期刊,合成生物学 2023年卷6期_国家学术搜索

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合成生物学

合成生物学/Journal Synthetic Biology JournalCSCDCSTPCD北大核心

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生物光伏:环境友好的新型太阳能利用技术

朱华伟李寅

1259-1280页

查看更多>>摘要：生物光伏利用可自我更新的光合细胞作为光电转化材料,是一种环境友好的新型太阳能利用技术.生物光伏包括光合细胞中的光化学反应、细胞与电极间的跨膜电子传递、生物电化学系统中的电流产生三个核心过程.光合细胞的天然跨膜电子传递效率较低,成为了生物光伏电能输出的主要限制因素.针对这一问题,近年来研究人员发展了一些新的跨膜电子传递策略,包括基于外源电子载体的间接电子传递、基于导电纳米材料的杂合电子传递以及基于合成微生物组的定向电子传递.本文简要回顾了生物光伏的发展历史,综述了不同电子传递策略的基本原理、优势和不足,总结了提高生物光伏电能输出的研究进展.最后,探讨了生物光伏在高功率电子器件领域的应用前景,及如何利用合成生物技术增强跨膜电子传递效率,以期加速生物光伏的发展.

关键词：

生物光伏光合电子传递跨膜电子传递合成微生物组

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电活性微生物基因编辑与转录调控技术进展与应用

陈雅如曹英秀宋浩

1281-1299页

查看更多>>摘要：电活性微生物通过胞外电子传递通路与胞外电子受体/供体进行双向电子交换,产生或吞噬电流.电活性微生物已广泛应用于微生物电化学技术领域,涵盖了元素的生物地球化学循环、环境污染的生物处理与电能生产、生物传感、微生物冶金以及化学品的微生物电合成等多个领域,成为全球环境保护和低碳经济的研究热点.然而,这些微生物在实际应用中仍面临较大局限,如微生物燃料电池的输出功率密度存在一定的上限、微生物电合成技术中的CO2还原速率尚未达到理想水平等.为了克服这些限制性因素,需要通过高效的基因编辑和转录调控策略来改变电活性微生物的遗传特性,提高其双向电子传递效率.本文首先总结了模式电活性微生物(希瓦氏菌和地杆菌)和其他代表性电活性微生物的基因编辑方法和利用CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeat)技术实现转录调控的策略.在基因编辑方面,涵盖了(CRISPR辅助的)同源重组、碱基编辑等方法;而在转录调控方面,包括了CRISPR介导的抑制和激活.此外,对于多基因编辑和调控的策略也进行了深入探讨.其次,综述了这些技术在环境、能源领域中的应用,包括微生物燃料电池、污染物生物处理和修复等.最后,讨论了目前电活性微生物工程改造所面临的挑战和未来的发展方向.

关键词：

电活性微生物基因编辑转录调控CRISPR胞外电子传递

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希瓦氏菌Shewanella sp.MR-4在不同末端电子受体条件下的代谢通量分析

郑庆祥

1300-1320页

查看更多>>摘要：本研究解析了Shewanella sp.MR-4在厌氧条件下以Fe3+、延胡索酸、硝酸和二甲基亚砜(DMSO)为末端电子受体时代谢通量分布,发现在各种不同末端电子受体条件下细胞内代谢通量分布发生显著改变.与延胡索酸相比,在Fe3+和硝酸为电子受体条件下,乙酸生成速率明显降低,而三羧酸循环代谢通量增加.同时,三羧酸循环回补反应存在显著差异:在延胡索酸为电子受体条件下,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶反应是唯一回补反应,而在Fe3+和硝酸条件下苹果酸酶催化成为唯一回补反应.本研究在代谢通量分析基础上定量解析了还原力NADH合成和消耗,分析了电子流向变化,发现在不同末端电子受体条件下,NADH产生途径和反应发生明显变化.研究结果为希瓦氏菌代谢工程改造提供了一定理论依据.

关键词：

希瓦氏菌代谢通量分析末端电子受体三羧酸循环NADH

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