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生物工程学报
生物工程学报

杨胜利

月刊

1000-3061

cjb@im.ac.cn

010-64807509

100101

北京朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所B401

生物工程学报/Journal Chinese Journal of BiotechnologyCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>《生物工程学报》是国内外公开发行的全国性学术期刊, 由中国科学院微生物研究所和中国微生物学会共同主办。主要报道生物工程研究的新发展、新成果、新技术。刊登的内容包括：基因工程、细胞工程、酶工程、生化工程、组织工程、生物信息、生物制药、生物芯片等。栏目设有：综述、研究报告、研究简报、技术与方法等。《生物工程学报》创刊于1985年。20多年来，本刊始终以推动生命技术发展和促进国家经济建设为宗旨，及时报道我国生物工程方面的重要研究成果, 有力地促进了国内在这一领域的学术交流，为科研教学和经济建设发挥了积极的作用。本刊已被美国<CA>,<BA>，<MEDLINE>,及<俄罗斯文摘>、中国生物学文摘、中国科学引文数据库、万方数据库、中国科技期刊光盘版等检索系统收录，是中国自然科学核心期刊。
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    基于多重计算设计策略提高奇异变形杆菌脂肪酶的热稳定性

    张碧飞吕成张萌许菲...
    1537-1553页
    查看更多>>摘要：来自奇异变形杆菌的脂肪酶(Proteus mirabilis lipase,PML)具有较好的有机溶剂耐受性,在生产生物柴油等领域有广泛的应用潜力.然而,其热稳定性仍有待提高以更好地适应工业生产.近年来,基于计算机辅助的多种计算设计策略的发展为酶的热稳定性改造提供了更多的思路.文中首先选择了 3种基于互补算法的软件ABACUS、PROSS以及FoldX为正筛对PML进行计算设计,选择其两两交集,利用PSSM序列保守性分析和GREMLIN共进化分析两种负筛进一步缩小突变文库,得到18个单点突变设计.经实验验证,有7个Tm提高的突变体,其中K208G和G206D的ΔTm最高,分别为3.75℃和3.21℃.选择其中5个酶活高于野生型的突变体利用贪婪累积策略进行组合,最终五点组合突变体M10的Tm提高了 10.63℃,相对酶活为野生型的140％.组合过程中K208G和G206D展现出了 一定的上位性,为M10热稳定性的提高作出了主要贡献.分子动力学模拟表明在突变位点及附近区域有新的作用力产生,G206D/K208G附近作用力的重排可能稳定了对PML稳定性有关键作用的Ca2+结合位点.本研究为天然酶的热稳定性改造提供了高效且兼顾用户友好性的计算设计方案,并为PML的改造及其工业应用的拓展奠定了基础.

    奇异变形杆菌脂肪酶热稳定性蛋白质计算设计分子动力学模拟

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    基于图论的代谢网络中流通代谢物处理新方法

    高雅杰袁倩倩杨雪毛志涛...
    1554-1564页
    查看更多>>摘要：使用图论方法对基因组尺度代谢网络进行途径搜索是目前途径设计中最常用的方法之一.然而,由于流通代谢物(如H+、H2O、CO2和ATP等)的影响,图论搜索得到的途径在生物学上经常是不可行的.虽然前人提出了一些方法对流通代谢物进行处理,但均存在一些问题,目前还没有标准的处理方法.文中基于流通代谢物在反应中作为转移磷酸等功能基团转移载体的特性,提出了一种对流通代谢物成对处理的方法,并将其按照其在功能基团转移中发挥的作用进行优先级排序,以保证每个反应都有对应的代谢物连接,进而通过程序实现自动化处理.与已有其他方法处理结果的比较表明,这种流通代谢物成对排序处理的方法可以排除掉生物学不可行的途径,从而提高途径搜索的准确性,为利用图论方法进行途径设计和可视化提供更好的支撑.

    代谢网络模型图论方法流通代谢物途径分析

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    异戊烯基转移酶N端截短强化异戊烯基柚皮素合成

    郭超杰高松李宏彪吕云斌...
    1565-1575页
    查看更多>>摘要：8-戊烯基柚皮素(8-prenylnaringenin,8-PN)是一种强有效的雌激素,具有很高的药用价值,同样也是多种异戊烯基黄酮的前体.微生物合成8-PN主要面临异戊烯基转移酶(prenyltransferases,PTs)催化活性较低以及前体供给不足等问题,严重阻碍了 8-PN在微生物体内的高效合成.文中以苦参(Sophora flavescens)来源的SfN8DT-1为对象,研究如何实现更高效的柚皮素异戊烯基化反应.结构预测显示,SfN8DT-1主要由9个α-螺旋和8个环的主体,以及一个近120个氨基酸的长侧链组成.将侧链不同位点序列截断的SfN8DT-1在酿酒酵母中表达,发现截短至K62位点时8-PN产量最高,将该蛋白命名为SfND8T-1-t62.SfN8DT-1-t62与柚皮素和二甲基丙烯基二磷酸(dimethylallyl diphosphate,DMAPP)进行分子对接,发现K185是一个潜在的关键位点.对底物0.5 nm范围内的氨基酸进行丙氨酸扫描突变,突变体K185A对底物的亲和力下降,表明K185是一个潜在的关键催化位点.模拟饱和突变表明,突变体K185W对配体的亲和力增强,而K185饱和突变后8-PN产量显著下降,说明K185对SfN8DT-1的功能至关重要.另外,结合甲羟戊酸(mevalonate,MVA)途径关键基因的强化,8-PN产量达到31.31 mg/L,说明DMAPP的供给也是8-PN合成的关键因素.最后,将产量最高的菌株在5 L发酵罐中进行发酵,发酵120h后8-PN产量达到44.92 mg/L,是目前报道的最高水平.

    酿酒酵母8-异戊烯基柚皮素分子对接丙氨酸扫描饱和突变

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    LB克隆系统的构建及在鞘氨醇单胞菌基因融合表达中的应用

    薛含李慧陈萌琦张再美...
    1576-1588页
    查看更多>>摘要：为摆脱限制性酶切位点不足的限制,构建可灵活改变多基因融合方向的表达载体,基于ⅡS型和ⅡT型限制性内切酶LguⅠ和BbvC Ⅰ设计开发了 LB克隆系统.该克隆系统是以广宿主质粒pBBR1MCS-3为初始载体,利用 PCR的方法,在其多克隆位点区插入LB片段(GCTCTTCCTCAGC)构建得到的.LB片段含Lgu Ⅰ和BbvC Ⅰ部分重叠识别位点,经这两种限制性内切酶酶切后可以产生相同非回文序列,利用这一性质可快速、灵活地将多个基因逐步、定向插入表达载体.为验证该克隆系统的有效性,将鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas sp.)WG中两个糖基转移酶基因welB、welK逐步定向融合至LB克隆载体,并将重组质粒转入鞘氨醇单胞菌中表达.结果表明,基因融合表达对鞘氨醇胶产量影响较小,但是,对鞘氨醇胶粘度有重要影响.在发酵84 h时,重组菌株Sphingomonas sp.WG/pBBR1MCS-3-LB-welKB的发酵液粘度较野生株提高约24.7％,粘度提升将有助于该鞘氨醇胶在石油开采、食品等多个领域的应用.综上所述,以鞘氨醇单胞菌为研究对象,验证了 LB克隆系统在多基因融合中的应用,为构建融合酶提供了一种高效的方法.

    鞘氨醇单胞菌鞘氨醇胶LB克隆系统基因融合糖基转移酶

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    用于超声造影的微囊藻气囊提取新方法

    许瑞龙欢汪迎晖黄开耀...
    1589-1601页
    查看更多>>摘要：气囊是一种由蛋白质外壳包裹气体形成的纳米级细胞结构,常见于蓝藻和嗜盐古菌中.气囊中包含的气体在超声波作用下,能够散射声波并产生谐波信号而增强信噪比,具备成为新型超声造影剂的潜质.但目前提取气囊的方法主要是传统的高渗裂解法,该操作过程烦琐、得率低,不适用于气囊的大规模提取.针对这些技术瓶颈,文中建立了一种快速、高效的微囊藻气囊分离方法,称为H2O2法.较传统的高渗裂解法该方法可将气囊的得率提升3倍以上,提取气囊的时间从24 h缩短为7 h.H2O2法不仅适用于实验室培养的微囊藻中气囊的提取,同时适用于提取含有胶鞘壁的野外群体微囊藻的气囊.用H2O2法提取的气囊表现出良好的超声造影特性.总之,该技术以其高效性和广谱性展现出较好的工业生产潜力,为开发气囊作为生物合成的超声造影剂提供了技术支持.

    气囊超声造影剂高渗裂解法H2O2法

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    铁蛋白介导的地衣多糖酶胞内自发聚集及其高效制备

    葛慧华葛钟琪毛磊张光亚...
    1602-1611页
    查看更多>>摘要：酶分离纯化、固定化及催化性能提升一直是生物催化领域的研究热点和前沿,也是众多研究者致力解决的难点.研究和开发新型的纯化、固定化及提升催化性能的方法,降低纯化及储存等设备的要求及生产成本,对酶大规模应用具有重要意义.文中将铁蛋白(ferritin)与目标酶(地衣多糖酶)基因融合,经高效表达后,在细胞内 自发形成无载体固定化酶,且可经低速离心分离纯化,纯度可达90％以上,酶活回收率为61.1％,在30℃储存608 h后,依然能够保持活力,且比初始时活力略有增加.在重复使用10次以后,仍保持初始酶活力的50.0％.该微米级固定化酶可自发复溶,形成直径约为12nm的可溶寡聚地衣多糖酶,其比活力是游离地衣多糖酶的12.48倍,催化效率则是后者的7.11倍,在50℃时,酶活性降低为初始值一半所需时间也延长了 11.09倍.这表明铁蛋白有望成为一种全新的分离纯化目标酶并大幅提升其催化性能的标签.

    铁蛋白无载体自固定化酶寡聚化生物分离酶活性聚集体生物催化

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    "新工科"背景下"生物分离工程"课程创新改革

    倪贺范瑞芳尹亮王宇涛...
    1612-1618页
    查看更多>>摘要："生物分离工程"是生物工程专业本科生的一门重要的专业必修课,是生物工程专业建立"新工科"课程体系的重要组成部分.本教学团队坚持"以学生发展为中心,以创新思维为核心"的教育理念,以"学习成果"为导向的创新理念,针对课程长期存在的"理论教学与实验课脱节,学生不能及时地将理论知识内化为实践能力"、"课程内容陈旧,与行业需求脱节"、"授课和考核方式相对单一,学生的专业能力和素质未能有效培养"等痛点问题开展教学改革,重构课程内容.打通理论课和实验课的界限,开展"线上+线下"混合教学,通过科研反哺教学,使课程内容紧跟行业发展前沿,充分利用现代信息技术手段开展更丰富的课堂教学活动,并对学生进行全程化、动态化和多样化的考核,全面提升学生的能力.

    新工科生物分离工程课程创新改革课程重构

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    合成生物学与国际遗传工程机器大赛对培养大学生双创思维与能力的影响

    简甜甜李遂焰廖海周嘉裕...
    1619-1630页
    查看更多>>摘要：合成生物学是21世纪前沿交叉学科,是现代生物学最具发展空间的领域之一.随着合成生物学的迅速发展,国际基因工程机器大赛(International Genetically Engineered Machine,iGEM)应运而生.iGEM竞赛项目基于合成生物学学科基础,应用现代生物学技术手段,立足解决社区和身边的实际生物相关问题.近年来,随着参赛团队的不断增加,iGEM竞赛得到了广泛的关注与发展.本文基于合成生物学发展概况,通过对iGEM竞赛2018-2020年获奖项目情况进行分析,并结合西南交通大学iGEM团队的参赛经历,剖析iGEM竞赛在培养大学生双创思维和能力中的重要意义和实现途径.

    合成生物学iGEM竞赛学科交叉创新创业

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    基于通识教育理念的合成生物学课程设计与实践

    杨帆杨劲树
    1631-1639页
    查看更多>>摘要：合成生物学作为生物学中新的分支学科,发展迅速,理论研究和应用潜力巨大,在带来了很多新的研究理念和研究方法的同时,给高校教学也带来了新的挑战.目前就合成生物学课程而言,国内可供参考的教学经验不多.文中以浙江大学"博雅技艺"类通识课程—"合成生物学"为例,从课程背景、课程设计、课程实施情况、课程成果与存在问题等方面,全方位地阐述和讨论了基于通识教育理念的合成生物学课程的构建和实施.希望在为课程自身进一步地优化做好分析总结的同时,抛砖引玉,为国内其他高校的类似课程提供有益的借鉴和参考.

    通识课程合成生物学国际基因工程大赛

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    一流课程视角下分子生物学实验课程内容体系和教学模式的设计与实践

    汤海峰崔银秋姜大志林凤...
    1640-1648页
    查看更多>>摘要：课程的教学质量关乎大学的育人能力.创新性、高阶性和挑战度是新时期大学课程改革的总体目标.通过重构大学课程的知识体系、革新课程的教学方法来提升课程的"两性一度"对于提高大学课程的教学质量至关重要.文中设计了分子生物学实验课程的三维教学目标以及支持这一目标的知识体系.然后分析了线上线下混合式教学与实验教学的契合点,并设计了在分子生物学实验课程中开展混合式教学的途径.改革后的课程内容体系与教学模式提高了课程的两性一度,在教学实践中取得了良好的教学效果.研究结论可作为高校相关实验课程改革的方法借鉴.

    分子生物学实验课混合式教学教学模式教学改革

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