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重编程微生物底盘用于PHA材料的定制化低成本生物合成
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作者 陈国强 谭丹 《合成生物学》 CSCD 北大核心 2024年第5期1211-1226,共16页
合成生物学为新材料合成提供了无限可能,将为材料学带来变革性影响。环境友好型材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)作为合成生物学与材料学深度融合的产物,是微生物胞内合成一类线性高分子聚酯,被认为可部分替代传统化学塑料。PHA含有至少150种单... 合成生物学为新材料合成提供了无限可能,将为材料学带来变革性影响。环境友好型材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)作为合成生物学与材料学深度融合的产物,是微生物胞内合成一类线性高分子聚酯,被认为可部分替代传统化学塑料。PHA含有至少150种单体,其组成、结构及性能的多样性带来了广泛的应用前景,形成了PHA家族或组学。PHA在学术界和产业界已深入研究了30多年,其中个别PHA材料已实现了商业化生产。利用合成生物学和代谢工程重新编程高性能微生物底盘细胞,并控制不同前体底物比例,可实现具有不同结构和性能的PHA材料的定制化合成。下一代工业生物技术是基于嗜盐微生物的节能节水的连续无灭菌开放式工业发酵工艺,能大幅度降低生产成本,更推动了PHA材料的低成本规模化生产。本文就PHA家族的组成以及工程化微生物底盘利用下一代工业生物技术高效低成本地合成多样化的PHA材料方面的进展做一简要综述,将重点介绍PHA家族的单体组成、材料性能和包含塑料、医用、能源、智能材料等领域的PHA应用价值链,以及重编程的假单胞菌和嗜盐单胞菌在PHA定制化低成本合成中的一些工程化技术和成果、产业化应用情况,并针对如何进一步降低生产成本及提高材料性能进行探讨。本文对基于合成生物学的生物材料定制化合成研究有重要参考价值。 展开更多
关键词 聚羟基脂肪酸酯 聚3-羟基丁酸酯 定制化材料 嗜盐单胞菌 下一代工业生物技术 PHA组学
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基于工程化盐单胞菌的下一代工业生物技术 被引量:5
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作者 陈江楠 陈潇宁 +11 位作者 刘心怡 万薇 章义鑫 张自豪 郑逸飞 郑陶然 王宣 王子瑜 闫煦 张旭 吴赴清 陈国强 《合成生物学》 2020年第5期516-527,共12页
我国是工业生物技术大国,拥有世界上最大的发酵产业,但传统发酵需要灭菌操作,发酵过程高耗能、耗淡水且不能连续,导致生产成本偏高,无法与化学工业竞争。因此,急需开发下一代工业生物技术(NGIB)来克服这些缺点。NGIB利用盐单胞菌等极端... 我国是工业生物技术大国,拥有世界上最大的发酵产业,但传统发酵需要灭菌操作,发酵过程高耗能、耗淡水且不能连续,导致生产成本偏高,无法与化学工业竞争。因此,急需开发下一代工业生物技术(NGIB)来克服这些缺点。NGIB利用盐单胞菌等极端微生物作为底盘细胞,具有发酵不需灭菌、节能节水、设备投资少、产物终浓度高、分离过程简单等优点。本文围绕下一代工业生物技术的发展过程,系统介绍了近年来在技术优势强化,生物元件和工具开发如Porin启动子系统、CRISPRi系统、CRISPR-Cas9系统等,新产物合成如聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸)(PHBV)、聚(3-羟基丁酸-co-4-羟基丁酸)(P3HB4HB)、表面活性剂蛋白等,以及PHA分离过程优化、发酵工艺放大、废水循环利用等方面取得的最新进展。随着合成生物学发展和应用,基于工程化盐单胞菌的下一代工业生物技术体系正在不断完善,优势也愈加明显。下一代工业生物技术将为大幅提升绿色生物制造的竞争力提供强力支撑。 展开更多
关键词 下一代工业生物技术(ngib) 盐单胞菌 生物制造 发酵工业 聚3-羟基丁酸(PHB) 生物塑料 聚羟基脂肪酸酯(PHA)
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嗜盐微生物底盘细胞:应用和前景 被引量:4
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作者 马悦原 陈金春 陈国强 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期1178-1186,共9页
嗜盐微生物是一种耐高盐的微生物,有细菌、古菌、藻类等。其中的中度嗜盐菌耐受30~150g/L的氯化钠,有很高的研究价值和应用前景。嗜盐微生物可以在海水中生长,有的同时嗜碱,尤其不少嗜盐细菌在矿物培养基中生长迅速,具有作为底盘细胞的... 嗜盐微生物是一种耐高盐的微生物,有细菌、古菌、藻类等。其中的中度嗜盐菌耐受30~150g/L的氯化钠,有很高的研究价值和应用前景。嗜盐微生物可以在海水中生长,有的同时嗜碱,尤其不少嗜盐细菌在矿物培养基中生长迅速,具有作为底盘细胞的优势。随着近年来对嗜盐微生物分子操作工具的不断开发,嗜盐细菌的改造工作得到了迅猛发展。工程化的嗜盐微生物已经可以用于合成数种聚羟基脂肪酸酯(PHA),也用于大规模生产多种聚合物、蛋白质、小分子化合物、氨基酸和化妆品原料。合成生物学技术的使用也使嗜盐微生物实现了可控形变,有利于更多的胞内产物的合成和下游的细胞分离。根据嗜盐微生物,特别是嗜盐细菌的特点和研究进展,本文提出了以嗜盐微生物作为底盘细胞的“下一代工业生物技术”,使发酵工业实现开放式的节能、节水、连续、全自动的过程,减少微生物大规模培养的复杂程度和对设备的高要求,同时能联产生产多种产品,大幅度降低工业生物技术的制造成本,提高产品的竞争性。 展开更多
关键词 嗜盐微生物 下一代工业生物技术 聚羟基脂肪酸酯 合成生物学 生物反应器 聚合物
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嗜盐菌合成生物学为基础的新型生物制造:生物制造2.0
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作者 李韶威 何宏韬 +1 位作者 吴琼 陈国强 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第30期4447-4460,共14页
生物制造是利用生物体机能进行物质加工与合成的绿色生产方式.目前,传统的生物制造以模式微生物为主,具有发酵技术成熟,分子改造技术成熟,但易染菌、能耗高、产率低、过程控制复杂等特点,其生产化工产品的竞争力不如化学工业.为突破传... 生物制造是利用生物体机能进行物质加工与合成的绿色生产方式.目前,传统的生物制造以模式微生物为主,具有发酵技术成熟,分子改造技术成熟,但易染菌、能耗高、产率低、过程控制复杂等特点,其生产化工产品的竞争力不如化学工业.为突破传统生物制造的瓶颈,嗜盐菌等极端微生物近10年快速发展成为底盘细胞,成为开放无灭菌以及可以连续发酵的“下一代工业生物技术”(next generation industrial biotechnology,NGIB).嗜盐微生物是在高渗透压环境中具备正常生长能力的极端微生物,近年来,嗜盐菌的分子生物学工具种类不断增加,使得其改造和工程化发展迅速,已经完成了多种聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates,PHA)和小分子化合物的生物合成,包括形态学工程改造带来的下游产物回收的便利.基于嗜盐菌底盘细胞的“下一代工业生物技术”具有基因可编辑性、节能节水、无需灭菌、可连续发酵、设备和操作简单以及一个底盘,多种产物等优点,合成生物学武装的嗜盐菌打开了新型生物制造的一扇新窗口,必将引起生物制造的一场新的变革,我们将其命名为“生物制造2.0”. 展开更多
关键词 嗜盐菌 下一代工业生物技术 合成生物学 聚羟基脂肪酸酯 聚羟基丁酸酯 生物制造2.0
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Engineering bacteria for enhanced polyhydroxyalkanoates(PHA)biosynthesis 被引量:11
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作者 Guo-Qiang Chen Xiao-Ran Jiang 《Synthetic and Systems Biotechnology》 SCIE 2017年第3期192-197,共6页
Polyhydroxyalkanoates(PHA)have been produced by some bacteria as bioplastics for many years.Yet their commercialization is still on the way.A few issues are related to the difficulty of PHA commercialization:namely,hi... Polyhydroxyalkanoates(PHA)have been produced by some bacteria as bioplastics for many years.Yet their commercialization is still on the way.A few issues are related to the difficulty of PHA commercialization:namely,high cost and instabilities on molecular weights(Mw)and structures,thus instability on thermo-mechanical properties.The high cost is the result of complicated bioprocessing associated with sterilization,low conversion of carbon substrates to PHA products,and slow growth of microorganisms as well as difficulty of downstream separation.Future engineering on PHA producing microorganisms should be focused on contamination resistant bacteria especially extremophiles,developments of engineering approaches for the extremophiles,increase on carbon substrates to PHA conversion and controlling Mw of PHA.The concept proof studies could still be conducted on E.coli or Pseudomonas spp.that are easily used for molecular manipulations.In this review,we will use E.coli and halophiles as examples to show how to engineer bacteria for enhanced PHA biosynthesis and for increasing PHA competitiveness. 展开更多
关键词 PHB POLYHYDROXYALKANOATES EXTREMOPHILES HALOPHILES Next generation industrial biotechnology ngib Metabolic engineering Pathway engineering Morphology engineering Contents
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