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当期目录

    2020年 第1卷 第2期    刊出日期:2020-04-30
    本期中英文目录
    2020, 1(2):  0-0. 
    摘要 ( 281 )   PDF (325KB) ( 203 )  
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    特约评述
    植物合成生物学研究进展
    张博, 马永硕, 尚轶, 黄三文
    2020, 1(2):  121-140.  doi:10.12211/2096-8280.2020-016
    摘要 ( 3371 )   HTML ( 294)   PDF (2509KB) ( 3171 )  
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    合成生物学是汇聚了工程学和生物学的新兴交叉学科,近年来逐步在植物研究领域中显现其重要作用。利用合成生物学技术不仅可以对作物的产量及营养品质性状进行精准的改良和优化,还有望将植物改造成高价值的植物天然产物生产工厂满足人们更多的需求。本文从DNA合成与组装、植物基因编辑技术、核和质体遗传转化体系以及染色体工程等方面介绍了在植物中广泛应用的合成生物学技术。阐述了利用合成生物学开展多样化生物传感器设计、作物产量优化、营养品质强化、植物天然产物与蛋白高效合成等方面的最新研究进展。最后讨论了目前植物合成生物学所面临的问题以及今后的发展趋势。相信经过新一轮的快速发展,植物合成生物学将在未来农作物育种中发挥越来越重要的作用。

    合成生物学在感染性疾病防治中的应用
    蒲璐, 黄亚佳, 杨帅, 金帆
    2020, 1(2):  141-157.  doi:10.12211/2096-8280.2020-021
    摘要 ( 1060 )   HTML ( 107)   PDF (2660KB) ( 1374 )  
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    合成生物学是一门综合基因组学、分子生物学和工程学等一系列方法和原理而形成的综合性学科。随着合成生物学理论和技术的不断发展,科学家们设计和构建了越来越复杂的基因回路和元件,并开始在各种领域中使用这些系统,其中就包括生物医学领域。因新抗病原体药物研发速度逐渐落后于耐药性病原体出现的速度,感染性疾病的治疗已经成为现代医学重点关注的课题,对此,应用于感染性疾病的合成生物学疗法不断被尝试。本文概述了感染性疾病及其治疗的困难,简述了利用合成生物学对抗感染性疾病的优势和CRISPR技术在感染性疾病诊断中的应用,重点介绍了合成生物学在细菌和病毒感染性疾病治疗中的应用及在感染性疾病预防中的应用,感染性疾病预防具体包括预防性工程菌的构建、疫苗的研发和感染源的改造。通过回顾合成生物学家为研究感染性疾病的治疗及预防做出的努力,期望能获得新的灵感。虽然目前合成生物学疗法还处在试验阶段,但在感染性疾病防治研究中已经取得了不小的进展,可预见合成生物学将在该领域获得突破并做出贡献。

    甲醇生物转化的机遇与挑战
    高教琪, 周雍进
    2020, 1(2):  158-173.  doi:10.12211/2096-8280.2020-017
    摘要 ( 1730 )   HTML ( 125)   PDF (2684KB) ( 2010 )  
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    甲醇以其易储存和易运输等特性,成为极具应用潜力的原料。除了传统的基于合成气(CO,H2,CO2)和化学催化的甲醇合成,甲烷氧化(化学法和生物法)和CO2加氢技术逐步成熟,特别是CO2加氢技术将有望实现甲醇可持续洁净合成。甲醇生物转化有望进一步拓展现有甲醇转化路线,推动我国煤炭资源洁净利用以及CO2利用。本文详细综述了国内外甲醇生物炼制研究进展:①以甲基营养型微生物,包括细菌和甲醇酵母,为宿主构建细胞工厂实现氨基酸以及平台化合物等合成;②在模式微生物中构建甲醇代谢途径实现甲醇利用与转化。通过天然/人工甲基营养型代谢途径相互借鉴,采用代谢工程与合成生物学策略,提高甲醇利用效率、底物与产物耐受能力,将推动甲醇生物转化、拓展生物炼制原料供应路线。

    维生素E的“前世”和“今生”
    马田, 邓子新, 刘天罡
    2020, 1(2):  174-186.  doi:10.12211/2096-8280.2020-022
    摘要 ( 2278 )   HTML ( 155)   PDF (3010KB) ( 2843 )  
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    维生素E作为人和动物体必需且最主要的抗氧化剂之一,功效广泛,可用作维持机体正常功能,提高机体生育能力、免疫能力等,在医药、饲料等领域中占有重要地位。维生素E是我国的民生基础产业产品,也是国际市场上用途非常广泛、产销量极大的三大维生素支柱产品之一,市场前景广阔。自1938年维生素E被成功合成以来,维生素E的合成技术经历了80多年的历史,随着技术的发展逐渐形成了目前比较稳定的市场格局。本文总结了维生素E合成技术一路的发展,主要包括天然提取、化学全合成、生物全合成,以及生物-化学合成等,着重介绍了主流的化学全合成技术,以及新兴产业技术——合成生物技术引领的生物-化学合成技术。回顾了维生素E的发展历史并对未来发展进行了展望。

    工业丝状真菌土曲霉合成生物技术研究进展及展望
    黄雪年, 唐慎, 吕雪峰
    2020, 1(2):  187-211.  doi:10.12211/2096-8280.2020-002
    摘要 ( 2202 )   HTML ( 91)   PDF (6453KB) ( 2096 )  
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    丝状真菌作为一类重要的微生物,在食品、医药、化工等国计民生领域发挥了重要作用,其合成生物技术的发展已经展示了更大的工业应用潜力。土曲霉是一种非常具有工业生产价值的丝状真菌,是生物基化学品衣康酸和降血脂药物洛伐他汀的工业生产菌,展现出了强大的天然产物合成能力和突出的工业发酵性能,具有成为典型性丝状真菌底盘细胞应用于合成生物技术开发的价值。近年来,在土曲霉工业菌株改造与发酵工艺优化、生物合成机制解析等方面都开展了系列的研究,显著推动了其合成生物技术研究的发展。本文综述了土曲霉合成生物技术工具开发、衣康酸和洛伐他汀工业生产菌株改造优化、次级代谢产物生物合成机制解析等方面的最新研究进展,并对土曲霉的合成生物技术应用前景和发展方向进行了展望。挖掘土曲霉底盘细胞在合成生物学研究中的优势,可以更好地拓展合成生物技术的应用。

    从翻译后修饰角度解析人工合成途径与底盘细胞的适配性
    尤迪, 叶邦策
    2020, 1(2):  212-225.  doi:10.12211/2096-8280.2020-006
    摘要 ( 1496 )   HTML ( 93)   PDF (2026KB) ( 1935 )  
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    揭示工程化设计的人工合成途径与底盘细胞整体代谢网络的交互作用及适配性机制是合成生物学研究的关键共性科学问题。细胞内酰基CoA是微生物合成生物活性物质如聚酮、芪类及黄酮类、生物碱、生物能源及生物材料等的前体,提高细胞内酰基CoA供应水平,能够促进微生物合成产率升高;酰基CoA也是蛋白质酰基化修饰的酰基基团供体,酰基CoA积累导致合成代谢途径相关酶的酰基化水平提高,抑制代谢酶催化活性及合成效率。本文从酰基CoA平衡及酰基化修饰的角度,重点阐述了酰基CoA双重效应(酰基化供体及代谢前体)的相互影响与平衡,随后通过红霉素、丁醇、赤松素的实例总结了翻译后修饰代谢工程在调节微生物合成途径各元件间、合成途径与底盘之间的适配性,促进产物合成方面的实际应用。

    多酶催化串联策略在复杂天然产物合成中的应用
    贺俊斌, 孟松, 潘海学, 唐功利
    2020, 1(2):  226-246.  doi:10.12211/2096-8280.2020-010
    摘要 ( 1584 )   HTML ( 113)   PDF (4819KB) ( 2246 )  
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    结构新颖、复杂多样的天然产物及其衍生物一直是新药发现的重要源泉。然而,传统的从动植物及微生物中提取分离天然产物的方法往往存在效率低、耗时长、成本高等问题,极大地制约了新型药物的研发。天然产物的全合成主要包括化学合成和生物合成,其中体外酶催化合成因其具有催化效率高、反应选择性强、目标产物专一、反应条件简单温和、绿色环保等优点,为复杂天然产物的合成提供了有效策略。本文总结了近年来采用体外酶催化方法合成复杂天然产物的研究进展,着重介绍了多酶催化串联方法在聚酮类、生物碱类、萜类、甾体类、大环内酰胺类、核苷类等复杂天然产物合成中的应用,并对其目前存在的问题以及解决对策进行了讨论,同时对其未来发展也进行了展望。

    枯草芽孢杆菌底盘细胞的设计、构建与应用
    林璐, 吕雪芹, 刘延峰, 堵国成, 陈坚, 刘龙
    2020, 1(2):  247-265.  doi:10.12211/2096-8280.2020-030
    摘要 ( 2354 )   HTML ( 217)   PDF (2797KB) ( 2589 )  
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    作为一种重要的模式工业微生物和食品安全微生物,枯草芽孢杆菌在工业酶和功能营养品的生产方面具有广泛应用。近年来,随着对枯草芽孢杆菌遗传调控机制的不断揭示,多种研究策略和技术,包括基因编辑系统、基因回路、空间支架、无细胞表达系统等,被用于设计和构建枯草芽孢杆菌底盘细胞高效合成各种生物化学品。本文首先对基于基因编辑和基于内源性调控系统的枯草芽孢杆菌底盘细胞设计与构建的策略进行了系统的概述。然后,以高产N-乙酰氨基葡萄糖、七烯甲萘醌、核黄素、透明质酸和β-环糊精糖基转移酶为例介绍了枯草芽孢杆菌底盘细胞工厂的应用。最后,从基因编辑效率提升、基因回路响应信号拓展和基因组设计与重构三方面对枯草芽孢杆菌底盘细胞的设计、构建与应用进行了展望。