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减弱初始刺激助力过继T细胞克服抗原逃逸
李义然, 潘俊成, 施小山
DOI:10.12211/2096-8280.2026-018
摘要:过继性T细胞疗法在肿瘤治疗中展现出巨大潜力,但仍面临持续高强度肿瘤抗原刺激引起的T细胞耗竭,及肿瘤抗原低亲和力突变导致的免疫逃逸问题。传统的过继性T细胞生产工艺长期以来追求最大化T细胞受体(TCR)刺激强度以增强T细胞活化与扩增的策略,但该策略往往加速终末T细胞分化并导致不可逆的耗竭,同时未能有效应对抗原突变逃逸的问题。本研究利用常用的小鼠OT-1 T细胞及人原代T细胞模型,包括识别实体瘤A375细胞的1G4 TCR-T细胞,系统探究了初始T细胞受体刺激强度在体外制备过程中对过继性T细胞状态及效应功能的影响。结果表明,通过降低抗原肽浓度、采用低亲和力抗原或降低CD3/CD28抗体磁珠用量以适度减弱刺激强度,可在不减弱T细胞充分活化与扩增的前提下,显著降低其PD-1、LAG3等抑制性受体的表达。在功能层面,弱刺激强度制备的T细胞不仅在应对肿瘤细胞时分泌更多的TNF-α、启动更迅速的杀伤效应,更对表达低亲和力突变抗原肿瘤展现出更好的控制能力。综上,本研究揭示了适度减弱体外制备期初始刺激强度可显著提升过继性T细胞的效能并有效应对肿瘤抗原突变逃逸,为过继性T细胞制备的工艺优化提供了一种易借鉴、低成本且潜在普适的新思路。
关键词:过继性T细胞;刺激强度;肿瘤免疫;T细胞耗竭;抗原突变逃逸
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更新时间:2026-05-12
合成生物学赋能特殊医学用途配方食品产业:机遇、挑战与发展路径
丁森, 楼志斌
DOI:10.12211/2096-8280.2026-022
摘要:在全球科技革命与产业变革加速演进的背景下,合成生物学作为一门融合生命科学、工程学与信息科学的前沿交叉技术,展现出强大的“创造性破坏”潜力,为生命健康产业带来了范式革命。特殊医学用途配方食品(简称“特医食品”)作为满足特定疾病状态人群营养需求的特殊食品,其产业发展需要在原料生产、配方设计、生产模式、产业逻辑和商业模式等方面进行系统性重塑。本文以合成生物学赋能特医食品产业为典型案例,通过文献综述、案例研究、调研访谈等方法,深入剖析合成生物学技术赋能特医用食品产业面临的现实挑战以及蕴含的战略机遇,并从强化核心技术攻关、优化创新生态系统、完善政策与监管体系等方面提出对策建议。为合成生物学驱动特医食品产业高质量发展、实现技术可行到产业可用的跨越提供理论参考与路径支撑。
关键词:合成生物学;特殊医学用途配方食品;生物制造;监管;产业转化
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更新时间:2026-05-12
细菌胞外DNA释放机制、功能及环境生物学应用
张保财, 李腾, 郭云雪, 刘胜男, 宋浩, 李锋
DOI:10.12211/2096-8280.2026-015
摘要:胞外脱氧核糖核酸(Extracellular DNA,eDNA)作为环境中重要的遗传物质组成成分,在细菌群落结构维持与遗传信息传播中的功能逐渐受到重视。本文系统梳理了细菌eDNA的释放机制、功能属性及其环境应用。首先,介绍了细胞裂解依赖型和分泌依赖型释放机制,以及群体感应对其精细调控机制;其次,概述了细菌eDNA作为结构性基质和生态位构建因子、生物膜内部的遗传信息交换平台、胞外电子传递过程中的重要介质,揭示其在细菌生命周期与环境适应中的多维作用;随后,综述了eDNA在环境基因风险评估、生态环境物种监测、环境污染物修复以及环境生物膜污染控制方面的研究进展,强调其在抗性基因、毒力基因等功能遗传单元环境持留与水平传播中的载体作用,及其对致病微生物定植潜在的影响,揭示其作为连接分子机制、群落行为与环境效应关键纽带的环境生物学意义。最后,针对当前在释放机制整合、结构异质性与功能耦合、环境情境下命运归趋及应用过程中的风险控制等方面仍存在的关键瓶颈,讨论了未来从多尺度机制解析、原位过程表征、生态效应评估与安全应用协同等方向开展深入研究的必要性,以推动eDNA研究由现象描述向机制整合与理性应用拓展。
关键词:胞外DNA;释放机制;生物膜结构;群体感应调控;水平基因转移
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更新时间:2026-05-09
人工智能驱动合成生物学研究
兰晶岗, 傅雄飞, 汪小我, 张先恩
DOI:10.12211/2096-8280.2026-007
摘要:人工智能(AI)正在深刻重塑合成生物学的研究范式,使生命系统的设计从经验驱动迈向模型驱动。传统合成生物学依赖突变筛选与试错式优化,难以应对多尺度、高维度、强耦合的生命过程。随着组学数据的爆发式增长、自动化实验平台的普及以及深度学习技术的快速发展,AI 为揭示序列—结构—功能规律、构建可预测生物模型和实现大规模生命设计提供了全新路径。AI 合成生物学已在四个关键层级形成系统化框架:在生物大分子层面,蛋白语言模型与生成式结构模型使从头设计酶、受体与自组装材料成为可能;在基因组层面,深度学习推动突变机制建模、大片段序列生成与谱系动力学推断,为可编程基因组构建奠定基础;在细胞层面,AI 与机理模型结合加速虚拟细胞构建,使细胞行为实现可量化预测;在平台层面,多智能体与自动化“设计-建造-测试-学习”(DBTL) 循环支持路径规划、酶功能预测与实验调度的全流程自动化。总体而言,AI 使合成生物学从局部优化走向系统生成,从经验探索走向预测设计,为生命系统的可控重构和生物制造创新提供了核心动力。
关键词:人工智能;合成生物学;生物制造
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更新时间:2026-05-07
转录因子的增强子搜寻机理
赵凤语, 张硕霞, 王耀来
DOI:10.12211/2096-8280.2026-013
摘要:转录因子如何在细胞核中高效搜索并定位增强子,是个看似简单却困扰至今的经典难题。其内在机理的揭示,将为细胞信号转导设计提供不可或缺的理论基础。经典的自由扩散模型和易化扩散模型认为,转录因子在细胞核中自由扩散,可沿DNA滑动、跳跃,并可在不同的DNA链之间跳转。为解决此类模型固有的搜寻低效难题,导向搜索模型提议,细胞核内存在为转录因子提供导航的“路标”。然而,关于“路标”及“导航机制”的研究尚处于初级阶段,未知和困惑远多于已知。转录凝聚体和短串联重复序列的发现,为这一问题的解答提供了新思路。本文在综述现有模型的基础上,概括提出短串联重复序列与转录凝聚体通过“引导与富集—浓缩与催化”的互补机制共同保障转录因子在复杂染色质环境中实现快速而精准的靶点定位。该模型为理解增强子搜寻机理与相关DNA序列设计提供了新视角。
关键词:转录因子;增强子;导向搜索;转录凝聚体;短串联重复序列
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更新时间:2026-04-27
合成生物学驱动非天然产物的光生物合成
许嘉凡, 周佳海, 高江涛, 古阳
DOI:10.12211/2096-8280.2026-009
摘要:光生物催化是一种整合了光催化和生物合成的强大合成策略,能够驱动许多非天然反应。然而,其规模化应用受限于酶载量高、辅因子昂贵以及反应稳定性差等问题。近期,伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的赵惠民团队利用合成生物学技术成功将光酶反应整合到细菌的代谢通路中,构建了首个能够通过发酵放大生产非天然产物的大肠杆菌“生产工厂”。该技术成功实现了对苯酚-吲哚类化合物4-(2-(3a,7a-二氢-1H-吲哚-3-基)乙基)苯酚(DIEP)的完全生物合成。该研究不仅展示了光酶反应在活细胞中实现完全生物合成和工程化放大的可能性,还验证了所合成的非天然产物具有生物活性,这表明该技术具有工业应用潜力。本文将介绍该研究成果,并结合相关研究工作提出见解,以期推动光生物催化从概念验证迈向工业生产。
关键词:合成生物学;烯还原酶;光生物催化;全生物合成;双相-补料发酵策略
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更新时间:2026-04-08
重构碳基未来:一碳生物技术的时代方位与中国选择
李寅
DOI:10.12211/2096-8280.2026-014
摘要:一碳生物技术正经历从“发现自然”到“重构自然”的范式跃迁,其战略价值正在被重新定义——它不再是生物制造的远期选项,而是重塑碳基工业的底层逻辑、实现碳中和目标的重要路径。中国拥有全球最丰富的一碳生物技术应用场景和最迫切的产业需求,但“根技术”依赖仍是最大短板。本文提出,中国应超越“局部突破”的传统思维,转向创新范式、产业生态、人才生态与话语体系的“系统重构”,以战略定力抓住全球绿色工业革命的历史机遇,在碳基未来新格局中占据主动。
关键词:一碳生物技术;范式跃迁;系统重构;碳中和;工业根基
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更新时间:2026-04-08
生物制造新食品原料产业化的机遇、挑战与监管驱动——以麦角硫因为例
汪琪琦, 刘雪松, 张燕飞, 杜立
DOI:10.12211/2096-8280.2025-104
摘要:通过合成生物学和精准发酵技术生产新食品原料,已成为生物制造领域的重要发展方向,具有来源可控、纯度稳定和规模化可持续生产等优势,可有效突破传统农业提取模式在成本、资源与环境方面的限制。随着技术成熟度提升,生物制造食品原料逐步进入产业化阶段,但其市场转化仍受制于监管路径不够清晰、审批周期较长及公众认知不足等因素。本文以麦角硫因这一典型生物合成功能性氨基酸为例,比较分析欧美新食品审批经验与我国监管实践,系统梳理其在制度准入与社会接受层面的主要瓶颈。研究表明,当前制约生物制造原料商业化的关键不在技术能力,而在审批规则、风险评估机制与信任治理的适配不足。基于此,提出完善技术指南、实施风险分层审评、优化实质等同路径及加强风险沟通等政策建议,以构建兼顾安全与效率的适应性监管框架。本研究为推动我国新食品原料合规上市与生物制造产业高质量发展提供参考。
关键词:麦角硫因;合成生物学;新食品原料;监管政策
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更新时间:2026-04-07
合成生物制造知识产权保护体系的现状、问题与建议
王聪, 张雄辉, 赵建民, 张燕飞, 孟宇
DOI:10.12211/2096-8280.2025-093
摘要:合成生物学作为21世纪前沿科技领域,正驱动医药、农业和工业等多个行业的变革,已成为全球主要经济体的战略竞争焦点。知识产权保护是激励创新和保障产业健康发展的重要机制,然而,现有体系在面对合成生物制造技术的颠覆性特征时,显露出一定的滞后与模糊。本文系统分析了全球合成生物制造知识产权保护的现状,比较了美国、欧盟、日韩及中国在政策与司法实践方面的差异与动向,识别出我国在该领域面临的核心问题。针对上述问题,从顶层设计、司法保护、行政保护、技术支撑和产业生态五个维度,提出一系列完善我国合成生物制造知识产权保护体系的系统性对策,包括制定国家战略、完善司法指引、建立审批联动机制、推动数据赋能与技术标准化、营造协同知识产权生态等,以构建符合我国技术创新特点、产业发展阶段、具备国际竞争力且能有效激励创新的知识产权治理体系。
关键词:合成生物;生物制造;知识产权保护;专利
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更新时间:2026-03-18
真核微藻合成生物学研究进展和展望
张旭, 路延笃
DOI:10.12211/2096-8280.2025-106
摘要:真核微藻作为一类重要的生物资源,可以直接利用CO
2
和光能合成有机物,且自身就可合成多种天然产物,其作为合成生物学细胞工厂具有天然优势。然而,真核微藻的化合物合成产量较低的问题仍制约着其产业化的发展。通过代谢工程与合成生物学技术改造微藻,不仅能有效提升目标产物的产量,还进一步拓宽了其可合成的天然产物范围。本文围绕几种研究较多的真核微藻种类展开讨论,从遗传元件的开发、基因编辑技术的应用和基因表达与调控策略等方面介绍了合成生物学技术在真核微藻领域的研究进展。还讨论了人工智能技术和多组学数据在微藻培养条件筛选以及代谢途径优化中的应用潜力,并结合实际应用展现了微藻细胞工厂在高值化合物合成方面工程化改造的结果。最后对微藻底盘细胞的应用前景和发展方向进行了展望,包括“定向微藻底盘”的构建、人工智能技术在微藻底盘设计中的应用、新型细胞器定位信号以及微藻底盘综合利用等,旨在为真核微藻合成生物学提供一定的指导。
关键词:微藻;人工智能;代谢工程;合成生物学;高值化合物
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更新时间:2026-03-02
大肠杆菌合成生物基1,4-丁二醇的研究进展与发展趋势
王博文, 屈梦圆, 李华南, 程万里, 刘家书, 江正兵
DOI:10.12211/2096-8280.2025-100
摘要:1,4-丁二醇(1,4-BDO)作为一种重要的化工原料,广泛应用于医药、材料、纺织、军工等多个领域。随着全球各国环保政策日趋严格,传统1,4-BDO合成中催化剂昂贵、能耗大等弊端日益凸显。以可再生资源木质纤维素生物质制备可发酵糖,基于合成生物学策略开发低碳、经济、可持续的1,4-BDO生物合成途径显得愈发重要。然而,木质纤维素水解液中多种可发酵糖共存的情况降低了碳源利用效率,木质纤维素预处理后所产生的发酵抑制物同样影响微生物代谢活性。因此,本文综述了以大肠杆菌为底盘细胞,利用不同可发酵糖作为碳源合成1,4-BDO途径的构建思路,总结了提高大肠杆菌耐受多种发酵抑制物的遗传工程策略,探讨了通过构建分工协作、互利共生的多功能模块微生物体系以实现混合糖共利用、原位脱毒以及1,4-BDO高产的可能性。在此基础上,通过计算机辅助1,4-BDO合成途径的挖掘与理性设计、开展基因组尺度代谢网络模型的模拟与优化、对1,4-BDO合成关键酶进行智能设计,有望在未来进一步改善1,4-BDO合成效率,为稳定、高产1,4-BDO的大肠杆菌多细胞联合体的构建提供可行性见解与思路。
关键词:大肠杆菌;合成生物学;木质纤维素水解液;1,4-丁二醇
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更新时间:2026-02-11
投早、投小、投巧?——合成生物研发投入策略研究
张兮, 肖展鹏, 魏馨, 朱智明, 张特
DOI:10.12211/2096-8280.2025-071
摘要:未来产业是指由新兴技术创新推动、具有高成长潜力和战略价值的新型产业,其核心在于通过技术突破引领经济社会的高质量发展。作为未来产业的重要组成部分,合成生物技术以其高度的交叉学科特性突破了传统技术瓶颈,并通过“设计-构建-验证-学习”的流程推动技术创新。与此同时,合成生物技术研发具有高度不确定性,企业在投入时机、规模和策略选择上面临重大挑战。本文基于资源基础观、技术创新理论和信息技术生产率悖论,收集750家美国生物科技上市公司2019—2021年的财务数据与专利文本,利用LDA主题建模与余弦相似度量化研发投入,并通过回归分析检验其对企业运营绩效的影响。研究结果表明:合成生物研发投入与企业绩效呈显著倒U型关系;企业资产规模和流动性能够缓和该关系,且当企业规模超过一定阈值后,倒U型关系转变为正U型。由此提出三种策略启示:一是“投早投小”,在早期阶段分散投资多个小规模企业,以获取更高的边际绩效;二是“投巧”,在企业成长过程中进行精准整合,提升资源配置效率;三是针对大规模企业,应适度加大研发投入,实现由倒U型向正U型的转化。本文首次在实证层面用定量的方法刻画了合成生物技术研发投入对企业绩效的作用机制,并揭示了最优投入模式,不仅丰富了合成生物技术投入—产出关系的理论理解,也为生物科技企业提供了可操作的战略启示。
关键词:新兴技术研发投入;合成生物技术;企业运营绩效;专利分析;主题模型;企业资源
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更新时间:2026-01-07
微生物利用乙酸和乙醇的研究进展
江兰颖, 王钰莹, 罗远婵, 吴辉
DOI:10.12211//2096-8280.2025-091
摘要:全球气候变化与能源危机推动了对可持续生物制造技术的迫切需求。随着“双碳”目标的提出,利用微生物将二碳化合物(如乙酸、乙醇)转化为高附加值化学品已成为生物炼制领域的研究热点。相较于传统粮食基原料,乙酸、乙醇等二碳底物来源广泛,可通过一碳气体(CO₂、CO)或生物质转化获得,具备绿色可持续性优势。本文聚焦乙酸与乙醇的微生物代谢途径及代谢工程改造策略,结合合成生物学与系统生物学手段,探讨其在多种生物基化学品生产中的应用潜力。基于二碳底物利用的微生物细胞工厂,能够整合固碳技术和工业微生物产品多元化等优势,是当前实现碳一生物炼制助力“碳中和”的可行路径之一。然而,微生物利用二碳化合物仍面临代谢效率低、耐受性差等问题。未来的研究需聚焦于通过系统代谢工程与适应性实验室进化,重塑菌株的代谢网络,以优化碳流分配与能量效率;同时,结合酶工程与动态调控策略,优化限速步骤并减轻毒性中间产物积累,以系统性地提升二碳底物的转化效率与经济可行性。此外,进一步发展微生物转化与化学催化的级联路径,耦合一碳气体固定与二碳高效转化技术,赋能负碳生物制造体系,助力“碳中和”目标的实现。
关键词:乙酸;乙醇;合成气来源;代谢工程;高附加值化学品;合成生物学
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更新时间:2025-12-30
人工合成益生菌群的组装策略
石语晴, 陈丹蕾, 张嘉翔, 杨艺睿, 李佳奕, 财音青格乐, 吴胜波, 乔建军
DOI:10.12211/2096-8280.2025-087
摘要:人工益生菌群作为新一代合成生物学技术,在疾病干预和治疗中展现出广阔的应用前景。然而,其设计与组装方法目前尚缺乏系统性的归纳与总结。本文首先系统梳理并评析了常见益生菌单菌株在多种疾病防治中的应用现状与潜力,进而重点围绕人工益生菌群的三大组装策略展开系统综述:鸡尾酒策略、基于物理接触的互作策略以及基于小分子的非接触互作策略。鸡尾酒策略通过功能互补的菌株组合实现协同增效;物理接触策略借助基因编码黏附素、DNA介导组装及生物材料封装等技术,提升菌群定植和靶向递送能力;非接触策略则依赖群体感应系统和代谢交叉喂养策略等,实现对菌群结构和功能的精准调控。文章详细剖析了各类策略的作用设计与组装、典型应用与面临挑战,并进一步展望了多策略融合、人工智能辅助设计、临床转化等未来研究方向,为构建高效、稳定、安全的益生菌治疗体系提供理论依据和技术支撑。
关键词:益生菌;人工合成菌群;鸡尾酒策略;微生物相互作用;微生态
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更新时间:2025-12-30
异源表达来自
Streptomyces
sp. CB03234的气囊合成基因簇强化
Streptomyces albus
J1074合成多种天然产物
王一帆, 王欣然, 陈宁辛, 罗小舟
DOI:10.12211/2096-8280.2025-072
摘要:气囊(Gas Vesicles)是一类由蛋白质构成的刚性中空细胞器,常见于水生微生物,由其基因组内完整的气囊合成基因簇编码组装而成。值得注意的是,同源的气囊基因簇也广泛分布于土壤链霉菌中,但其生理功能尚未明确。本研究克隆出来自链霉菌 Streptomyces sp. CB03234 的气囊基因簇 gvpOAFGJLSK(gvp3234,3.4 kb),并通过接合转移技术将其导入模式链霉菌 Streptomyces albus J1074 中。透射电子显微镜(TEM)观察未在重组菌株中检测到典型气囊结构,但发现异源表达 gvp3234 能显著促进宿主菌的早期生长,并引发代谢组的广泛重编程。非靶向代谢组学分析表明,重组菌株中有170种代谢物的积累水平显著上调。通过与数据库比对,确认了包括2-氨基苯甲酸、Albaflavenone在内的多种已知活性物质的产量大幅提高,并鉴定出22种被激活的未知代谢物。此外,在另一株链霉菌 Streptomyces venezuelae ISP5230 中异源表达 gvp3234,同样观察到了代谢组的显著变化及沉默代谢途径的激活。研究进一步发现,异源表达 gvp3234 还能有效增强异源酶蛋白的合成效率。本研究首次报道了异源表达气囊基因簇 gvp3234 在两株链霉菌中具有提升已知代谢产物产量、激活宿主沉默代谢途径的普适性功能,为链霉菌代谢工程中目标产物的理性优化及新型活性分子的挖掘提供了新的工具与理论依据。
关键词:气体囊泡;生物合成基因簇;异源基因表达;白色链霉菌;代谢产物
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更新时间:2025-12-30
基于NCBI数据库的共同携带
bla
KPC
和
mcr
基因肠杆菌科细菌流行现状和耐药基因遗传背景研究
付晶晶, 胡晓丰, 王博千, 胡贵方, 何雅青
DOI:10.12211/2096-8280.2025-079
摘要:(目的)利用生物信息学技术,系统研究NCBI数据库中共同携带碳青霉烯类耐药基因(bla
KPC
)和多黏菌素耐药基因(mcr)肠杆菌科细菌流行分布特征,及耐药基因遗传背景,为共耐药菌株的感染防控提供参考依据。(方法)从NCBI数据库中下载了携带bla
KPC
和mcr基因的细菌全基因组数据,分析并鉴定了菌株中bla
KPC
和mcr的不同亚型。通过对细菌质粒的注释和复制子类型的鉴定,揭示这两种耐药基因在特定质粒中的存在情况,并分析了bla
KPC
和mcr基因的上下游遗传结构。(结果)共同携带bla
KPC
和mcr基因细菌主要为肠杆菌科细菌,且以美国、英国和中国为主要分布国家。共同携带bla
KPC
和mcr基因菌株菌属分布多样性在2012年至2018年有所增加。bla
KPC-2
+mcr-9.1以及bla
KPC-3
+mcr-9.1为优势基因型组合,且本研究中bla
KPC-2
+mcr-9.1+mcr-9.2基因型分布于多种STs的大肠埃希氏菌(58,46.03%)。遗传环境分析表明:bla
KPC
主要位于pKPC-CAV1193质粒,并大量鉴定到tnpR-tnpA-ISkpn7-bla
KPC
-ISkpn6(Tn4401b)这一转座子结构;mcr-9.1主要位于IncHI2(2A)质粒中,且上下游遗传结构保守,核心结构为rcnR-rcnA-pcoE-pcoS-IS903B-mcr-9.1-wbuC-IS26。(结论)共同携带bla
KPC
和mcr基因菌株有显著的地域分布差异;应特别关注特定ST型大肠埃希氏菌(如ST167和ST10)在传播中的潜力,及在临床环境中的变化。耐药基因bla
KPC
和mcr分别主要通过pKPC-CAV1193及IncHI2(2A)质粒介导传播,并通过转座子等可移动遗传元件进行扩散,极大增加了耐药性传播的风险,应引起高度重视。
关键词:bla
KPC
;mcr;肠杆菌科细菌;质粒;转座子;可移动遗传元件
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更新时间:2025-11-10
基于合成生物学的替代蛋白产业专利分析
刘亚男, 王可, 刘书彤, 王英, 李金娜, 王聪, 孟宇, 吴崇明
DOI:10.12211/2096-8280.2025-092
摘要:替代蛋白产业作为应对全球粮食安全与可持续发展挑战的新路径、新业态,正迎来快速发展与技术迭代。在全球蛋白危机将至的背景下,中国如何抓住替代蛋白这一战略机遇,通过有前瞻性的原始技术创新和高质量的专利布局,逐步转变为未来的技术和产业领导者是我们面临的现实问题。研究显示,中国在专利申请量与增速上已跃居全球领先地位,但在基础性与平台型技术储备、创新策源结构方面仍存挑战。本文首先系统剖析了全球蛋白危机与替代蛋白兴起的时代背景,继而全景式扫描了全球及中国产业发展与竞争格局,再通过专利数据分析,聚焦于单细胞蛋白、细胞培养肉、植物分子农业蛋白,为中国加速发展替代蛋白产业提出了系统性的技术创新与专利布局建议,如构建基础专利体系以突破关键平台技术,强化全球专利布局,提升国际竞争能力等。
关键词:替代蛋白;单细胞蛋白;微生物蛋白;专利分析;合成生物学
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更新时间:2025-11-06
基于CRISPR系统的高通量基因组编辑研究进展
滕佳尧, 任传宏, 朱芮莹, 鲍泽华
DOI:10.12211/2096-8280.2025-073
摘要:高通量基因组编辑是快速分析大量基因突变功能和进行遗传育种的有效方法。相比于传统随机诱变,基于规律间隔成簇短回文重复序列(CRISPR)系统的基因组编辑具有效率高、可靶向的优点。通过设计靶向目标基因的向导RNA文库可以实现高通量基因组编辑和筛选。近年来,多种CRISPR系统以及CRISPR衍生基因编辑技术的开发进一步丰富了高通量基因组编辑工具箱。本文主要介绍基于CRISPR系统的高通量基因组编辑方法,包括CRISPR辅助的同源定向修复、碱基编辑系统、引导编辑系统等,并介绍了这些方法在不同领域的应用,如工业微生物育种、人类功能基因组学和作物改良。最后,对相关方法存在的物种适用性有限、突变多样性低、编辑范围窄、多基因编辑困难等问题以及潜在的解决方法进行讨论和展望。
关键词:CRISPR;基因组编辑;高通量;同源定向修复;碱基编辑;引导编辑
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更新时间:2025-11-03
基于微生物电合成的一碳生物转化
李逸鑫, 董蓉, 解一诺, 王远鹏, 曹名锋
DOI:10.12211/2096-8280.2025-078
摘要:微生物电合成(Microbial electrosynthesis, MES)是一项具有广阔前景的技术,主要依赖微生物通过阴极提供的电子将二氧化碳转化为增值化学品。然而,目前对MES的机制分析以及不同底物的一碳转化利用尚存在一定的局限性。因此,研究不同类型的MES装置,并根据其特性提供适宜的底物一碳生物转化路径至关重要。此外,各类MES装置及其基本原理也会影响纳米材料的选择与其强化机制。本文通过对不同MES装置及其核心基本原理的分析,探讨了不同生物一碳转化路径的优缺点,同时研究了纳米材料在MES过程中的强化机制,以期提高MES的效率,因为纳米颗粒在电子转移中对功能基因的表达起着重要作用。尽管MES目前仍处于初步开发阶段,其法拉第效率、底物转化路径及产物合成效率相对较低,但依然是未来最具潜力的二氧化碳转化技术,对推动低碳未来的可持续生物技术战略具有重要意义。
关键词:微生物电合成;CO
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固定;电子传递;纳米生物技术;生物合成
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更新时间:2025-10-21
一碳化合物生物利用的合成生物学研究进展
李健, 陈云, 刘海艳, 谭在高
DOI:10.12211/2096-8280.2025-077
摘要:一碳化合物(C1,包括CO
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、CO、甲烷、甲醇及甲酸)作为重要的含碳资源,凭借其来源广泛、经济及可再生特性,已成为生物制造领域的新型战略原料。近年来,合成生物学与代谢工程技术的突破性进展显著推动了C1化合物的生物转化路径创新,为碳中和目标下的绿色生物制造开辟了新范式。本文聚焦天然C1利用微生物的代谢网络优化、非天然C1利用途径的开发以及人工合成甲基营养菌的理性设计,系统比较评估了不同微生物底盘在C1生物转化中的应用潜力及关键C1同化途径的代谢特征,并综述了2022-2025年间该领域的前沿策略与技术成果。进一步对比分析了甲基营养菌的应用领域,探讨了各类宿主在产物合成中的适配性,探讨了当前存在的生物固碳效率低、人工固碳途径在体内难以高效运行、毒性中间体限制甲醇同化、人工甲基营养菌生长缓慢等难题。在此基础上,进一步讨论了实验室进化、酶工程、人工途径设计等多种手段协同提升C1利用效率的潜力,以及多学科交叉与人工智能在该领域发展中的重要作用,以期为C1驱动的可持续生物经济体系构建提供理论支撑。
关键词:一碳化合物;甲基营养型;合成生物学;代谢工程;绿色生物制造
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更新时间:2025-10-13
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