生物与制药工程学院纪晓俊教授、信丰学副教授先后在Cell出版社子刊《Trends in Biotechnology》发表前瞻性论文-南京工业大学生物与制药工程学院

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生物与制药工程学院纪晓俊教授、信丰学副教授先后在Cell出版社子刊《Trends in Biotechnology》发表前瞻性论文

浏览次数:发布时间:2019-03-12

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近日,我院纪晓俊教授、信丰学副教授先后在Cell出版社旗下子刊《Trends in Biotechnology》(IF=13.578ESI生物学与生物化学学科权威刊物)发表前瞻性论文。

纪晓俊教授发表的《Engineering Microbes to Produce Polyunsaturated Fatty Acids》,综述了通过代谢工程改造微生物生产多不饱和脂肪酸的策略,并提出进一步通过系统与合成生物学工具提升微生物合成多不饱和脂肪酸的方法。论文第一作者和通讯作者为纪晓俊教授,黄和教授为共同通讯作者。

多不饱和脂肪酸是一类含有两个以上双键且碳链长度为18-22个碳原子的直链脂肪酸,分为Omega-3Omega-6两类,它们能够赋予细胞膜系统以柔韧性、流动性和选择通透性,因而对人类的健康具有重要作用。在人体中,多不饱和脂肪酸可以从饮食中获得的必需脂肪酸为底物合成,但转化率极低,尤其是在婴儿中,因此在食物中外源添加多不饱和脂肪酸是必要的。

多不饱和脂肪酸的传统来源是基于植物和动物组织提取获得,这种方法不仅目标产物含量低,而且生产受季节和地理位置的限制。充分利用自然界微生物的代谢潜能可以使其大量积累人们所需的各种多不饱和脂肪酸。实现这一目标的手段包括:1)强化多不饱和脂肪酸合成过程中所需的辅因子供给;2)有效调节目标产物中的多不饱和脂肪酸分布组成;3)创建多不饱和脂肪酸合成所需的抗氧化应激和高溶氧需求的胞内微环境;4)构建目标多不饱和脂肪酸的人工代谢途径。在系统总结代谢工程改造方法的基础上,作者提出未来应进一步通过系统与合成生物学的方法来改造微生物以全面提升其积累多不饱和脂肪酸的能力,包括采用自上而下(高通量组学分析)和自下而上(数学建模方法)的系统生物学工具来确定微生物高产多不饱和脂肪酸的潜在遗传改造靶标;进一步,在建立合成多不饱和脂肪酸微生物的合成生物学工具箱基础上(包括高度可控和可调的表达盒、启动子、终止子等元件),基于系统生物学方法鉴定的遗传靶标,利用合成生物学工具箱对目标基因进行微调或干扰,最终实现利用工程微生物高效低成本生产多不饱和脂肪酸,造福人类健康。

近年来,纪晓俊与黄和教授领导的课题组致力于微生物合成多不饱和脂肪酸的基础及工业化应用研究,先后在AIChE JournalChemical Engineering ScienceBiotechnology and BioengineeringBiotechnology AdvancesCritical Reviews in BiotechnologyBioresource TechnologyBiochemical Engineering JournalTOP期刊发表SCI收录文章60余篇,并获得了国家技术发明二等奖1项,教育部技术发明一等奖和中国轻工业联合会技术发明一等奖各1项。研究工作先后得到了国家自然科学基金(Nos. 21476111,21776131)和国家863项目(Nos. 2014AA0217012014AA021703)的资助。



   文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167779918302658

姜岷教授团队在《Trends in Biotechnology》中发表前瞻性综述文章 “Biobutanol production from crystalline cellulose through consolidated bioprocessing” (2019 Feb; 37(2):167-180) ,信丰学副教授为第一作者。Trends in Biotechnology是《Cell》子刊,主要发表生命科学领域的最新研究发现,创刊以来刊登过许多重大的生命科学研究进展,最新发布的影响因子为13.578,属于中科院分区中的一区Top期刊(排名5/232位)。

姜岷教授团队长期致力于木质纤维素降解和生物能源/有机酸的合成研究,在菌株的基因工程改造、代谢网络调控及辅因子工程改造等方面积累了丰富的理论和实践经验。生物丁醇以燃烧值高、污染小以及可与汽油以任意比例互溶等特点,成为新一代可再生资源研究开发的重点。为了降低生物丁醇合成成本,以廉价的生物质资源为底物的经济型发酵工艺是目前的研究热点。一体化生物加工过程 (Consolidated bioprocessing,CBP) 因为不需要独立的水解酶生产和纯化,即在一个生物反应器中同时完成水解酶的生产、木质纤维素的水解、水解多糖的发酵等多步生物过程,是一种低成本、高效率的生物加工方法,已被公认为是木质纤维素生物质发酵的最终配置。

利用合成生物学技术手段,改造纤维梭菌可实现从木质纤维素直接合成丁醇,然而丁醇的浓度和生产强度仍远低于淀粉质原料为底物。文章从菌株改造、混菌体系构建和纤维小体融合技术等多个角度系统阐述了通过CBP利用木质纤维素合成生物丁醇的现状,并提出构建嗜热菌株的混菌发酵体系和提高木质纤维素的水解速率是提升CBP过程中生物丁醇合成效率的关键。构建嗜热和嗜温的混菌体系,可实现纤维素降解和丁醇合成功能的分区,减少单菌的代谢负荷,提升木质纤维素合成生物丁醇的效率。通过纤维小体融合改造技术解除水解底物抑制和提升木质纤维素水解速率,是提高木质纤维素直接合成生物丁醇效率的另一关键因素。


    文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167779918302476







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