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生物传感器及其用于功能糖生物合成的研究进展
刘丹, 彭云柯, 江正强
DOI:10.12211/2096-8280.2026-047
摘要:随着合成生物学与代谢工程的飞速发展,功能糖的生物合成取得显著突破。生物传感器在微生物细胞工厂合成过程动态调控及合成所需关键酶高通量筛选中作用突出,正逐渐成为提高功能糖生物合成效率的前沿技术。本文系统概述了生物传感器的核心组成模块,阐述了转录因子型生物传感器、RNA型生物传感器、双组分系统型生物传感器及荧光蛋白型生物传感器等的基本工作原理与性能评估指标,并总结了提升上述传感器特异性、灵敏度、动态响应范围等重要参数的主要方法。在此基础上,系统归纳了生物传感器在母乳寡糖、D-阿洛酮糖等功能糖高通量筛选与底盘动态调控中的最新研究进展。重点指出了生物传感器在代谢网络动态调控中的显著成效,部分目标产物(如2′-岩藻糖基乳糖、N-乙酰氨基葡萄糖)的发酵水平提升至百克级以上。最后,本文总结了生物传感器在功能糖生物合成中的核心作用,并展望了AI辅助智能化元件创制、真核底盘拓展、多信号逻辑门集成及自动化平台驱动等下一代智能化细胞工厂的生物传感器发展趋势。
关键词:生物传感器;功能糖;动态调控;高通量筛选
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更新时间:2026-07-24
CO
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及其C1产物驱动的人工合成碳水化合物的研究进展
葛同玲, 于博, 蔡韬
DOI:10.12211/2096-8280.2026-048
摘要:淀粉、糖等碳水化合物是重要的食物组分和工业原料。随着全球碳中和目标的推进以及粮食安全保障需求的提升,从二氧化碳直接合成碳水化合物,已成为二氧化碳资源化利用和保障粮食安全的重要潜在途径之一。本文系统总结了近十年来二氧化碳人工合成碳水化合物的研究进展,重点分析了催化剂设计理念、关键酶改造及代谢途径构建策略,并对比了化学与生物路线的技术潜力与应用局限。当前该领域已发展了化学、体外多酶级联和微生物细胞工厂等多种催化体系。在化学催化方面,近年来随着催化剂设计的精细化和反应条件的优化,反应的选择性与转化效率得到显著提升,但仍面临催化剂寿命短、生成高浓度甲醛困难及糖的选择性差等瓶颈;体外多酶级联体系和微生物细胞工厂体系则在合成单糖、寡糖和淀粉等碳水化合物中展现出高选择性优势,但仍受限于代谢通量不足、中间产物毒性、酶成本高及辅酶再生困难等问题。最后讨论了当前领域面临的如化学选择性低、酶底物耐受性差、辅酶/能量成本高等核心瓶颈,并展望未来的研究热点,如高效催化剂的构建、酶改造、辅酶/能量再生系统设计等,为碳中和背景下的可持续碳水化合物生产提供理论和实践参考。
关键词:二氧化碳;人工合成碳水化合物;糖;淀粉;化学催化体系;体外多酶级联体系;微生物细胞工厂体系
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更新时间:2026-07-24
低内毒素大肠杆菌表达体系的构建及应用
孙悦, 陈金平, 苏畅, 李恒, 龚劲松, 许正宏, 史劲松
DOI:10.12211/2096-8280.2026-044
摘要:大肠杆菌是常用的重组蛋白表达宿主,但其外膜的内毒素释放可能诱导炎症反应、发热甚至内毒素休克等内毒素相关不良反应,从而限制其在疫苗抗原等医药重组蛋白生产中的应用。本研究旨在构建低内毒素大肠杆菌表达系统,并评估其在猪传染性胸膜肺炎候选抗原重组表达中的应用潜力。以Escherichia coli BL21(DE3)为初始菌株,采用CRISPR/Cas9基因编辑技术对核心寡糖、O抗原组装、类脂A修饰及表面多糖合成相关通路进行改造,构建一系列低内毒素候选菌株。相关基因缺失导致初始菌株出现脂多糖结构组装缺陷、胞外多糖中庚糖含量显著下降、脂多糖条带消失和细胞表面粗糙程度增加等现象,其中低内毒素候选菌株ETF13和ETF15的裂解上清液中的内毒素含量分别下降35%、73%。结合内毒素水平和菌株生长状态,ETF13在低内毒素特征与底盘适用性之间表现出较好平衡,因此被选为后续重组蛋白表达宿主。以4个猪传染性胸膜肺炎亚单位疫苗ApxI、ApxII、ApxIII和OMP为模型蛋白,相比于初始菌株,低内毒素候选菌株ETF13的重组蛋白表达能力相当,纯化后的四个蛋白中内毒素残留含量均下降超过50%。综上所述,以上研究结果证明了这种独特的低内毒素大肠杆菌表达体系为医用蛋白的大规模制备提供了新的底盘选择。
关键词:低内毒素大肠杆菌;脂多糖;基因编辑;亚单位疫苗;猪传染性胸膜肺炎
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更新时间:2026-07-23
外泌体糖链编辑及其功能调控研究进展
李瑞莲, 王倬, 杜昱光
DOI:10.12211/2096-8280.2026-028
摘要:外泌体是介导细胞间通讯的关键胞外囊泡,其表面糖链构成的糖萼结构被誉为细胞间通讯的“糖密码”,在靶向识别、细胞摄取、免疫调节及信号转导中发挥核心作用。然而,天然外泌体糖链的高度异质性导致其作为药物递送载体时面临靶向性不足、胞内递送效率低、体内易被清除等临床转化瓶颈。外泌体糖链编辑技术通过精准修饰或重构糖链结构,为突破上述难题提供了革命性手段,成为糖生物学与纳米医学交叉领域的研究前沿。本文系统综述了外泌体糖链的组成特征、分析技术进展与核心生物学功能,重点阐述了宿主细胞工程、体外直接修饰、合成生物学重构三大糖链编辑策略的技术原理与应用优势,深入解析了糖链编辑对外泌体靶向特异性、细胞内吞途径、免疫原性及货物装载的调控机制,总结了工程化糖链编辑外泌体在肿瘤、炎症性疾病、神经退行性疾病与代谢性疾病治疗中的应用前景。同时,本文指出该领域目前面临外泌体异质性难控、糖链编辑精度不足、规模化制备成本高、临床转化标准缺失等挑战,并展望未来将通过基因编辑、微流控、AI辅助设计等多技术融合,发展微环境响应型智能糖链编辑,深化糖链-货物调控机制解析,加快行业标准与监管体系建设,最终推动外泌体糖链编辑技术在精准医疗、靶向药物递送与疾病诊疗中的产业化落地。
关键词:外泌体;糖基化;糖链编辑;合成生物学;细胞间通讯;药物递送;代谢标记
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更新时间:2026-07-23
合成生物技术强化脂肽表面活性剂环境修复进展
张亦桑, 尚维, 丁明珠, 程景胜
DOI:10.12211/2096-8280.2026-025
摘要:污染场地中疏水有机物、重金属及新污染物的去除常受界面传质、强吸附和群落稳定性限制,单纯增强降解代谢难以保证场地效果。脂肽类生物表面活性剂兼具高界面活性、低环境负荷和非核糖体肽合成酶(NRPS)介导的结构可编程性,是连接污染物分配、细胞行为和工程部署的关键界面功能模块。本文以“从外源添加剂到可编程界面模块”为主线,综述脂肽结构—功能关系、NRPS装配逻辑、底盘细胞重塑与混菌构建策略,以及在石油烃、重金属、抗生素和农药污染修复中的应用。现有进展表明,脂肽研究的核心已由简单提高溶解度,推进到三类可工程化问题:一是通过调节脂肪酸链长、肽环组成和同系物分布控制临界胶束浓度(CMC)、乳化和络合性能;二是通过原位生成和合成菌群设计同步改善传质、定殖和群落分工;三是通过低劣生物质(如厨余、农业废弃物和工业副产物)供给与泡沫分馏、过程放大及生物安全控制耦合,提升场地部署可行性。未来需围绕可编程脂肽库、数据驱动DBTL循环、场景化剂量窗口和开放环境生物封存建立标准化评价体系,推动脂肽由经验性修复增效因子转化为环境合成生物学中的可设计、可预测和可控制模块。
关键词:生物表面活性剂;合成生物学;脂肽;污染物降解;生物修复
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更新时间:2026-07-23
合成生物学和AI驱动的甜味蛋白智能制造
杨申燕, 霍润甜, 邹沁, 孙丽超, 霍毅欣
DOI:10.12211/2096-8280.2026-021
摘要:在全球“减糖”消费需求持续增长的背景下,甜味蛋白作为一类不直接参与血糖代谢的功能性蛋白,因其高甜度、优良感官特性及广阔应用前景而受到广泛关注。然而,其产业化应用仍面临生产成本高、蛋白稳定性不足以及甜味感官特征与蔗糖存在差异等挑战。本文系统梳理了索马甜、巴西甜蛋白、莫内林等八种典型甜味蛋白在结构特征、制备方法及甜味受体识别机制等方面的研究进展,综述了底盘细胞工程、表达元件优化及蛋白质工程改造等合成生物学策略在甜味蛋白生物制造中的应用与最新进展。进一步地,本文重点讨论了人工智能在新型甜味蛋白设计、表达量提升、稳定性优化、口感调控以及复杂食品体系适配等方向的创新应用与发展潜力,并探讨了甜味蛋白的技术经济性与产业化可行性,旨在为甜味蛋白的绿色生物制造、智能化设计及产业化开发提供参考。
关键词:甜味蛋白;蛋白质工程;法夫驹形氏酵母;绿色智造;人工智能
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更新时间:2026-07-23
环境信号驱动的真核微藻代谢调控与绿色应用
杜娅茹, 袁红莉, 杨金水
DOI:10.12211/2096-8280.2026-035
摘要:真核微藻在绿色制造与生态修复中应用潜力巨大。然而,其产物积累受环境信号影响显著及代谢调控精度不足制约了其产业化应用。本文系统梳理了微藻感知光照、营养、盐度等环境信号的机制,阐述了ROS、Ca²⁺及MAPK级联信号传导网络如何驱动微藻脂质、类胡萝卜素和胞外多糖代谢重编程的研究进展。在此基础上,进一步阐述了CRISPR/Cas定点编辑及CRISPRa/i表达调控等遗传工具在代谢工程中的应用和基于环境信号调控的微藻在废水处理中的潜在应用。现有研究表明,结合人工智能辅助模型,在完善遗传工具的同时利用合生生物学技术将环境响应元件整合入代谢工程设计,构建动态可控的代谢调控网络,实现碳流与能量分配的动态调节,并在规模化条件下保证其可行性已成为突破微藻产业化瓶颈的关键路径和微藻生物制造未来的重要发展方向。
关键词:微藻合成生物学;基因编辑;环境响应调控;代谢重编程;高值产物合成
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更新时间:2026-07-08
纳米材料-微生物杂合体在环境领域的原理及应用
刘宇晖, 周思志, 陈曼, 周顺桂
DOI:10.12211/2096-8280.2026-036
摘要:集成纳米材料优异的光电性能与活体细胞高效的生物转化能力,纳米材料-微生物杂合体在环境修复与资源化利用领域展现出巨大潜力。近年来,材料工程和微生物工程的发展,极大地拓展了纳米材料-微生物杂合体在复杂环境场景中的应用。本文以光生电子的生成、界面电子转移及胞内电子利用为主线,系统阐明了杂合体中在环境修复领域的应用原理;梳理了纳米材料-微生物杂合体在无机污染治理、难降解有机物降解及二氧化碳(CO
2
)高值化转化中的应用现状;并探讨了环境相容性纳米光敏材料的优化、环境微生物底盘的改造、多物理场耦合等优化策略。此外,本文针对当前纳米材料-微生物杂合体在环境领域应用的局限性进行了批判性评述,并提出了前瞻性的研究方向。
关键词:纳米材料-微生物杂合体;界面电子传递;污染物降解;CO
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高值化转化
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更新时间:2026-07-01
逆β-氧化途径工程化:从有机废弃物到中链脂肪酸
朱俊羿, 肖婧, 王少杰, 苏海佳
DOI:10.12211/2096-8280.2026-034
摘要:全球有机废弃物产生量正逐年攀升,而传统处理工艺却难以实现废弃物中碳资源的高效回收与转化。逆β-氧化(RBO)途径作为一类循环型碳链延长平台,凭借其碳原子经济性高、能量输入形式单一、酶学组成精简等优势,其工程化改造为有机废弃物的“碳升级”提供了极具前景的合成生物学路径。现有综述多聚焦于工程化RBO途径的代谢工程改造策略,尚缺乏将其与有机废弃物处理相衔接的策略性视角。本文系统综述了工程化RBO途径的研究进展,涵盖途径移植与模块化重构、碳流重定向、还原力平衡调控及产物谱拓展等代谢工程策略,并分析了针对产物毒性的应对方法。在此基础上,本文进一步勾勒出RBO途径“模式底物—废弃物特征组分—真实复杂废弃物”的递进式研究路线图,并提出以合成共培养体系作为理性设计通向应用落地的衔接桥梁,系统分析了其弥合纯培养与混菌发酵之间鸿沟的潜力与挑战。最后,围绕途径通量精准调控、新型酶挖掘、工业化应用菌株构建和开放环境鲁棒性提升等核心瓶颈,展望了未来将工程化RBO途径从实验室推向有机废弃物高值转化工业应用的研究方向。本文旨在融合合成生物学的设计能力与环境工程的场景认知,为推动工程化RBO途径从模式研究走向废弃物真实场景的高效应用提供理论支撑。
关键词:逆β-氧化;链延长;代谢工程;中链脂肪酸;有机废弃物;合成微生物群落;共培养
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更新时间:2026-07-01
从菌株资源库到合成微生物群落:理性设计、工程构建和应用
林慧, 赵晞泽, 蒋荷, 刘双江
DOI:10.12211/2096-8280.2026-029
摘要:自然微生物群落的组成多样性及其互作关系的复杂性、加之受环境与宿主条件动态调控,导致自然形成的微生物群落功能难以实现可预测的定向调控与工程化利用。合成微生物群落(Synthetic Microbial Communities, SynCom)具有明确微生物组成和功能特征,并且按设计规则组装,既可应用于环境污染综合治理、农业增产与医疗健康,也可作为解析生态规律及涌现功能的可控研究体系。随着可培养微生物菌株资源持续增加、菌株资源库不断扩展以及对菌株功能和特性的认识的不断深入,如何利用这些宝贵的微生物菌株资源、在候选菌株集合中定量识别关键互作并完成理性组装,使群落在功能输出与生态稳定性之间达到可预测权衡,已成为合成微生物群落标准化与工程化应用的重要任务和关键挑战。本文提出菌株资源库驱动的互作识别与组装框架:以系统化菌株资源库及标准化元数据为基础,以微生物互作的定量表征为组装规则的核心依据,并融入迭代式设计-构建-测试-学习(DBTL)流程以优化菌群功能—稳定性权衡,支撑个性化应用场景的快速适配。同时,建设菌株、数据与方法的共享基础平台,促进资源互通与定量证据累积,增强跨实验室结果的可比性,并为生物安全评估与规模化转化提供基础支撑。该框架面向污染治理与土壤健康提升等应用需求,推动合成微生物群落从经验试错走向基于定量证据的可预测理性设计。
关键词:合成微生物群落;菌株资源库;互作表征;群落组装;设计-构建-测试-学习;定植
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更新时间:2026-06-26
基于合成生物学的生物传感器:环境检测新进展
姜瑞琴, 田微, 刘鸿雁, 吴家骏, 杨舒, 李久兴, 刘猛, 张子杰
DOI:10.12211/2096-8280.2026-032
摘要:环境污染日趋复杂,传统检测技术存在操作繁琐、检测周期长、灵敏度低且难以实现现场快速检测的局限,常规生物传感器则受限于特异性不足、响应范围窄、稳定性差、抗干扰能力弱等问题,难以满足复杂环境基质中低浓度、多类型污染物的精准检测需求。合成生物学通过对生物元件开展基因回路与逻辑调控设计,组装生物功能器件与模块,实现生物传感器从天然被动响应到工程化、可编程人工构建的转变,定向调控传感器的灵敏度、特异性与响应动态范围,拓展待测污染物靶点种类,为高性能生物传感器的开发提供变革性技术工具。本文系统阐述合成生物传感器“感知—转导—输出”的模块化原理与核心组成,介绍识别元件、信号放大、输出方式及全细胞、无细胞、基因回路三类系统形式。重点综述其在重金属、有机污染物、抗生素、内分泌干扰物、微塑料等环境污染物检测中的应用进展,分析多污染物协同检测与智能传感集成趋势,最后提出该技术当前面临基质干扰、元件标准化不足、生物安全及成本等挑战,并对未来发展方向进行展望。
关键词:合成生物学;生物传感器;污染物;环境检测;全细胞生物传感器;无细胞生物传感器
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更新时间:2026-06-23
基于合成生物学的环境污染物传感研究进展
侯爽, 康照琪, 刘一东, 吕传娟, 许平, 马翠卿, 高超
DOI:10.12211/2096-8280.2026-033
摘要:当前全球环境污染呈现传统污染负荷居高不下与新污染风险持续凸显的复合特征。即时、原位、精准的环境污染物检测是评估生态风险、制定治理策略的关键。传统分析方法受设备昂贵、操作繁琐、分析周期长等限制,难以满足现场监测与大规模环境筛查的需求。基于合成生物学的生物传感器通过基因回路设计、蛋白质工程、功能模块组装等手段,可特异性识别污染物并将其浓度信息转化为可量化的理化信号,兼具高效、便捷与低成本等优势,为环境监测提供了创新手段。本文梳理了合成生物传感器的主要类型与工作原理,着重阐述其在重金属、无机非金属、有机物及病原微生物检测中的研究进展。同时,探讨了此类技术在追踪污染物的降解转化、空间分布、介质迁移、毒理效应等环境动态过程中的应用潜力,总结了其在实际应用中的优势与挑战。最后,本文展望了未来该领域需强化与人工智能、功能材料等多学科交叉,着力突破识别谱系有限、元件稳定性不足等瓶颈,为生态环境风险的精准预警与智能化管控提供关键技术支撑。
关键词:合成生物学;生物传感器;传感机制;环境污染物;环境监测
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更新时间:2026-06-23
高效镉转化嗜热四膜虫的理性设计和构建
胡凯康, 赵曙慧, 张晶, 熊杰, 缪炜, 涂家薇
DOI:10.12211/2096-8280.2026-038
摘要:有毒金属镉(Cd)污染严重威胁生态环境与人体健康。利用微生物将镉从高生物有效性的离子态(Cd
2+
)转化成低生物有效性的硫化物(CdS)是减轻环境中镉污染的重要策略。近年来,环境合成生物学的发展使得基于嗜热四膜虫(Tetrahymena thermophila)等特色底盘生物构建镉污染修复体系成为可能。本研究通过对嗜热四膜虫镉感知、结合与转化三个功能模块的理性设计,构建了高效的镉转化嗜热四膜虫。在感知方面,利用 MTT1基因的镉诱导启动子(pMTT1)作为镉响应传感器,驱动下游功能基因在镉胁迫下的过表达。在结合方面,通过敲降内源性 MTT1解除对胞内 Cd
2+
的结合,释放Cd
2+
作为转化底物。在转化方面,通过同源重组将 MTT1编码区置换为反向转硫途径关键酶基因TtCBS1,增强半胱氨酸合成与内源性H
2
S生成,加速 Cd
2+
向低毒、稳定的 CdS 转化。该设计通过基因改造,同步实现了镉感知响应、结合解除与转化增强。所得工程株EC
50
较MTT1敲降株提升252.6%。在5 mg/L Cd
2+
处理下,24 h Cd
2+
镉去除率和转化率分别高达94.7%和91.6%。本研究构建的高效镉转化嗜热四膜虫为基于微生物的镉污染修复提供了新策略。
关键词:嗜热四膜虫;镉;生物矿化;合成生物学;底盘细胞
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更新时间:2026-06-22
肽-N-糖苷酶介导的胞内糖蛋白编辑技术在酿酒酵母中的构建及应用研究
杨雨晗, 逯浩睿, 田朝光
DOI:10.12211/2096-8280.2026-026
摘要:N-糖基化是真核生物中广泛存在的一类翻译后修饰,在蛋白质折叠、分泌转运、环境响应等过程中发挥重要作用。肽-N-糖苷酶(PNGase,简称糖肽酶)催化糖蛋白完整N-糖链的去除,并伴随该位点天冬酰胺残基到天冬氨酸残基的序列编辑。本研究首先通过构建糖肽酶的表达菌株,结合定量糖蛋白组学分析,比较了酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)Png1 H1结构域缺失突变体(Png1ΔH1)以及伊丽莎白金氏菌(Elizabethkingia miricola)PNGF在酿酒酵母中的去糖基化活性与去糖基化蛋白组,进一步比较研究了不同来源糖肽酶对选定靶标蛋白的去糖基化编辑效果,研究发现,不同糖肽酶存在显著差异。随后,本研究利用Coh-Doc蛋白间相互作用系统构建了针对糖蛋白Cdc50和Ecm38靶向去糖基化编辑器,结果显示,编辑器可显著增强糖肽酶对靶标蛋白的去糖基化编辑效率。总之,本研究探索利用糖肽酶的蛋白质去糖基化功能,以酿酒酵母为模式体系,开发了细胞内目标糖蛋白去糖基化编辑技术,实现了对目标糖蛋白去糖基化编辑,为未来进一步开发可用于生命科学研究和疾病治疗的糖蛋白编辑技术奠定了基础。
关键词:蛋白质编辑;去糖基化;肽-N-糖苷酶;靶向调控
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更新时间:2026-06-11
城市智能代谢及生物制造体系:重塑未来城市生态与绿色经济
曾安平, 马成伟, 关傲聪, 聂晶磊, 李昕, 战春君, 刘建明
DOI:10.12211/2096-8280.2026-040
摘要:“十五五”时期,我国推进现代化产业体系的重要目标之一是实现经济社会的全面绿色转型。生物制造因原料可持续、加工过程绿色、产业潜力巨大,被四中全会再次强调为高技术绿色发展的未来关键产业。目前,生物制造主要应用于医药、化工、能源、材料、农业和食品领域,但其大规模应用受限于原料和能源供给。绿色能源转型同样是“十五五”的重要目标,但存在如何解决“发得出、接得住、用得好”的难题。另一方面,我国城市化发展迅速, 面临环境、就业和空间结构等多重压力。生物制造与绿色能源、城市化融合,可拓展应用边界、优化能源利用,同时缓解城市生态,人口就业压力,为绿色智慧城市和城市工业提供动力,加速生产生活方式的绿色低碳转型。因此,我们提出建设“城市智能代谢及生物制造体系”,打造了其技术示范空间,作为未来城市生活与社会经济绿色低碳发展的新范式。本文将介绍该体系的背景与核心内容,综述其关键技术,并以千万人口城市为例,展示通过构建城市智造代谢空间,每年可形成千亿元规模的就地生产,就地消费的城市生物制造产业。依托生物制造,未来城市将成为兼顾高效空间利用、零碳经济发展、就业提升与宜居舒适的“智能代谢空间”。
关键词:城市智能代谢;生物制造;绿色低碳;循环经济;城市工业
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更新时间:2026-06-02
微生物合成烃类四萜化合物:路径优化与底盘改造策略的研究进展
方越, 贾斌, 肖文海, 王颖, 姚明东
DOI:10.12211/2096-8280.2026-019
摘要:以番茄红素和β-胡萝卜素为代表的烃类四萜化合物,因具有着色、抗氧化、营养供给、免疫调节等作用,被广泛应用于食品、医药及化妆品等行业。目前,烃类四萜化合物获取方法主要有天然提取、化学合成和微生物合成。其中,天然提取受限于原料供应和提取效率,化学合成则存在副产物多、环境不友好等问题。随着合成生物学的快速发展,微生物合成烃类四萜化合物的生产效率得到显著提高,并且具有低碳绿色、环境友好等优点,推动了烃类四萜化合物生物制造的产业化进程。本文总结了微生物合成烃类四萜化合物的相关技术策略和研究成果,主要从路径优化和底盘改造两方面对这些研究进行归纳分析,并展望了未来微生物合成烃类四萜化合物的研究前景,如AI辅助酶定向进化、机器学习整合多组学数据、构建荧光报告系统耦合烃类四萜化合物产量。以期进一步推动其生物合成的效能。
关键词:烃类四萜化合物;底盘改造;路径优化;生物合成;合成生物学
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更新时间:2026-05-26
母乳结构脂的生物合成研究进展:从酶法催化到微生物细胞工厂合成
刘芮存, 陈晓艳, 赵健, 蔡佩言, 吴若男, 毛跃建, 尹升明
DOI:10.12211/2096-8280.2026-010
摘要:母乳中的脂肪是婴幼儿营养的核心,其营养功能不仅取决于脂肪酸组成,更依赖脂肪酸在甘油骨架上的立体特异性分布。实现其立体结构的精准重构,是实现母乳脂肪功能模拟的关键科学前提。酶法催化凭借脂肪酶优异的位置选择性,是目前合成母乳结构脂(human milk fat substitutes,HMFS)的主流技术,但在结构精准性、原料依赖和规模化成本等方面仍面临挑战。合成生物学的发展为HMFS的创制提供了新的路径,通过构建高效微生物细胞工厂,实现以廉价碳源为原料的结构脂肪可编程合成。本文系统性比较了不同技术路线在结构精准性、工艺复杂度与产业化潜力方面的优势与局限,探讨了人工智能等新兴工具的应用潜力,并对未来HMFS生物制造的发展方向做出分析与展望。借助合成生物学及人工智能技术,设计并构建高效细胞工厂,有望将HMFS的生产推入精准、高效、可持续的生物制造新阶段,为婴幼儿营养健康提供更优质的解决方案。
关键词:母乳结构脂;微生物细胞工厂;甘油三酯;合成生物学;生物制造
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更新时间:2026-05-26
鞘糖脂的化学酶促合成研究进展
马源, 陈嘉乐, 郝天辉, 李铁海
DOI:10.12211/2096-8280.2026-023
摘要:糖脂是生物膜表面的关键分子,在细胞识别、信号转导、免疫调控及病理过程中发挥重要作用。然而,天然糖脂的结构异质性高、分离纯化困难,限制了其功能研究与临床应用。化学合成与酶促合成是获取结构明确糖脂的主要途径,但各自存在技术瓶颈。化学酶促组装策略融合化学合成的灵活性与酶反应的立体/区域专一性,成为复杂糖脂精准制备的重要方向。本文首先梳理鞘糖脂的结构特征与生物学功能,对比分析传统化学合成与酶促合成的局限;进而重点阐述化学酶促合成的关键技术,包括模块化组装、一锅多酶(OPME)策略及功能化修饰鞘糖脂的精准合成等研究进展。未来方向可结合人工智能辅助酶工程、自动化合成及合成生物学等前沿技术,有望实现复杂鞘糖脂的高效精准制备,推动其生物医药应用。
关键词:鞘糖脂;化学酶法;模块化组装;精准合成;功能化修饰
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更新时间:2026-05-21
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
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