中间产物儿茶酚的积累。

摘要：合成生物学基于生物、化学、物理、计算、工程等多学科交叉,对生物体以工程化的方式重新设计甚至是从头合成,将克服自然进化的局限,创造超越自然生命能力的合成生物,不仅对探索生命活动基本规律具有重要科学意义,也在工农业生产、环境保护、健康保健等领域具有巨大应用前景。随着合成生物技术发展的日新月异,合成生物的应用范围日益广泛,如何保障合成生物的生物安全性成为一个极其重要并且亟待解决的关键问题。合成生物学研究中大量涉及来自于病毒、致病性细菌和真菌的强毒力基因元器件,且被设计和使用的毒性基因元件和调控元件的数目也从少数几个跃升为几十个、上百个,乃至整个基因组的重新设计和编辑改造。如果缺乏有效管控或被恶意谬用,这些人工合成生物体可能会对生态环境平衡、公共卫生安全乃至国家国防安全造成威胁。因此,在人工设计和改造生物体的过程中,必须建立系统的防范和监控体系,设计有效的方法和技术来阻止人工生命体在野外环境下的复制和增殖、遗传信息的漂移以及阻断其进化出新的环境适应性,做到完全的人工改造生物隔离,达到真正的人工可控生命目标,确保其生物安全性。文章综述了合成生物学的研究进展和合成生物潜在的生物安全性威胁,以及合成生物的生物安全性防控设计策略,并对相关安全政策规章的制定给出了建议。

摘要：运用响应面法对大肠杆菌ATCC69875生产顺,顺-粘康酸(CCMA)的发酵条件进行了优化研究。首先利用单因素实验,研究大肠杆菌在不同起始菌体浓度、底物葡萄糖浓度以及诱导剂IPTG(Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside)浓度下对CCMA生产的影响。在此基础上,综合考虑3个因素对大肠杆菌ATCC69875产CCMA的影响,采用Box-Behnken设计以及响应面分析法,确定其优化后发酵条件为:菌体浓度为17.85 OD,葡萄糖为15.93 g/L,IPTG为0.15 mmol。优化后CCMA产量为3.94 g/L,比优化前产量提高了3倍。

摘要：芳香族化合物广泛应用于化学工业。利用代谢工程改造微生物生产各种芳香族化合物越来越受到人们的关注。通过理性改造,微生物可以定向地大量积累人们需要的各种芳香族化合物。此外,通过设计新的反应途径并引入外源基因,可以拓宽微生物生物合成的产物谱,获得某些具有重要应用价值的新的芳香族化合物。这些研究成果对解决化石能源危机和环境可持续发展问题具有积极意义。本文中,笔者主要对近年来微生物生产各种芳香族化合物的最新研究进展及相应的代谢工程改造策略进行综述,为开展相关研究提供参考。