检索结果-内蒙古大学图书馆

科学通报 2023年第19期68卷 2435-2445页

作者：张延平张天瑞赵同心赵秋伟朱泰承李寅中国科学院微生物研究所微生物资源前期开发国家重点实验室中国科学院微生物生理与代谢工程重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

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... 详细信息

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.

关键词：氧化还原调控辅因子工程 NADH/NADPH 低碳生物合成生物制造

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甲酸微生物转化研究进展

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化工进展 2023年第1期42卷 67-72页

作者：赵同心赵磊张延平李寅中国科学院微生物生理与代谢工程重点实验室微生物资源前期开发国家重点实验室中国科学院微生物研究所北京100101 中国科学院大学北京100049

“碳达峰、碳中和”是我国提出的重要战略目标。到2060年,在保持我国经济中高速增长的前提下,要实现生产、生活等各类活动排放的二氧化碳等温室气体,与生物固定转化及其他技术固存的二氧化碳量互相抵消,即“排放”与“吸收利用”达到平... 详细信息

“碳达峰、碳中和”是我国提出的重要战略目标。到2060年,在保持我国经济中高速增长的前提下,要实现生产、生活等各类活动排放的二氧化碳等温室气体,与生物固定转化及其他技术固存的二氧化碳量互相抵消,即“排放”与“吸收利用”达到平衡,挑战巨大。如何开展二氧化碳的高效减排、捕集和利用,促进双碳目标的实现,已经成为科研界和产业界共同关注的重大课题和迫切任务。目前已发现6条天然的固碳途径,但普遍存在固碳效率低、改造困难等问题。近年来,随着电化学技术的发展,二氧化碳化学转化为甲酸的技术已日渐成熟,以甲酸为底物的生物转化成为生物固碳领域的热点研究方向。本文系统总结近年来在甲酸生物转化途径改造和重构,与之匹配的还原力供给方式以及甲酸自养型菌株构建等方面的最新研究进展,并探讨甲酸生物转化中的主要问题和突破方向。

关键词：甲酸生物固碳能量供给甲酸自养菌代谢途径

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速生集胞藻6803的光合生理及其初步机制

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微生物学通报 2025年

作者：张伟周杰张延平李寅中国科学院微生物研究所微生物资源前期开发国家重点实验室微生物生理与代谢工程研究室

【背景】蓝藻是一类能进行放氧光合作用的原核生物。随着生长速率与异养微生物相仿的速生蓝藻的出现，蓝藻在光合细胞工厂领域备受关注。集胞藻（Synechocystis sp.） PCC 6803是研究光合作用的理想模式生物，也是近年来常用的光合固碳... 详细信息

【背景】蓝藻是一类能进行放氧光合作用的原核生物。随着生长速率与异养微生物相仿的速生蓝藻的出现，蓝藻在光合细胞工厂领域备受关注。集胞藻（Synechocystis sp.） PCC 6803是研究光合作用的理想模式生物，也是近年来常用的光合固碳产化学品底盘细胞，其基因组测序最早被公开，且比常用模式蓝藻聚球藻具有更强的环境适应性及性状稳定性，但目前尚未见速生集胞藻的报道。【目的】评价本实验室选育的在高光强下可以快速生长的集胞藻6803（高光6803）在高光强下的光合生理，并初步研究其分子机制。【方法】通过比较分析光合生理，评价高光6803性状稳定性；通过基因组学及转录组学比较分析，初步解析高光6803的分子机制。【结果】获得的一株快速生长的集胞藻，即高光6803，其生长速率和光合活性均远高于普通集胞藻6803，且性状稳定；其最短倍增时间约3.1 h，与已报道的速生聚球藻2973（Synechococcus elongatus UTEX 2973）相当；其在900 μmol·m-2·s-1的高光强下仍可快速生长，且最适光强是野生型集胞藻6803的3倍以上。基因组学比较分析发现高光6803基因组中有2个特有基因突变。转录组学比较分析发现，在高光条件下，高光6803中差异表达的基因有77个，其中上调基因36个，下调基因41个。表达上调的基因主要参与光系统II（photosystem II，PSII）反应中心、高光胁迫耐受、电子传递、有机物合成，而表达下调的基因主要参与糖类、氨基酸等有机物分解过程。【结论】本研究首次报道了速生集胞藻高光6803，并对其分子机制进行初步研究。找到与其高效利用高光快速生长相关的2个突变靶基因，并从转录组水平说明高光6803是通过高效利用光能而快速生长。因此，本研究不仅拓宽了速生蓝藻的种类，为研究光合微生物固碳产化学品提供高效的底盘细胞，也为改造其他蓝藻为速生蓝藻提供可改造的基因靶点及理论基础。

关键词：蓝藻集胞藻6803 高光强速生蓝藻

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天然甲醇化学品细胞工厂改造进展与展望

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生物工程学报 2024年第8期40卷 2747-2760页

作者：汪淑贤方嘉煜张延平李寅朱泰承中国科学院微生物研究所微生物生理与代谢工程研究室微生物资源前期开发国家重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

甲醇因具有生产工艺成熟、价格低廉和可再生等优点,被认为是下一代生物制造的核心原料之一。通过构建高效的微生物细胞工厂将甲醇转化为化学品已经成为绿色生物制造行业的研究热点。本文聚焦天然甲醇细胞工厂,对非天然甲醇细胞工厂和天... 详细信息

甲醇因具有生产工艺成熟、价格低廉和可再生等优点,被认为是下一代生物制造的核心原料之一。通过构建高效的微生物细胞工厂将甲醇转化为化学品已经成为绿色生物制造行业的研究热点。本文聚焦天然甲醇细胞工厂,对非天然甲醇细胞工厂和天然甲醇细胞工厂进行了比较,讨论了天然甲醇细胞工厂存在的关键问题和挑战,综述了近年来围绕这些问题对天然甲醇细胞工厂进行改造的研究进展,并进一步展望了可能的解决方案,为未来天然甲醇细胞工厂的改造提供了可行的研究策略。

关键词：甲醇生物转化天然甲醇细胞工厂合成生物学化学品生产

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合成生物制造2022

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生物工程学报 2023年第3期39卷 807-841页

作者：李寅中国科学院微生物研究所中国科学院微生物生理与代谢工程重点实验室微生物资源前期开发国家重点实验室北京100101

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... 详细信息

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。

关键词：合成生物学生物制造工程生物底层技术酶的设计改造生物基产品一碳化合物生物质利用合成微生物组

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基于类囊体膜的光能利用和光动力学治疗

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科学通报 2023年第10期68卷 1203-1216页

作者：赵雪桐朱华伟张延平李寅中国科学技术大学生命科学与医学部合肥230027 中国科学院微生物研究所中国科学院微生物生理与代谢工程重点实验室微生物资源前期开发国家重点实验室北京100101

类囊体膜由光合色素、脂类和蛋白质组成,是绿色植物、真核藻类与蓝藻进行光合作用光反应的主要场所.光反应包括水的光解和光合电子传递两个核心过程,前者将光能转化为电子,后者将电子转化为活跃化学能.光反应中的电子传递和氧化还原特... 详细信息

类囊体膜由光合色素、脂类和蛋白质组成,是绿色植物、真核藻类与蓝藻进行光合作用光反应的主要场所.光反应包括水的光解和光合电子传递两个核心过程,前者将光能转化为电子,后者将电子转化为活跃化学能.光反应中的电子传递和氧化还原特性使得类囊体膜可以被应用于生物光电化学和生物光电催化两种光能利用系统.基于类囊体膜的光能利用系统不仅具有材料可再生和低碳绿色等优势,而且具有比完整光合细胞更高的能量效率.同时,类囊体膜中含有光敏剂叶绿素,并具有光合放氧特性和过氧化氢酶活性,使其可以应用于肿瘤的光动力学治疗.本文系统地总结了近年来类囊体膜在这些领域中应用的最新进展,重点介绍了类囊体膜在这3个领域的应用形式和作用机制,讨论了类囊体膜在应用过程中面临的问题与挑战,并对未来研究方向进行了展望.

关键词：类囊体膜生物光电化学系统生物光电催化系统光动力学治疗

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基于结构信息的MHET降解酶挖掘及温和温度下的酶级联塑料降解

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生物工程学报 2024年第3期40卷 773-785页

作者：刘欣悦耿文超孙瑨原陈泽华崔颖璐吴边中国科学技术大学生命科学与医学部安徽合肥230027 中国科学院微生物研究所、微生物资源前期开发国家重点实验室、中国科学院微生物生理与代谢工程重点实验室北京100101 南开大学化学学院天津300071 中国科学院天津工业生物技术研究所、中国科学院系统微生物工程重点实验室天津300308

聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)的不规范使用和处置造成了严重的生态污染。酶法降解是一种环境友好的解决PET污染的方法。对苯二甲酸单(2-羟乙基)酯[mono(2-hydroxyethyl)terephthalate,MHET]是PET降解过程中的... 详细信息

聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)的不规范使用和处置造成了严重的生态污染。酶法降解是一种环境友好的解决PET污染的方法。对苯二甲酸单(2-羟乙基)酯[mono(2-hydroxyethyl)terephthalate,MHET]是PET降解过程中的具有竞争性抑制效果的中间产物,可由MHET降解酶催化水解。本研究采用生物信息学方法,结合序列和结构信息,发现了一种MHET水解酶,BurkMHETase。酶学性质研究表明该酶的最适pH和最适温度分别为7.5和40℃,在pH 7.5−10.0、30−45℃条件下相对稳定;以MHET为底物测定动力学参数kcat为(24.2±0.5)s^(-1),Km为(1.8±0.2)μmol/L,具有与目前最高效的IsMHETase相似的kcat值和更高的底物亲和力。BurkMHETase与PET降解酶IsPETase联用能够改善PET薄膜的降解效果。结构分析和突变实验表明,BurkMHETase可能已经进化出特定的结构特征来催化MHET的水解。对于MHET降解酶,在495位为芳香族氨基酸以及活性部位或远端氨基酸间的协同相互作用对于MHET水解活性似乎是必需的。因此,BurkMHETase有潜力应用于PET双酶降解系统,而所使用的生物信息学方法可以用来高效挖掘新的MHET降解酶。

关键词：聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料生物降解酶挖掘丝氨酸水解酶

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浓香型白酒酿造中乳酸菌的功能及相关研究进展

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微生物学报 2025年第3期65卷 871-882页

作者：赵秋伟潘越王松涛沈才洪李寅中国科学院微生物研究所微生物资源前期开发国家重点实验室微生物生理与代谢工程研究室北京国家固态酿造工程技术研究中心四川泸州泸州品创科技有限公司四川泸州

中国传统白酒被分为浓香、清香、酱香以及兼香等多种香型,因其发酵原料、发酵剂、发酵容器、发酵工艺和地理环境等不同,造就了不同香型白酒独特且复杂的窖池微生物群落。乳酸菌作为酿酒复杂微生物系统的核心菌群之一,其代谢产物乳酸及... 详细信息

中国传统白酒被分为浓香、清香、酱香以及兼香等多种香型,因其发酵原料、发酵剂、发酵容器、发酵工艺和地理环境等不同,造就了不同香型白酒独特且复杂的窖池微生物群落。乳酸菌作为酿酒复杂微生物系统的核心菌群之一,其代谢产物乳酸及其衍生物是浓香型白酒中重要的风味物质,对酒体的香气和味道具有重要作用。目前,对浓香型白酒酿造中乳酸菌的研究相对比较分散,不够系统。本文结合作者的工作,综述了浓香型白酒酿造中关于乳酸菌的研究进展,包括利用传统微生物学手段在浓香型白酒酿造过程中对乳酸菌进行分离筛选,以及利用现代微生物学研究手段深入探究乳酸菌在浓香型白酒酿造中的作用。将传统微生物学研究手段与现代微生物学研究手段结合起来,对浓香型白酒中的乳酸菌进行以菌种实物为基础的系统、深入研究,可为深入理解浓香型白酒酿造过程中乳酸菌的作用,进而强化或优化浓香型白酒酿造过程提供参考。

关键词：浓香型白酒乳酸菌功能研究手段

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合成生物制造

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生物工程学报 2022年第4期38卷 1267-1294页

作者：李寅中国科学院微生物研究所中国科学院微生物生理与代谢工程重点实验室微生物资源前期开发国家重点实验室北京100101

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、... 详细信息

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。

关键词：合成生物学生物制造工程生物初级代谢产物次级代谢产物细胞工厂

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生物光伏:环境友好的新型太阳能利用技术

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合成生物学 2023年第6期4卷 1259-1280页

作者：朱华伟李寅中国科学院微生物研究所中国科学院微生物生理与代谢工程重点实验室微生物资源前期开发国家重点实验室北京100101

生物光伏利用可自我更新的光合细胞作为光电转化材料,是一种环境友好的新型太阳能利用技术。生物光伏包括光合细胞中的光化学反应、细胞与电极间的跨膜电子传递、生物电化学系统中的电流产生三个核心过程。光合细胞的天然跨膜电子传递... 详细信息

生物光伏利用可自我更新的光合细胞作为光电转化材料,是一种环境友好的新型太阳能利用技术。生物光伏包括光合细胞中的光化学反应、细胞与电极间的跨膜电子传递、生物电化学系统中的电流产生三个核心过程。光合细胞的天然跨膜电子传递效率较低,成为了生物光伏电能输出的主要限制因素。针对这一问题,近年来研究人员发展了一些新的跨膜电子传递策略,包括基于外源电子载体的间接电子传递、基于导电纳米材料的杂合电子传递以及基于合成微生物组的定向电子传递。本文简要回顾了生物光伏的发展历史,综述了不同电子传递策略的基本原理、优势和不足,总结了提高生物光伏电能输出的研究进展。最后,探讨了生物光伏在高功率电子器件领域的应用前景,及如何利用合成生物技术增强跨膜电子传递效率,以期加速生物光伏的发展。

关键词：生物光伏光合电子传递跨膜电子传递合成微生物组

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