生物法制造丁二酸研究进展

丁二酸因其C₄分子结构在化工领域的潜在价值，被认为是一种具有广阔应用前景的生物基平台化合物。结合生物基丁二酸的产业现状，综合分析了丁二酸生产菌种及菌株改造、生物过程优化和丁二酸分离纯化这三个方面的研究现状。重点介绍以大肠杆菌、产琥珀酸放线杆菌、解脂耶氏酵母为代表的主要生产菌株及其改造策略；低值生物质利用及控制发酵过程中CO₂ 供给和pH 调节等生物过程优化策略；包括钙盐法、电渗析法、直接分离法等方法在内的丁二酸分离工艺。同时指出未来的研究重点将综合考虑经济性与能耗问题，将菌株与发酵和分离全过程整合，提高丁二酸产量，降低发酵及分离成本，进一步拓展生物基丁二酸市场应用领域。     

低甘油产率的酿酒酵母工程菌构建研究进展

酿酒酵母具有安全、遗传背景清楚、生长速度快、高糖耐受性、高乙醇产量以及高胁迫耐受性等特性,是乙醇生产较为理想的细胞工厂.甘油是酿酒酵母发酵产乙醇过程中的一种主要伴生副产物,过量表达甘油影响糖醇转化率.通过基因工程改造甘油代谢和乙醇生产途径,是降低甘油产量和提高乙醇转化率的有效策略.首先分析改造酿酒酵母细胞中甘油和乙醇代谢路径,阐明甘油在酿酒酵母中生理功能;然后,根据甘油合成途径、分解途径和NAD+/NADH代谢途径,分析低甘油产率的酿酒酵母工程菌构建的技术路径,比较各种基因改造策略对甘油合成和乙醇产率的影响;最后,针对基因整合技术、工程菌遗传稳定型以及工程菌代谢负担加重方面存在的问题,提出可供参考的解决方案,为构建酿酒酵母工程菌高效生产乙醇提供参考.     

肺炎克雷伯氏菌生物合成1,3-丙二醇的副产物调控研究

以肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)ATCC 25955为原始菌株,利用代谢工程手段对K.pneumoniae生物合成1,3-丙二醇(1,3-PD)的副产物进行调控.通过敲除副产物合成途径关键酶编码基因,在分批补料发酵条件下,1,3-PD的产量达到83.8 g·L-1,生产强度提至2.79 g·L-1·h-1;进一步结合乙酸吸收途径强化,有效解除了乙酸溢流现象,在分批补料发酵条件下,1,3-PD的产量达到94.9g·L-1,生产强度提至3.16 g·L-1·h-1.研究表明,通过敲除副产物合成途径关键酶编码基因结合乙酸吸收途径强化能够促进1,3-PD的合成,减少副产物的产生,提高K.pneu-moniae 代谢甘油合成1,3-PD的产量和生产强度.     

微生物合成2,3-丁二醇的代谢工程

2,3-丁二醇（2,3-BD）是一种重要的微生物代谢产物,广泛应用于食品、医药、化工等多个领域。微生物合成2,3-BD的效率不高一直制约着其生物制造工业化进程,应用代谢工程的理论和方法优化微生物的代谢途径有望解决这一问题。本文全面总结了近年来微生物合成2,3-BD研究过程中的菌株改造和构建技术,包括过表达合成途径中的关键酶编码基因、敲除旁路代谢途径关键酶编码基因、应用辅因子工程手段对天然菌株代谢网络进行重新设计和合理改造,以及利用合成生物学技术在模式菌株中构建全新的代谢途径,实现2,3-BD的高效生物合成。最后,本文对未来的研究方向进行了展望,提出了进一步利用先进的合成生物学方法构建高效细胞工厂的指导性建议。     

微生物合成2,3-丁二醇的代谢工程

2,3-丁二醇(2,3-BD)是一种重要的微生物代谢产物,广泛应用于食品、医药、化工等多个领域。微生物合成2,3-BD的效率不高一直制约着其生物制造工业化进程,应用代谢工程的理论和方法优化微生物的代谢途径有望解决这一问题。本文全面总结了近年来微生物合成2,3-BD研究过程中的菌株改造和构建技术,包括过表达合成途径中的关键酶编码基因、敲除旁路代谢途径关键酶编码基因、应用辅因子工程手段对天然菌株代谢网络进行重新设计和合理改造,以及利用合成生物学技术在模式菌株中构建全新的代谢途径,实现2,3-BD的高效生物合成。最后,本文对未来的研究方向进行了展望,提出了进一步利用先进的合成生物学方法构建高效细胞工厂的指导性建议。     

放线菌聚酮类化合物的合成生物学研究及生物制造

聚酮化合物具有广泛的药用活性和极高的经济价值,但如何高效、经济、绿色、环保地合成聚酮化合物是目前急需解决的问题。随着合成生物学的发展及分子生物学技术的进步,不断有新的技术和策略被用于聚酮化合物的生物制造。本文介绍了聚酮化合物生物制造中的关键酶、前体物质及代谢途径等,分析了通过CRISPR技术及翻译后修饰代谢工程优化代谢调控网络;通过替换及优化启动子等手段改造与优化代谢途径;通过构建简单、高效的异源表达系统等策略提高聚酮化合物的生物制造效率等。在此基础上对红霉素、阿维菌素、多杀菌素的合成生物学研究的最新进展进行了总结,进而对当前聚酮化合物生物制造面临的产量及效率低下等问题和可能的解决途径,如平衡初级代谢与次级代谢,构建新型、优势底盘细胞及代谢网络的重新设计与改造等进行了展望。     

他克莫司微生物合成的研究进展

介绍了他克莫司的理化特征和免疫抑制活性,重点阐述了他克莫司发酵法生产的研究现状,着重介绍了他克莫司的合成基因簇及代谢途径研究进展,对他克莫司代谢工程改造进行综述并对今后的研究趋势进行了展望--结合系统生物学为已有的他克莫司菌株进一步进行代谢工程改造提供指导;通过合成生物学构建他克莫司合成途径全新高效的前体关键酶。     

生物丙烯酸工艺获重大进展研制出可再生原料

<正>巴斯夫、嘉吉和诺维信宣布,三方联合开发可再生原料丙烯酸工艺获得重大进展,已成功用于小批量生产3-羟基丙酸(3-HP)。3-HP是生物丙烯酸的一种潜在重要原料,是合成婴儿尿布等高吸水性聚合物的前体物质。当前市场上的丙烯酸主要通过氧化原油精炼获取。巴斯夫公司全球卫生业务部高级副总裁Teresa     

合成生物学在生物基塑料制造中的应用

合成生物学是以工程学思想为指导，对天然生物基因组进行改造和重构，合成新的生物元件，构建新的代谢途径，生产新产品或获得新表型的新兴学科。生物基塑料是以天然物质为原料在微生物作用或化学反应下生成的塑料。利用合成生物学改造工程菌株的方法制备合成生物基塑料已经成为学术界和产业界关注的热点。本文综述了合成生物学的发展和重要的合成生物学技术，重点综述了利用合成生物学技术构建聚羟基烷酸酯、尼龙、聚乳酸和丁二酸丁二醇酯等生物基塑料聚合物单体及其衍生物的代谢途径和工程优化领域的研究进展。     

微生物发酵法生产2,3-丁二醇的研究进展

从发酵菌株、发酵底物、发酵工艺以及分离提取方法等方面概述了微生物发酵法生产2,3-丁二醇的研究进展,并讨论了2,3-丁二醇发酵过程中存在的问题,同时指出,选育理想菌株并进一步对2,3-丁二醇的生化代谢途径中不同酶的动力学行为展开针对性的研究、应用数学工具优化发酵工艺并在此基础上对2,3-丁二醇的系列衍生物进行开发应用是今后研究的重点。     

Production of 3-hydroxypropionic acid by recombinant <Emphasis Type="Italic">Klebsiella pneumoniae</Emphasis> based on aeration and ORP controlled strategy

A biosynthetic pathway for the production of 3-hydroxypropionic acid (3-HP) from glycerol was established in recombinant Klebsiella pneumoniae by introducing the aldehyde dehydrogenase gene from Escherichia coli. The activity of aldehyde dehydrogenase, which oxidized 3-hydroxypropionaldehyde (3-HPA) to 3-HP, was detected and 3-HP was produced by the recombinant strains. Three different oxygen supply strategies, associated with measuring the oxidoreduction potential (ORP) during the fermentation under these conditions, were adopted for higher production of 3-HP by the recombinant cells. About 0.8 g/l 3-HP and more 1,3-propanediol production by the recombinant Klebsiella pneumoniae were obtained under completely aerobic conditions. Under micro-aerobic conditions, 3-HP production could be increased to 2.2 g/l and 1,3-propanediol production was almost the same as in the original strain. Under the anaerobic conditions, 1,3-propanediol was the main product and about 1.3 g/l 3-HP was produced. Finally, 3-HP production of the recombinant strain was increased to 2.8 g/l under micro-aerobic condition with a further two-stage ORP controlled strategy.     

纤维素乙醇生产重组酿酒酵母菌株的构建与优化研究进展

寻找化石能源的替代品以及开发和利用生物能源已引起国内外研究者的广泛关注。提高酿酒酵母利用来源广泛、贮存丰富的农林废弃物等木质纤维素原料生产燃料乙醇的效率是生物能源的重要研究内容,但是,重组酿酒酵母木糖发酵性能低是限制纤维素乙醇经济性的关键问题。本文总结了酿酒酵母中木糖代谢途径的构建和优化以及木糖转运对木糖利用的影响,分析了重组酵母利用纤维素水解液进行乙醇发酵的研究现状,并对进一步提高重组酿酒酵母纤维素乙醇生产效率的研究趋势进行了展望。目前国内外已经构建了可有效利用木糖产乙醇的重组酵母,但对其木糖代谢机制的研究还尚未深入,限制了重组菌株的定向改造。此外,目前缺少在纤维素生物质水解液发酵实际应用过程中对重组菌株的评价。因此,加强重组酵母菌株对木糖利用相关代谢调控机理的分析,注重多种抑制物对菌株发酵性能的影响,结合真实底物纤维素乙醇发酵过程进行重组菌株的构建和优化,从而进一步提高纤维素乙醇生产的经济性,是未来菌株构建的重要研究方向。     

非粮原料发酵富马酸的合成途径和人工合成菌株研究进展

富马酸（fumaric acid）是重要的十二种平台化合物之一及精细化工产品。近年来,传统富马酸合成工艺使用和发展受到严重制约,因而寻找低耗、高效以及环保型富马酸生产新工艺已成为研究趋势。本文介绍了微生物发酵产富马酸菌株种类,包括细菌、酵母菌、真菌。其中,真菌中的R.arrhizus是目前富马酸转化率和产量最高菌种,R.oryzae是目前富马酸生产强度最高的菌种。详细分析了以葡萄糖、木糖为底物微生物利用非粮原料发酵产富马酸的合成途径,讨论了R.oryzae耐受非粮原料水解液中糠醛胁迫的机制,重点论述了人工合成菌株发酵产富马酸的前景及存在问题。提出今后的工作重点在于全面解析非粮原料水解液中各种抑制剂对微生物发酵产富马酸全部酶类的抑制机制。同时,利用人工设计以及重构富马酸人工合成菌株,以研究合成菌株对外界环境的应答机制。     

重组肺炎克雷伯菌发酵联产3-羟基丙酸和1,3-丙二醇

对表达了高效醛脱氢酶的重组肺炎克雷伯氏菌以甘油为底物生产3-羟基丙酸和1,3-丙二醇的过程进行优化,将发酵过程中补料阶段甘油浓度分别控制为0~10, 10~20, 20~30 g/L,并分3次间歇性补加甘油. 结果表明,发酵过程中补料阶段控制甘油浓度在20~30 g/L,发酵26 h得到47.20 g/L 3-羟基丙酸和43.90 g/L 1,3-丙二醇;而间歇性补加甘油产物得率最高,发酵26 h时3-羟基丙酸和1,3-丙二醇相对甘油的得率分别为0.35和0.38 mol/mol. 3-羟基丙酸和1,3-丙二醇联产可实现辅因子烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的再生平衡,从而提高碳回收率.     

微生物发酵法生产3-羟基丙酸的研究进展

介绍了3-羟基丙酸的性质、用途及生产现状。3-羟基丙酸具有许多优良的化学性质,可以作为中间体合成多种有经济价值的工业用化合物,是一种潜在的重要化工平台产品;迄今为止,人们主要采用化学法合成3-羟基丙酸,但是该法成本较高,分离困难,限制了该化合物的应用。着重介绍了目前国外利用基因工程手段以葡萄糖或甘油为底物微生物发酵法生产3-羟基丙酸的研究进展,并探讨了今后的发展前景。     

安丝菌素P-3生产菌株Actinosynnema pretiosum ssp. auranticum的诱变育种及其发酵培养基优化

为了提高安丝菌素P-3（AP-3）的发酵产量,通过紫外诱变并运用紫外-分光光度法建立96孔板高通量快速筛选体系对原始菌株（Actinosynnema pretiosum ssp.auranticum）进行育种,筛选获得了一株产量较高的突变菌株B24-13。发酵7天后,其发酵液中AP-3的含量为112.5mg/L,是原始菌株的2.03倍。随后通过单因素优化与正交实验设计对突变菌株B24-13进行发酵培养基优化,得到最优发酵培养基组分：蔗糖25g/L,甘油15g/L,玉米浆25g/L,CaCO₃ 7g/L,异丁醇2g/L,缬氨酸0.5g/L,MgSO₄·7H₂O 0.5g/L,FeSO₄·7H₂O 0.01g/L。对优化结果进行验证实验,发酵7天后AP-3的产量为（127.5±6.3） mg/L。实验结果表明：通过对生产菌株的诱变育种与发酵培养基优化可有效的提高AP-3的发酵产量,也从侧面验证了该研究所建立的96孔板高通量快速筛选体系用于AP-3高产菌株的初筛是可行的。     

酿酒酵母高效合成萜类化合物的组合调控策略

萜类化合物具有广泛的生理活性与重要的经济价值,利用酿酒酵母进行萜类合成具有低价、高效等优势。然而部分植物源合成萜类的关键酶在酿酒酵母中难表达、产量低,难以工业应用,因此有效的调控策略显得至关重要。本文从萜类化合物在酿酒酵母中的合成途径入手,介绍了关键酶、代谢途径、CRISPR基因编辑系统和人工合成染色体技术4个方面的调控策略在酿酒酵母合成萜类化合物中的应用。阐述了关键酶的筛选、改造,理性与非理性设计,MVA途径、乙酰辅酶A合成途径与亚细胞结构的代谢途径改造的优势。指出了多重调控策略组合调控的方式是实现酿酒酵母高效合成萜类化合物的有效方法。此外,CRISPR基因编辑系统与人工合成染色体技术的快速发展将为酿酒酵母细胞工厂的深入开发与利用提供有力工具。     

代谢工程改造微生物固定二氧化碳研究进展

微生物固定CO₂是实现CO₂资源化利用的有效策略之一,为固碳减排、节能生产与绿色合成提供了借鉴。然而,微生物在固定CO₂过程中存在底物利用效率低、能量需求量大、路径难优化等问题。为了解决这些问题,本文总结了6种天然CO₂固定途径与5种人工CO₂固定途径,并从自养微生物、异养微生物和人工微生物三个方面系统分析了代谢工程改造微生物固定CO₂合成化学品的最新进展。在自养微生物固定CO₂方面,采用的策略主要包括提高CO₂固定途径效率、开发能量捕集系统与调节碳代谢流分布;在异养微生物固定CO₂方面,常用的方法主要有强化羧化途径、重构CO₂固定途径与优化能量供给;在人工微生物固定CO₂方面,主要的研究思路是设计人工CO₂固定途径与构建人工CO₂固定微生物。最后,从CO₂固定的关键酶、途径和微生物...     

微生物法生产1,3-丙二醇过程的代谢工程研究进展

代谢工程在微生物发酵法生产化工产品的过程中扮演着越来越重要的角色. 本研究以生物法生产1,3-丙二醇所涉及的关键酶、代谢途径及其改造为考察对象,系统综述了微生物法生产1,3-丙二醇所涉及的代谢工程技术、最新应用情况及其进展,并展望了未来的发展趋势.