摘要：一碳化合物是一类产生于自然界或工业过程中的液态或气态物质,其具有来源广泛、价格低廉、可持续生产的优势,有望成为新一代生物制造关键原料,包括液态的甲醇、甲酸,以及气态的CO_(2)、CO、CH_(4)等。在生物制造蓬勃发展的背景下,通过合成生物学手段改造微生物,使之利用一碳化合物高效生产油脂与单细胞蛋白等高附加值产品,降低对粮食、化石资源进口的依赖,成为缓解粮食能源危机的有效战略举措。本文综述了甲基营养型微生物、产乙酸菌以及酵母等微生物通过代谢途径、底盘遗传改造等方法,将一碳化合物转化为高附加值油脂与单细胞蛋白的最新研究进展;介绍了一些通过发酵工艺控制优化分子工程菌株利用一碳化合物的相关研究;同时收集了部分一碳化合物转化相关研究机构或企业的产业化案例。最后,针对一碳化合物利用菌株的代谢通路设计与遗传工具存在的限制问题,以及产乙酸菌与产油微生物之间的能量转化矛盾,展望了未来生物制造油脂与单细胞蛋白的前景和面临的挑战,提出在复杂系统性的生物制造过程中,发展多学科交叉的高效系统集成发酵,以期对一碳化合物的生物转化研究产生推动作用,为攻克目前存在的理论与实践难题提供新思路,并对实际应用与产业化发展提供参考。

摘要：一碳化合物作为糖类的廉价替代底物在工业生物技术中具有广泛的应用前景。传统途径中由一碳化合物或糖类生产乙酰辅酶A衍生产品时会有1/3的碳损失,导致产品得率较低,因此找到没有碳损失的新途径非常重要。基于MetaCyc数据库的代谢反应集和通量平衡分析的途径分析方法,计算得到一条由一碳化合物甲醛生成乙酰辅酶A衍生产品的新途径,该途径不仅无碳损失,并且无能量(ATP)和还原力消耗。为了验证途径的可行性,筛选途径相关酶,纯化后进行体外实验,通过乙酸的产量来间接表征途径的运行情况。结果发现:乙酸的生成浓度会随着体系初始甲醛加入量的增加而增加,在一定条件下,乙酸的总碳摩尔得率可以达到90%,超过了传统路径的最大理论得率67%。

摘要：本文对2022年《生物工程学报》发表的与合成生物制造相关的综述和研究论文进行了评述,重点讨论了DNA测序、DNA合成、DNA编辑、基因表达调控和数学细胞模型等底层技术,酶的设计、改造和应用技术,化学品生物催化、氨基酸及其衍生物、有机酸、天然化合物、抗生素与活性肽、功能多糖、功能蛋白质等重要产品的生物制造技术,一碳化合物和生物质原料利用技术以及合成微生物组技术,以帮助读者从一个侧面了解合成生物制造相关技术和产业的发展情况。