摘要：碳达峰、碳中和是我国提出的重要战略目标,时间紧、任务重,必须自主建立低碳发展路线.生物制造过程环境温和、具有低碳排放特征,可作为面向碳中和目标的重要技术手段和产业方向.但是大多数生物制造过程也会排放二氧化碳,开发低碳排放的生物制造路线需要创新思路和技术.创建新原料利用途径和新产品合成途径,不仅需要考虑生物代谢途径本身的活力,还需要考虑生物体内的氧化还原平衡和能量供给问题.尤其是二氧化碳、一氧化碳、甲酸等还原度较低的原料,其转化为生物质或其他多碳化合物的过程必须有还原力和(或)能量的净输入.设计创建氧化还原平衡的生物制造路线有助于提高生物途径效率,并尽可能提高原子经济性,从而减少生物制造过程的碳排放.本文从化学品碳原子还原度出发,分析限制目标产品生物合成的氧化还原不平衡问题,阐述了氧化还原平衡调控对微生物合成的重要性,概括了近年来从氧化还原平衡调控的角度开发生物制造细胞工厂的重要研究进展,探讨了面向低碳生物合成,尤其是一碳化合物生物转化中的氧化还原调控策略以及面临的挑战.

摘要：代谢调控是构建微生物细胞工厂的重要技术手段。随着合成生物学技术的不断突破,挖掘和人工设计的高质量调控元件大幅度提升了对细胞代谢网络的改造能力;代谢调控研究也已从单基因的静态调控发展到系统水平上的智能精确动态调控。文中简要综述了近30年来代谢途径表达调控技术在代谢工程领域的研究进展。

摘要：随着合成生物学相关研究的快速发展,被各种遗传技术改良的生命系统在工业、农业、健康和环境等领域的应用正在快速增长.但这些人工遗传改造生命体的泄露或者非受控繁殖可能会对生态环境产生重大危害.为了解决这些人工生命体的环境逃逸和基因转移问题,已有研究关注如何将人工遗传改造的生命体限制于受控的环境中.从三方面简要介绍人工遗传改造生命体防逃逸技术的研究进展:包括(1)传统的防逃逸策略,(2)遗传中心法则的正交化设计策略,和(3)复杂基因网络调控策略.这些防逃逸技术的进一步发展和完善将有利于推动人工改造或全新设计的生命体更广泛的应用.

摘要：合成微生物组是指运用合成生物学方法构建的功能菌群.合成微生物组以代谢通路模块化为核心特征,每个代谢模块的工作由一个菌株完成,从而实现多个菌株的分工与合作.与单菌株相比,合成微生物组具有降低菌株代谢负担与遗传改造难度、提供多样的元件表达平台、实现'即插即用'的模块替换等优势.在合成生物学与微生物组学快速发展、交汇融合的影响下,合成微生物组已成为近些年微生物领域新的研究热点,在生物合成平台化合物、复杂大分子以及生产生物燃料等方面具有广阔的应用前景.本文介绍了合成微生物组的设计原理与优势,总结了近些年的主要研究成果,阐述其目前面临的挑战与机遇,最后对其未来的发展进行展望.

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。

摘要：本文对2021年《生物工程学报》在合成生物制造领域发表的综述和论文进行了评述。重点讨论了大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、谷氨酸棒杆菌、酿酒酵母、丝状真菌以及非模式细菌、非传统酵母等主要底盘细胞的设计改造,氨基酸、有机酸、维生素、高级醇、天然化合物(萜类、黄酮类、生物碱类)、抗生素类、酶与生物催化产品、生物聚合物等产品的生物制造及生物质和一碳原料利用,以及构建细胞工厂所用到的调控、进化、高通量筛选等关键技术的进展情况。

摘要：可数据化是现代生命科学研究,尤其是合成生物学的一项关键特性。酶作为生命体内催化生化反应的关键分子,其数据化对推动生命科学的基础研究和实际应用都有重要意义。当下商品化的酶大都来源于微生物,建立微生物酶资源数据库不仅可以为酶的分类提供标准参考,还可以指导新型催化元件的挖掘、改造与从头设计。本综述对国际上已有的酶资源数据库建设与发展作了简要介绍,并对基于数据库的微生物酶资源利用作出展望。

摘要：合成生物学以"工程化"为核心指导思想,自下而上开发生物技术来解决人类社会面临的重大挑战。蛋白质作为生命活动的直接执行者和合成生物学中关键的底层元件,对其定量认识和工程改造的能力直接影响合成生物学的上层建筑。通过蛋白质计算设计技术可实现功能空间跳跃,为合成生物学提供全新元件,使序列-结构-功能的研究从"格物致知"转化为"建物致知"的新范式。该文介绍了在蛋白质序列-结构-功能的预测和设计中采用的前沿技术和应用进展,讨论了蛋白质计算设计面临的科学挑战,并提出了应对挑战应优先发展的研究方向。

摘要：【背景】广泛存在于植物、藻类及其他自养微生物中的核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)是卡尔文循环中固定CO2的关键酶及限速酶,在生物质合成和全球碳循环中扮演着重要角色。鉴于Rubisco的重要性以及极低的固碳羧化活性,对Rubisco的筛选进化研究具有重要意义。【目的】构建一种适用于筛选高效Rubisco羧化活性的筛选体系。【方法】分析现有筛选体系对Rubisco羧化活性筛选压力缺失的原因,设计构建适用于高效Rubisco羧化活性的筛选体系,以BWLac产乳酸菌株为宿主,在含有5%CO2的N2环境下厌氧培养,比较不同羧化活性Rubisco对细胞生长的影响,通过HPLC及LCMS检测总乳酸及固定CO2生成乳酸的产量评估筛选体系。【结果】通过终端代谢产物乳酸产生下拉力,以及甘油代谢产生的剩余还原力需要平衡消耗掉的设计靶点,增强Prk和Rubisco的固碳支路代谢通量,加强RuBP对细胞的毒性抑制作用,使细胞生长与Rubisco活性有效偶联,构建高通量筛选办法。在新构建的筛选体系中,Rubisco失活突变体BWLac/197不能生长,Rubisco和Prk双失活突变体BWLac/197-2021生长未受影响,菌落大小约1.58 cm。粗酶液羧化活性相差2倍以上的RBC1和7002,其细胞生长在筛选条件下受不同程度抑制,菌落大小分别有1.06 cm和0.65 cm。通过检测乳酸产量及甘油消耗量对筛选体系验证评估,RBC1消耗甘油1.39 g/L,产乳酸2.82 g/L,其中来自于NaH13CO3的标记乳酸含量为18.05μmol/L,比7002的相应检测结果高1.3-1.6倍,检测结果与筛选体系设计原理相符,即乳酸产量越高,甘油消耗越多,Rubisco羧化活性越高,细胞生长得越好。【结论】成功设计构建了高效Rubisco羧化活性筛选体系,为进化或探索更高羧化活性Rubisco提供有效的高通量筛选办法。

摘要：随着不可再生资源的日益减少以及化学催化所带来的环境污染问题的日益严重,应用低污染的生物催化技术改造或取代传统化工工艺已经成为可持续发展的研究热点。酶作为一种重要的生物催化剂,具有高效无污染、专一性较强等优点,在化工、医药等领域具有巨大的应用潜力和良好的发展前景。但由于新功能酶的开发速度较慢,使其应用受到严重限制。酶的理性设计是新酶发现的一个重要来源,随着计算机技术的发展,蛋白质结构预测方法和新功能酶计算设计策略得到迅猛的发展,已成为酶功能改造的有力工具和新的研究前沿。本文就蛋白质结构预测方法、新功能酶计算设计方法和策略以及未来发展趋势进行简要介绍和讨论。