科微学术
生物工程学报
ISSN 1000-3061
CN 11-1998/Q
主管单位： 中国科学院 创刊时间：1985年
主办单位： 中国科学院微生物研究所 出版刊期：月刊
中国微生物学会 邮发代号：82-13
主 编： 邓子新 院士 出版日期：每月25日
执行主编： 李寅
收录类型：北大中文核心期刊、中国科技核心期刊、CSCD核心期刊、中国知网、Medline/PubMed、Scopus、AJ、JST、CSA(NS)、IC、EMBASE
主要栏目：综述、动物及兽医生物技术、环境生物技术、工业生物技术、合成生物技术、农业生物技术、医药生物技术、组织工程与细胞培养、生物技术与方法、生物育种与工艺优化、高校生物学教学
- 2025年第41卷第3期
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2025,41(3):Ⅰ-VIII, DOI: 10.13345/j.cjb.250197
, CSTR: 32114.14.j.cjb.250197
摘要：
生物制造是可持续发展重大战略方向，我国高度重视生物制造产业的发展，国家和地方相继出台生物制造专项政策，大力发展生物制造已成不可阻挡之势。当前，随着系统生物学、合成生物学的不断发展，生物大数据、信息技术正快速与生物技术融合，为生物体系设计、创制及应用提供新理论、新方法、新技术，推动生物制造发展进入人工智能驱动时代。为了把握AI驱动生物制造创新发展脉络，本刊特组织出版专刊，邀请国内多家单位的专家学者，分别从AI驱动底层技术、生物元器件智能设计合成、人工细胞智能设计再造和智能生物过程控制优化4个方面阐述AI驱动生物制造的机遇和挑战、发展现状，展望未来的发展趋势，为更好推动生物制造领域的技术创新和产业发展提供参考。
生物制造是可持续发展重大战略方向，我国高度重视生物制造产业的发展，国家和地方相继出台生物制造专项政策，大力发展生物制造已成不可阻挡之势。当前，随着系统生物学、合成生物学的不断发展，生物大数据、信息技术正快速与生物技术融合，为生物体系设计、创制及应用提供新理论、新方法、新技术，推动生物制造发展进入人工智能驱动时代。为了把握AI驱动生物制造创新发展脉络，本刊特组织出版专刊，邀请国内多家单位的专家学者，分别从AI驱动底层技术、生物元器件智能设计合成、人工细胞智能设计再造和智能生物过程控制优化4个方面阐述AI驱动生物制造的机遇和挑战、发展现状，展望未来的发展趋势，为更好推动生物制造领域的技术创新和产业发展提供参考。
2025,41(3):901-916, DOI: 10.13345/j.cjb.240653
, CSTR: 32114.14.j.cjb.240653
摘要：
生物制造技术是一种融合生物学、化学和工程学的前沿制造方法，利用可再生生物质和生物体作为生产介质，通过发酵过程规模化生产目标产品。与传统石化路线相比，生物制造在减少CO2排放、降低能耗和成本方面具有显著优势。随着系统生物学、合成生物学的发展和生物大数据的积累，人工智能、大模型和高性能计算等信息技术与生物技术的融合，生物制造正逐步进入数据驱动时代。本文综述了面向生物制造的数据库、知识库与大语言模型的最新研究进展，探讨了该领域的发展方向、难点以及新兴技术方法，为相关领域的科研工作提供了参考和启示。
生物制造技术是一种融合生物学、化学和工程学的前沿制造方法，利用可再生生物质和生物体作为生产介质，通过发酵过程规模化生产目标产品。与传统石化路线相比，生物制造在减少CO2排放、降低能耗和成本方面具有显著优势。随着系统生物学、合成生物学的发展和生物大数据的积累，人工智能、大模型和高性能计算等信息技术与生物技术的融合，生物制造正逐步进入数据驱动时代。本文综述了面向生物制造的数据库、知识库与大语言模型的最新研究进展，探讨了该领域的发展方向、难点以及新兴技术方法，为相关领域的科研工作提供了参考和启示。
2025,41(3):917-933, DOI: 10.13345/j.cjb.240604
, CSTR: 32114.14.j.cjb.240604
摘要：
计算模拟驱动的生物元件、代谢网络乃至细胞系统的机理解析、定向改造和按需设计，可为解决不同层次的生物学问题提供新的技术方案，已成为生物制造的核心研究内容。在蛋白元件的计算模拟方面，基于物理原理的传统方法利用计算机软件和数学模型来模拟生物体系中蛋白行使功能的物理和化学过程，是理解复杂生物体系和指导实验设计的有力工具。随着生物系统模拟尺度的不断扩大，传统计算模拟技术面临计算精度和计算速度难以平衡的困境。近年来，生物数据量呈现爆炸式增长，使得构建高性能人工智能(artificial intelligence, AI)模型成为可能，为蛋白计算模拟带来了新思路和新契机，AI和物理原理融合驱动的蛋白计算模拟技术应运而生。本文对基于物理原理的传统蛋白计算模拟方法及其应用进行了详细介绍，并对融合AI和物理原理的最新计算模拟技术进行了梳理和讨论，进而提出在AI模型中结合严谨的化学知识和既定的物理原理，可有效提升数据处理和模式识别能力，从而提高计算效率和预测的准确性，使其具有更强的解释能力、通用性和稳健性。目前，AI与物理原理融合驱动的计算模拟技术已在生物催化领域展现出巨大的潜力和价值。本文聚焦于主流和先进的蛋白计算模拟技术，通过对这些技术的系统性回顾和前瞻性分析，梳理了蛋白质计算模拟技术的发展脉络，以推动其在酶催化机制解析、蛋白从头设计与理性改造等领域的应用，助力生物制造的发展。
计算模拟驱动的生物元件、代谢网络乃至细胞系统的机理解析、定向改造和按需设计，可为解决不同层次的生物学问题提供新的技术方案，已成为生物制造的核心研究内容。在蛋白元件的计算模拟方面，基于物理原理的传统方法利用计算机软件和数学模型来模拟生物体系中蛋白行使功能的物理和化学过程，是理解复杂生物体系和指导实验设计的有力工具。随着生物系统模拟尺度的不断扩大，传统计算模拟技术面临计算精度和计算速度难以平衡的困境。近年来，生物数据量呈现爆炸式增长，使得构建高性能人工智能(artificial intelligence, AI)模型成为可能，为蛋白计算模拟带来了新思路和新契机，AI和物理原理融合驱动的蛋白计算模拟技术应运而生。本文对基于物理原理的传统蛋白计算模拟方法及其应用进行了详细介绍，并对融合AI和物理原理的最新计算模拟技术进行了梳理和讨论，进而提出在AI模型中结合严谨的化学知识和既定的物理原理，可有效提升数据处理和模式识别能力，从而提高计算效率和预测的准确性，使其具有更强的解释能力、通用性和稳健性。目前，AI与物理原理融合驱动的计算模拟技术已在生物催化领域展现出巨大的潜力和价值。本文聚焦于主流和先进的蛋白计算模拟技术，通过对这些技术的系统性回顾和前瞻性分析，梳理了蛋白质计算模拟技术的发展脉络，以推动其在酶催化机制解析、蛋白从头设计与理性改造等领域的应用，助力生物制造的发展。
2025,41(3):934-948, DOI: 10.13345/j.cjb.240683
, CSTR: 32114.14.j.cjb.240683
摘要：
蛋白质突变效应预测是生物信息学和蛋白质工程领域的一个关键挑战。近年来，深度学习，特别是蛋白质语言模型的发展为该领域带来了新的机遇。本文综述了蛋白质语言模型在蛋白质突变效应预测中的应用，重点讨论了3类主要模型：基于序列的模型、基于结构的模型以及结合序列和结构信息的模型，详细分析了这些模型的原理、优势和局限性，并探讨了无监督学习和监督学习在模型训练中的应用。此外，还讨论了当前面临的主要挑战，包括高质量数据集的获取、数据噪声的处理等。最后，展望了未来研究方向，包括多模态融合、少样本学习等新兴技术的应用前景。本综述为研究者提供了一个全面的视角，以推动蛋白质突变效应预测领域的进一步发展。
蛋白质突变效应预测是生物信息学和蛋白质工程领域的一个关键挑战。近年来，深度学习，特别是蛋白质语言模型的发展为该领域带来了新的机遇。本文综述了蛋白质语言模型在蛋白质突变效应预测中的应用，重点讨论了3类主要模型：基于序列的模型、基于结构的模型以及结合序列和结构信息的模型，详细分析了这些模型的原理、优势和局限性，并探讨了无监督学习和监督学习在模型训练中的应用。此外，还讨论了当前面临的主要挑战，包括高质量数据集的获取、数据噪声的处理等。最后，展望了未来研究方向，包括多模态融合、少样本学习等新兴技术的应用前景。本综述为研究者提供了一个全面的视角，以推动蛋白质突变效应预测领域的进一步发展。
2025,41(3):949-967, DOI: 10.13345/j.cjb.240865
, CSTR: 32114.14.j.cjb.240865
摘要：
随着合成生物学的兴起，CRISPR-Cas系统作为基因编辑的核心工具在医药、农业和工业生物技术等领域展现了巨大潜力。本文综述了人工智能(artificial intelligence, AI)技术在CRISPR-Cas系统设计、挖掘与改造中的应用进展。AI技术，特别是机器学习，通过分析高通量测序数据，优化sgRNA设计、提升编辑效率、预测脱靶效应。本文讨论了AI在单链引导RNA (single guide RNA, sgRNA)设计与评估中的应用，并对基于机器学习的CRISPR阵列、Cas蛋白的注释与挖掘，以及AI在CRISPR相关的基因编辑关键蛋白改造中的潜力也进行了重点探讨。这些研究不仅提高了基因编辑的效率和精确性，还为基因组工程开辟了新的可能性，也为实现智能化和精准化的基因组编辑奠定了基础。
随着合成生物学的兴起，CRISPR-Cas系统作为基因编辑的核心工具在医药、农业和工业生物技术等领域展现了巨大潜力。本文综述了人工智能(artificial intelligence, AI)技术在CRISPR-Cas系统设计、挖掘与改造中的应用进展。AI技术，特别是机器学习，通过分析高通量测序数据，优化sgRNA设计、提升编辑效率、预测脱靶效应。本文讨论了AI在单链引导RNA (single guide RNA, sgRNA)设计与评估中的应用，并对基于机器学习的CRISPR阵列、Cas蛋白的注释与挖掘，以及AI在CRISPR相关的基因编辑关键蛋白改造中的潜力也进行了重点探讨。这些研究不仅提高了基因编辑的效率和精确性，还为基因组工程开辟了新的可能性，也为实现智能化和精准化的基因组编辑奠定了基础。
2025,41(3):968-992, DOI: 10.13345/j.cjb.240599
, CSTR: 32114.14.j.cjb.240599
摘要：
核酸元件是重要的功能性核酸序列，在生物制造中通过基因表达调控、代谢途径优化和基因编辑等方面来影响目标产物的合成，因此核酸元件的设计和优化对细胞工厂的构建有重要作用。通过人工智能技术可以准确有效地预测功能性核酸元件，设计和优化功能稳定的元件序列，同时解析其作用机制，为生物制造提供强大的技术支持。近年来，人工智能技术在生物制造中通过设计启动子、核糖体结合位点和终止子等核酸元件及其组合，可以大幅度减少实验工作量，加快生物制造进程。但是由于生物系统的复杂性和高质量训练数据不足等问题，导致核酸元件的智能设计在生物制造中的应用较为单一。本文综述了应用于生物制造的各种DNA和RNA核酸元件，基于人工智能算法构建的核酸元件预测和设计工具及人工智能技术在生物制造中的应用案例。未来通过整合人工智能技术、合成生物学和高通量技术等，有望开发更高效准确的核酸元件设计方法，加速其在生物制造中的应用。
核酸元件是重要的功能性核酸序列，在生物制造中通过基因表达调控、代谢途径优化和基因编辑等方面来影响目标产物的合成，因此核酸元件的设计和优化对细胞工厂的构建有重要作用。通过人工智能技术可以准确有效地预测功能性核酸元件，设计和优化功能稳定的元件序列，同时解析其作用机制，为生物制造提供强大的技术支持。近年来，人工智能技术在生物制造中通过设计启动子、核糖体结合位点和终止子等核酸元件及其组合，可以大幅度减少实验工作量，加快生物制造进程。但是由于生物系统的复杂性和高质量训练数据不足等问题，导致核酸元件的智能设计在生物制造中的应用较为单一。本文综述了应用于生物制造的各种DNA和RNA核酸元件，基于人工智能算法构建的核酸元件预测和设计工具及人工智能技术在生物制造中的应用案例。未来通过整合人工智能技术、合成生物学和高通量技术等，有望开发更高效准确的核酸元件设计方法，加速其在生物制造中的应用。
2025,41(3):993-1010, DOI: 10.13345/j.cjb.240629
, CSTR: 32114.14.j.cjb.240629
摘要：
天然元件服务于细胞长期进化获得的生存本能，难以满足工程细胞在工业等特殊环境下高效执行生物功能的需求。酶作为生物催化剂，在生物合成途径中发挥着关键作用，它们能够显著提高生化反应的速率和选择性。然而，天然酶的催化效率、稳定性、底物特异性和耐受性等方面往往不能满足工业生产的需求。因此，挖掘、设计和改造酶以适应特定的生物制造过程至关重要。近年来，人工智能(artificial intelligence, AI)技术在蛋白的挖掘、评估、改造和从头设计中发挥着越来越重要的作用。AI技术可以通过机器学习和深度学习算法，分析大量的生物信息学数据，预测蛋白的功能和特性，从而加速蛋白的发现和优化过程。此外，AI还可以辅助科研人员从头设计新的蛋白结构，通过模拟和预测其在不同条件下的性能，为蛋白的设计提供指导。本文综述了面向生物制造的蛋白元件挖掘、评估、改造以及从头设计的最新研究进展，探讨了该领域的热点问题、难点以及新兴技术方法，旨在为相关领域的科研工作提供指导。
天然元件服务于细胞长期进化获得的生存本能，难以满足工程细胞在工业等特殊环境下高效执行生物功能的需求。酶作为生物催化剂，在生物合成途径中发挥着关键作用，它们能够显著提高生化反应的速率和选择性。然而，天然酶的催化效率、稳定性、底物特异性和耐受性等方面往往不能满足工业生产的需求。因此，挖掘、设计和改造酶以适应特定的生物制造过程至关重要。近年来，人工智能(artificial intelligence, AI)技术在蛋白的挖掘、评估、改造和从头设计中发挥着越来越重要的作用。AI技术可以通过机器学习和深度学习算法，分析大量的生物信息学数据，预测蛋白的功能和特性，从而加速蛋白的发现和优化过程。此外，AI还可以辅助科研人员从头设计新的蛋白结构，通过模拟和预测其在不同条件下的性能，为蛋白的设计提供指导。本文综述了面向生物制造的蛋白元件挖掘、评估、改造以及从头设计的最新研究进展，探讨了该领域的热点问题、难点以及新兴技术方法，旨在为相关领域的科研工作提供指导。
2025,41(3):1011-1022, DOI: 10.13345/j.cjb.240603
, CSTR: 32114.14.j.cjb.240603
摘要：
基于转录调控蛋白的生物传感器已在代谢工程、合成生物学、代谢物监测等领域发挥重要作用。该工具具有高度模块化、正交性、易于构建及操作等优良特性，但在实际应用中，天然调控蛋白对目标化合物的响应仍然存在响应程度较低、特异性不符合需求等缺陷。本文综述了近年来在计算机模拟和人工智能技术辅助下，采用蛋白质工程手段，智能设计、改造转录调控蛋白以提升其工作性能所取得的研究进展。主要包括利用蛋白质结构预测、配体结合模拟等优化改造策略快速获取目标突变体，或借助对突变体数据分析并经机器学习等构建数学模型，预测转录调控蛋白突变响应效果等。相较于传统方式，计算机模拟和人工智能辅助技术可实现对生物元件更精准快捷地设计构建，将推动新型生物传感器的创制研发，更好地满足实际应用的需求。
基于转录调控蛋白的生物传感器已在代谢工程、合成生物学、代谢物监测等领域发挥重要作用。该工具具有高度模块化、正交性、易于构建及操作等优良特性，但在实际应用中，天然调控蛋白对目标化合物的响应仍然存在响应程度较低、特异性不符合需求等缺陷。本文综述了近年来在计算机模拟和人工智能技术辅助下，采用蛋白质工程手段，智能设计、改造转录调控蛋白以提升其工作性能所取得的研究进展。主要包括利用蛋白质结构预测、配体结合模拟等优化改造策略快速获取目标突变体，或借助对突变体数据分析并经机器学习等构建数学模型，预测转录调控蛋白突变响应效果等。相较于传统方式，计算机模拟和人工智能辅助技术可实现对生物元件更精准快捷地设计构建，将推动新型生物传感器的创制研发，更好地满足实际应用的需求。
2025,41(3):1023-1051, DOI: 10.13345/j.cjb.240605
, CSTR: 32114.14.j.cjb.240605
摘要：
合成生物学是生物学、工程学和计算机科学等多学科交叉融合的新兴前沿领域，旨在通过“自下而上”的工程化设计理念，逐级构建元件、器件和线路，以创造自然界中不存在的人工生物系统，或对已有的生物系统进行目标性改造。随着合成生物产业的飞速发展，对基因线路规模和复杂度的需求也在不断提升。然而，传统依赖经验和试错的方法在元件与线路构建中具有较低的效率和成功率，已无法满足合成生物科技创新转化的需求。这促使元件与线路的开发范式逐渐从人力型、经验型的试错模式向标准化、智能化的工程模式转变。机器学习能够揭示生物数据中隐含的结构和关联，为合成生物元件和线路的智能设计提供强大支持。本文综述了生物元件与线路设计中常用的机器学习算法，以及它们在合成启动子、RNA调控元件、转录因子等生物元件和简单基因线路智能设计中的典型应用，探讨了当前面临的主要挑战及潜在的解决方案。最后，本文展望了机器学习与合成生物系统设计未来的融合趋势，并强调了跨学科合作的重要性。
合成生物学是生物学、工程学和计算机科学等多学科交叉融合的新兴前沿领域，旨在通过“自下而上”的工程化设计理念，逐级构建元件、器件和线路，以创造自然界中不存在的人工生物系统，或对已有的生物系统进行目标性改造。随着合成生物产业的飞速发展，对基因线路规模和复杂度的需求也在不断提升。然而，传统依赖经验和试错的方法在元件与线路构建中具有较低的效率和成功率，已无法满足合成生物科技创新转化的需求。这促使元件与线路的开发范式逐渐从人力型、经验型的试错模式向标准化、智能化的工程模式转变。机器学习能够揭示生物数据中隐含的结构和关联，为合成生物元件和线路的智能设计提供强大支持。本文综述了生物元件与线路设计中常用的机器学习算法，以及它们在合成启动子、RNA调控元件、转录因子等生物元件和简单基因线路智能设计中的典型应用，探讨了当前面临的主要挑战及潜在的解决方案。最后，本文展望了机器学习与合成生物系统设计未来的融合趋势，并强调了跨学科合作的重要性。
2025,41(3):1052-1078, DOI: 10.13345/j.cjb.250061
, CSTR: 32114.14.j.cjb.250061
摘要：
生物制造是使用工程细胞实现化学品、医药、能源、材料产品的规模化生产，也是应对全球环境危机，实现“双碳”目标，推动经济社会绿色转型的一种新兴生产力。高效设计并构建工程细胞需要精准、全面的数字细胞模型。测序仪、质谱、光谱、微流控等前沿装备的迭代升级，数据科学、人工智能、自动化等高新技术集群的突破性进展，使得细胞组分动态变化的精确测量、海量生物数据的快速获取、细胞过程数理模型的精准构建成为可能。本文系统归纳了系统生物学中细胞建模的数理框架：首先从网络拓扑、随机过程、动力学方程等维度剖析了常见数学模型架构及其使用范围，继而分类评述了生长分裂、形态发生、DNA复制、转录调控、生化代谢、信号转导、群体感应等单一细胞过程的建模策略，重点探讨了整合多个细胞过程构建全细胞模型的研究进展，最后讨论了数据不足、机制解析不充分、多维数据整合困难、计算复杂度指数增长等限制细胞生命过程数学刻画的若干关键挑战。本文汇总了系统生物学中细胞生命过程精确模拟的数理基础，增进了对细胞运作分子机制的理解，对未来工程生物的设计与构建具有重要意义。
生物制造是使用工程细胞实现化学品、医药、能源、材料产品的规模化生产，也是应对全球环境危机，实现“双碳”目标，推动经济社会绿色转型的一种新兴生产力。高效设计并构建工程细胞需要精准、全面的数字细胞模型。测序仪、质谱、光谱、微流控等前沿装备的迭代升级，数据科学、人工智能、自动化等高新技术集群的突破性进展，使得细胞组分动态变化的精确测量、海量生物数据的快速获取、细胞过程数理模型的精准构建成为可能。本文系统归纳了系统生物学中细胞建模的数理框架：首先从网络拓扑、随机过程、动力学方程等维度剖析了常见数学模型架构及其使用范围，继而分类评述了生长分裂、形态发生、DNA复制、转录调控、生化代谢、信号转导、群体感应等单一细胞过程的建模策略，重点探讨了整合多个细胞过程构建全细胞模型的研究进展，最后讨论了数据不足、机制解析不充分、多维数据整合困难、计算复杂度指数增长等限制细胞生命过程数学刻画的若干关键挑战。本文汇总了系统生物学中细胞生命过程精确模拟的数理基础，增进了对细胞运作分子机制的理解，对未来工程生物的设计与构建具有重要意义。
2025,41(3):1079-1097, DOI: 10.13345/j.cjb.240935
, CSTR: 32114.14.j.cjb.240935
摘要：
蛋白质是生命活动的基础，研究蛋白表达机制对于揭示细胞组织规律与促进生物技术发展至关重要。蛋白质表达是一个涵盖转录、翻译、折叠、转运与翻译后修饰等精密调控的复杂过程，结合蛋白表达数据构建其模型对理解蛋白表达的各种细胞因素和调控机制具有重要意义。本文重点评述了近年来蛋白表达过程机理模型构建和通过人工智能方法分析各种因素对蛋白表达的影响。化学反应网络模型可从转录翻译的底层过程对蛋白表达进行数学建模，可分析各种胞内成分如聚合酶、tRNA等对蛋白表达的影响，但模型参数数量巨大，难以直接实验确定，参数拟合是一个需要解决的难题。与之相对，数据驱动的人工智能模型主要研究目标蛋白的氨基酸序列和相应基因及调控区核苷酸序列对蛋白表达的影响，进而指导通过序列设计提高蛋白表达量。将机理模型和人工智能模型相结合，综合考虑胞内因素和表达序列特征的影响，有望进一步加深对蛋白表达系统的理解，为高价值目标蛋白的高效表达和细胞中不同蛋白的协调表达调控提供理论和技术支持。
蛋白质是生命活动的基础，研究蛋白表达机制对于揭示细胞组织规律与促进生物技术发展至关重要。蛋白质表达是一个涵盖转录、翻译、折叠、转运与翻译后修饰等精密调控的复杂过程，结合蛋白表达数据构建其模型对理解蛋白表达的各种细胞因素和调控机制具有重要意义。本文重点评述了近年来蛋白表达过程机理模型构建和通过人工智能方法分析各种因素对蛋白表达的影响。化学反应网络模型可从转录翻译的底层过程对蛋白表达进行数学建模，可分析各种胞内成分如聚合酶、tRNA等对蛋白表达的影响，但模型参数数量巨大，难以直接实验确定，参数拟合是一个需要解决的难题。与之相对，数据驱动的人工智能模型主要研究目标蛋白的氨基酸序列和相应基因及调控区核苷酸序列对蛋白表达的影响，进而指导通过序列设计提高蛋白表达量。将机理模型和人工智能模型相结合，综合考虑胞内因素和表达序列特征的影响，有望进一步加深对蛋白表达系统的理解，为高价值目标蛋白的高效表达和细胞中不同蛋白的协调表达调控提供理论和技术支持。
2025,41(3):1098-1111, DOI: 10.13345/j.cjb.240565
, CSTR: 32114.14.j.cjb.240565
摘要：
能量代谢调控在代谢工程领域发挥重要作用，主要通过调控细胞内ATP、还原型电子载体的供给强度和方式来实现物质和能量代谢的平衡或物质和能量利用最大化。能量代谢既可以通过改变物质代谢流分配提升生产效率，也可以通过改变酶催化反应的热力学参数，影响反应平衡减少能量消耗，从而降低生产成本。因此能量代谢调控有望成为微生物细胞工厂改造的有力工具，用于提高细胞生产目标代谢物的生产能力，降低生产成本。本文重点论述了目前常用能量代谢调控方式及其对细胞工厂的影响，为微生物细胞工厂的高效构建提供了参考。
能量代谢调控在代谢工程领域发挥重要作用，主要通过调控细胞内ATP、还原型电子载体的供给强度和方式来实现物质和能量代谢的平衡或物质和能量利用最大化。能量代谢既可以通过改变物质代谢流分配提升生产效率，也可以通过改变酶催化反应的热力学参数，影响反应平衡减少能量消耗，从而降低生产成本。因此能量代谢调控有望成为微生物细胞工厂改造的有力工具，用于提高细胞生产目标代谢物的生产能力，降低生产成本。本文重点论述了目前常用能量代谢调控方式及其对细胞工厂的影响，为微生物细胞工厂的高效构建提供了参考。
2025,41(3):1112-1132, DOI: 10.13345/j.cjb.240966
, CSTR: 32114.14.j.cjb.240966
摘要：
细胞中自发或由酶催化的代谢反应组成了高度复杂的代谢网络，其与细胞生理代谢活动运作密切相关。细胞生理代谢网络模型的重构有助于从系统层面上解析基因型与生长表型之间的关联，为细胞生理代谢活动精准刻画与生物绿色制造等研究提供重要的计算生物学工具。本文系统介绍了全基因组尺度代谢网络模型(genome-scale metabolic models, GEMs)、动力学模型、酶约束代谢模型(enzyme-constrained genome-scale metabolic models, ecGEMs)等不同类型细胞生理代谢网络模型发展与应用的最新研究进展；同时还介绍了GEMs自动化构建研究进展以及条件特异性GEMs建模策略。人工智能技术为高精度细胞生理代谢网络模型构建提供了全新机遇，本文进一步总结了人工智能技术在动力学模型和酶约束模型构建等领域的应用。各类细胞生理代谢网络模型的高质量重构将为今后的定量合成生物学与系统生物学等研究提供强大计算支撑。
细胞中自发或由酶催化的代谢反应组成了高度复杂的代谢网络，其与细胞生理代谢活动运作密切相关。细胞生理代谢网络模型的重构有助于从系统层面上解析基因型与生长表型之间的关联，为细胞生理代谢活动精准刻画与生物绿色制造等研究提供重要的计算生物学工具。本文系统介绍了全基因组尺度代谢网络模型(genome-scale metabolic models, GEMs)、动力学模型、酶约束代谢模型(enzyme-constrained genome-scale metabolic models, ecGEMs)等不同类型细胞生理代谢网络模型发展与应用的最新研究进展；同时还介绍了GEMs自动化构建研究进展以及条件特异性GEMs建模策略。人工智能技术为高精度细胞生理代谢网络模型构建提供了全新机遇，本文进一步总结了人工智能技术在动力学模型和酶约束模型构建等领域的应用。各类细胞生理代谢网络模型的高质量重构将为今后的定量合成生物学与系统生物学等研究提供强大计算支撑。
2025,41(3):1133-1151, DOI: 10.13345/j.cjb.240937
, CSTR: 32114.14.j.cjb.240937
摘要：
感应代谢与环境变化并做出自适应调控是细胞生命活动的关键。近年来，随着合成生物学技术的进步，越来越多的细胞感知代谢和环境差异的机制被揭示，同时相关应用也日益广泛。然而，目前缺乏关于细胞代谢与环境适应调控的研究的系统性综述。本文介绍了细胞感知代谢和环境差异的关键跨膜蛋白及感应蛋白；总结了细胞在应对胞内外代谢差异时的天然自适应调控机制；从动态调控、理性代谢工程改造和适应性进化这3个方面探讨了基于细胞自适应调控的应用场景，并展望未来的发展方向。本文不仅为细胞感知代谢和环境变化的机制研究提供了系统性视角，还为合成生物学领域的进一步创新应用奠定了理论基础。随着未来技术的不断发展，深入理解细胞自适应调控机制有望推动新型生物制造平台的开发与应用。
感应代谢与环境变化并做出自适应调控是细胞生命活动的关键。近年来，随着合成生物学技术的进步，越来越多的细胞感知代谢和环境差异的机制被揭示，同时相关应用也日益广泛。然而，目前缺乏关于细胞代谢与环境适应调控的研究的系统性综述。本文介绍了细胞感知代谢和环境差异的关键跨膜蛋白及感应蛋白；总结了细胞在应对胞内外代谢差异时的天然自适应调控机制；从动态调控、理性代谢工程改造和适应性进化这3个方面探讨了基于细胞自适应调控的应用场景，并展望未来的发展方向。本文不仅为细胞感知代谢和环境变化的机制研究提供了系统性视角，还为合成生物学领域的进一步创新应用奠定了理论基础。随着未来技术的不断发展，深入理解细胞自适应调控机制有望推动新型生物制造平台的开发与应用。
2025,41(3):1152-1178, DOI: 10.13345/j.cjb.250065
, CSTR: 32114.14.j.cjb.250065
摘要：
生物制造是新质生产力的重要代表，是通过工程细胞或无细胞体系实现物质高效转化的创新生产方式。其生产过程具有时空异质性、复杂性及动态性，给过程系统认知、优化调控带来了显著挑战。本文总结了生物过程多组学数据获取及分析的关键技术，归纳了基于多组学数据的生物过程建模方法，深入探讨了多组学和建模在过程参数调整、发酵控制、环境应激机制解析、营养供给优化及生产实时监测等关键环节的实际应用，详细阐释了多组学数据深度整合及模型构建在提升生物过程操作精度方面的巨大潜力。此外，本文讨论了目前生物过程优化面临的若干挑战，并探索了可能的解决策略。未来通过克服这些挑战，可以更好地理解和控制复杂的生物过程，推动生物制造领域的快速发展。
生物制造是新质生产力的重要代表，是通过工程细胞或无细胞体系实现物质高效转化的创新生产方式。其生产过程具有时空异质性、复杂性及动态性，给过程系统认知、优化调控带来了显著挑战。本文总结了生物过程多组学数据获取及分析的关键技术，归纳了基于多组学数据的生物过程建模方法，深入探讨了多组学和建模在过程参数调整、发酵控制、环境应激机制解析、营养供给优化及生产实时监测等关键环节的实际应用，详细阐释了多组学数据深度整合及模型构建在提升生物过程操作精度方面的巨大潜力。此外，本文讨论了目前生物过程优化面临的若干挑战，并探索了可能的解决策略。未来通过克服这些挑战，可以更好地理解和控制复杂的生物过程，推动生物制造领域的快速发展。
2025,41(3):1179-1196, DOI: 10.13345/j.cjb.250032
, CSTR: 32114.14.j.cjb.250032
摘要：
生物制造作为新兴产业，其核心挑战在于实现发酵过程的精准优化与高效放大。本文聚焦发酵过程的关键环节——实时感知与智能控制，系统综述了在线检测技术、人工智能驱动的优化策略及数字孪生技术的应用进展。首先，从常规参数(温度、pH、溶解氧)到高级传感技术(在线活细胞传感、光谱分析、尾气监测)的在线检测手段，为实时获取微生物代谢状态提供了数据基础。其次，传统基于专家经验的静态控制逐步向人工智能驱动的动态优化演进，机器学习(如人工神经网络、支持向量机)与遗传算法等技术的整合显著提升了补料策略与工艺参数的调控效率。最后，数字孪生技术通过融合实时传感数据与多尺度模型(细胞代谢动力学与反应器流场模拟)，为发酵过程的全生命周期优化与理性放大提供了新范式。未来，基于智能感知与数字孪生的闭环控制系统将加速合成生物学成果的产业化，推动生物制造向高效、智能、可持续方向迈进。
生物制造作为新兴产业，其核心挑战在于实现发酵过程的精准优化与高效放大。本文聚焦发酵过程的关键环节——实时感知与智能控制，系统综述了在线检测技术、人工智能驱动的优化策略及数字孪生技术的应用进展。首先，从常规参数(温度、pH、溶解氧)到高级传感技术(在线活细胞传感、光谱分析、尾气监测)的在线检测手段，为实时获取微生物代谢状态提供了数据基础。其次，传统基于专家经验的静态控制逐步向人工智能驱动的动态优化演进，机器学习(如人工神经网络、支持向量机)与遗传算法等技术的整合显著提升了补料策略与工艺参数的调控效率。最后，数字孪生技术通过融合实时传感数据与多尺度模型(细胞代谢动力学与反应器流场模拟)，为发酵过程的全生命周期优化与理性放大提供了新范式。未来，基于智能感知与数字孪生的闭环控制系统将加速合成生物学成果的产业化，推动生物制造向高效、智能、可持续方向迈进。
2025,41(3):1197-1218, DOI: 10.13345/j.cjb.240598
, CSTR: 32114.14.j.cjb.240598
摘要：
生物过程是利用活性生物细胞或酶实现底物生物转化的一种绿色可持续、环境友好的加工过程，在生物制造中起着关键作用。具有双重属性的生物过程多层次多尺度间的复杂关联导致生物过程的优化十分困难，深入认识介尺度机理是了解生物过程动态变化和梳理多尺度复杂关系的关键之一。介尺度的数值模拟为介尺度现象的认识提供了一种新途径，人工智能(artificial intelligence, AI)优化与介尺度模拟的结合为生物过程的优化注入了新的活力。本文综述了生物过程中介尺度模拟和AI优化的研究进展，探讨了可能的发展方向，以期促进介尺度模拟和AI优化在生物过程中的应用与发展。
生物过程是利用活性生物细胞或酶实现底物生物转化的一种绿色可持续、环境友好的加工过程，在生物制造中起着关键作用。具有双重属性的生物过程多层次多尺度间的复杂关联导致生物过程的优化十分困难，深入认识介尺度机理是了解生物过程动态变化和梳理多尺度复杂关系的关键之一。介尺度的数值模拟为介尺度现象的认识提供了一种新途径，人工智能(artificial intelligence, AI)优化与介尺度模拟的结合为生物过程的优化注入了新的活力。本文综述了生物过程中介尺度模拟和AI优化的研究进展，探讨了可能的发展方向，以期促进介尺度模拟和AI优化在生物过程中的应用与发展。
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2010,26(4):439-447
摘要：
为了提高干扰素抗病毒活性测定的生物安全性，本研究使用含有GFP的复制缺陷型水疱性口炎病毒 (VSV△G*G) 为指示病毒，分别对经原核表达系统和杆状病毒表达系统表达的重组猪γ干扰素 (PoIFN-γ) 在MDBK细胞上进行抗病毒活性测定。结果显示：由杆状病毒表达的重组PoIFN-γ具有高度抗病毒活性，其抗病毒活性为105 IU/mL，原核表达的重组PoIFN-γ纯化后经缓慢复性也会产生一定的抗病毒活性，其抗病毒活性为32 IU/mL。该方法与利用表达GFP的重组水疱性口炎病毒 (VSV*GFP) 所检测的干扰素抗病毒活性结果完全一致，表明复制缺陷型病毒VSV△G*G可作为复制型重组病毒的替代品，使得干扰素抗病毒活性检测更加安全、准确。
为了提高干扰素抗病毒活性测定的生物安全性，本研究使用含有GFP的复制缺陷型水疱性口炎病毒 (VSV△G*G) 为指示病毒，分别对经原核表达系统和杆状病毒表达系统表达的重组猪γ干扰素 (PoIFN-γ) 在MDBK细胞上进行抗病毒活性测定。结果显示：由杆状病毒表达的重组PoIFN-γ具有高度抗病毒活性，其抗病毒活性为105 IU/mL，原核表达的重组PoIFN-γ纯化后经缓慢复性也会产生一定的抗病毒活性，其抗病毒活性为32 IU/mL。该方法与利用表达GFP的重组水疱性口炎病毒 (VSV*GFP) 所检测的干扰素抗病毒活性结果完全一致，表明复制缺陷型病毒VSV△G*G可作为复制型重组病毒的替代品，使得干扰素抗病毒活性检测更加安全、准确。
2008,24(7):1248-1252
摘要：
从人肌肉素基因出发, 在dbEST数据库中进行同源性搜索, 找到七个有较高同源性的Expressed Sequence Tag(DY426490, CF787546, AJ660979, AJ664670, AJ663820, AJ680159, DN106254)。通过拼接和进一步RT-PCR实验验证, 获得猪肌肉素基因全长cDNA序列, 其全长651 bp, 开放阅读框为54~452 bp, 编码有132个氨基酸。同源性分析结果表明, 与人、小鼠和大鼠的肌肉素基因cDNA编码区(CDS)同源性分别为87.2%、77.6%和77.9%。利用克隆出的猪肌肉素cDNA, 构建表达载体pGEX-4T-1-musclin, 并在BL21大肠杆菌中成功表达和纯化了分子量为38.59 kD的融合蛋白GST-Musclin, 并运用蛋白印迹技术进行鉴定。
从人肌肉素基因出发, 在dbEST数据库中进行同源性搜索, 找到七个有较高同源性的Expressed Sequence Tag(DY426490, CF787546, AJ660979, AJ664670, AJ663820, AJ680159, DN106254)。通过拼接和进一步RT-PCR实验验证, 获得猪肌肉素基因全长cDNA序列, 其全长651 bp, 开放阅读框为54~452 bp, 编码有132个氨基酸。同源性分析结果表明, 与人、小鼠和大鼠的肌肉素基因cDNA编码区(CDS)同源性分别为87.2%、77.6%和77.9%。利用克隆出的猪肌肉素cDNA, 构建表达载体pGEX-4T-1-musclin, 并在BL21大肠杆菌中成功表达和纯化了分子量为38.59 kD的融合蛋白GST-Musclin, 并运用蛋白印迹技术进行鉴定。
2008,24(11):1851-1859
摘要：
白藜芦醇是一种含有芪类结构的非黄酮类多酚化合物。它不仅是植物遭受胁迫时产生的一种能提高植物抵抗病原性攻击和环境恶化的植物抗毒素, 还具有抗癌、抗氧化、调节血脂、影响寿命等多方面有益于人类健康的重要功能。以下对白藜芦醇的理化特性、合成、提取、纯化与检测方法进行了全面总结, 并在其作用的分子机制基础上, 对其生物学活性、基因工程研究及产业化情况进行了重点介绍。发现在传统育种的基础上, 借助于现代生物技术手段, 将白藜芦醇的天然活性保健作用应用于保健食品的开发、作物经济附加值的提高具有广阔的前景。它的开发和利用, 必将为食品及制药工业新产品的开发提供新的挑战与机遇。
白藜芦醇是一种含有芪类结构的非黄酮类多酚化合物。它不仅是植物遭受胁迫时产生的一种能提高植物抵抗病原性攻击和环境恶化的植物抗毒素, 还具有抗癌、抗氧化、调节血脂、影响寿命等多方面有益于人类健康的重要功能。以下对白藜芦醇的理化特性、合成、提取、纯化与检测方法进行了全面总结, 并在其作用的分子机制基础上, 对其生物学活性、基因工程研究及产业化情况进行了重点介绍。发现在传统育种的基础上, 借助于现代生物技术手段, 将白藜芦醇的天然活性保健作用应用于保健食品的开发、作物经济附加值的提高具有广阔的前景。它的开发和利用, 必将为食品及制药工业新产品的开发提供新的挑战与机遇。
2013,29(2):131-140
摘要：
自然界中微生物种类极为丰富，尺寸涵盖了纳米级与微米级。微生物细胞培养成本低廉，生长繁殖迅速，具有丰富的遗传表现型，因此微生物是可用于纳米、微米以及多层次跨尺度加工的天然“基本单元”和“底盘细胞”。“基于微生物”的生物制造目的是利用微生物的特异结构和多样功能进行仿生和调控，操纵微生物进行加工组装，从而获得新材料、新器件。同时，建立深入研究微生物行为模式的新技术与新方法，为揭示传统方法所未涉及的基本科学问题提供新的平台。以下将分别从纳米和微米两个尺度以及利用微生物的结构或功能两个角度来概述基于微生物的微纳米生物制造的前沿进展。
自然界中微生物种类极为丰富，尺寸涵盖了纳米级与微米级。微生物细胞培养成本低廉，生长繁殖迅速，具有丰富的遗传表现型，因此微生物是可用于纳米、微米以及多层次跨尺度加工的天然“基本单元”和“底盘细胞”。“基于微生物”的生物制造目的是利用微生物的特异结构和多样功能进行仿生和调控，操纵微生物进行加工组装，从而获得新材料、新器件。同时，建立深入研究微生物行为模式的新技术与新方法，为揭示传统方法所未涉及的基本科学问题提供新的平台。以下将分别从纳米和微米两个尺度以及利用微生物的结构或功能两个角度来概述基于微生物的微纳米生物制造的前沿进展。
2010,26(10):1393-1403
摘要：
细菌启动子是细菌中基因表达的必需调控元件，决定了细菌基因表达的强度和时机。通过启动子的插入或缺失，可以改变细菌基因的表达，实现对菌体生长发育以及代谢调控的研究。启动子也是构建各种表达系统、实现异源基因表达的基础。启动子的识别和应用研究，对于实现异源基因的可控表达、有效获得目的产物、促进生物催化和代谢工程研究具有重要的意义。以下对细菌启动子进行了简单的介绍，总结了细菌启动子的识别方法，并对细菌启动子的研究进展和具体应用进行了概述。
细菌启动子是细菌中基因表达的必需调控元件，决定了细菌基因表达的强度和时机。通过启动子的插入或缺失，可以改变细菌基因的表达，实现对菌体生长发育以及代谢调控的研究。启动子也是构建各种表达系统、实现异源基因表达的基础。启动子的识别和应用研究，对于实现异源基因的可控表达、有效获得目的产物、促进生物催化和代谢工程研究具有重要的意义。以下对细菌启动子进行了简单的介绍，总结了细菌启动子的识别方法，并对细菌启动子的研究进展和具体应用进行了概述。
2008,24(3):452-459
摘要：
BMP6是一种调节成骨细胞和成软骨细胞分化的骨诱导因子, 在修复各种骨缺损方面具有很好的应用潜力。有诱骨活性的BMP6是多二硫键的二聚体蛋白, 疏水性极强容易聚集沉淀。为了在大肠杆菌中可溶表达具有生物活性的重组人BMP6(rhBMP6), 构建了具有TRX、GST、MBP、CBD融合标签和His6标签的 rhBMP6成熟肽原核表达载体, 调节诱导温度和IPTG浓度, 比较不同融合标签和诱导条件对目的蛋白表达量和溶解性的影响。结果表明, MBP最能有效的增强rhBMP6的溶解性, 诱导条件对溶解性影响较小。大肠杆菌BL21 trxB(DE3)这种硫氧还蛋白还原酶缺陷菌株为rhBMP6二硫键在胞质中形成提供了合适的氧化还原环境。MBP和BL21 trxB(DE3)相结合在细胞质中高效可溶表达出了BMP6融合蛋白二聚体。表达产物经亲和层析和凝胶排阻层析纯化后, 能诱导成肌细胞系C2C12向成骨细胞方向 转化。
BMP6是一种调节成骨细胞和成软骨细胞分化的骨诱导因子, 在修复各种骨缺损方面具有很好的应用潜力。有诱骨活性的BMP6是多二硫键的二聚体蛋白, 疏水性极强容易聚集沉淀。为了在大肠杆菌中可溶表达具有生物活性的重组人BMP6(rhBMP6), 构建了具有TRX、GST、MBP、CBD融合标签和His6标签的 rhBMP6成熟肽原核表达载体, 调节诱导温度和IPTG浓度, 比较不同融合标签和诱导条件对目的蛋白表达量和溶解性的影响。结果表明, MBP最能有效的增强rhBMP6的溶解性, 诱导条件对溶解性影响较小。大肠杆菌BL21 trxB(DE3)这种硫氧还蛋白还原酶缺陷菌株为rhBMP6二硫键在胞质中形成提供了合适的氧化还原环境。MBP和BL21 trxB(DE3)相结合在细胞质中高效可溶表达出了BMP6融合蛋白二聚体。表达产物经亲和层析和凝胶排阻层析纯化后, 能诱导成肌细胞系C2C12向成骨细胞方向 转化。
2013,29(4):480-489
摘要：
葡萄球菌Staphylococcus hominis来源的N-乙酰神经氨酸裂合酶基因shnal (GenBank Accession No. EFS20452.1) 构建至pET-28a质粒并在大肠杆菌中得到表达。通过目的蛋白的纯化和酶学性质研究发现，ShNAL是一个四聚体，裂解方向的最适反应pH为8.0；合成方向的最适反应pH为7.5，最适反应温度为45 ℃。在45 ℃下孵育2 h对ShNAL的活力基本无影响，高于45 ℃时，活力迅速下降。该酶在pH 5.0~10.0的环境中比较稳定，4 ℃下放置24 h酶的残余活力在70％以上。ShNAL对N-乙酰神经氨酸 (Neu5Ac)、N-乙酰甘露糖胺 (Man) 和丙酮酸 (Pyr) 的Km值分别是 (4.0±0.2) mmol/L、(131.7±12.1) mmol/L和 (35.1±3.2) mmol/L，kcat/Km值分别为1.9 L/(mmol·s)、0.08 L/(mmol·s) 和0.08 L/(mmol·s)。
葡萄球菌Staphylococcus hominis来源的N-乙酰神经氨酸裂合酶基因shnal (GenBank Accession No. EFS20452.1) 构建至pET-28a质粒并在大肠杆菌中得到表达。通过目的蛋白的纯化和酶学性质研究发现，ShNAL是一个四聚体，裂解方向的最适反应pH为8.0；合成方向的最适反应pH为7.5，最适反应温度为45 ℃。在45 ℃下孵育2 h对ShNAL的活力基本无影响，高于45 ℃时，活力迅速下降。该酶在pH 5.0~10.0的环境中比较稳定，4 ℃下放置24 h酶的残余活力在70％以上。ShNAL对N-乙酰神经氨酸 (Neu5Ac)、N-乙酰甘露糖胺 (Man) 和丙酮酸 (Pyr) 的Km值分别是 (4.0±0.2) mmol/L、(131.7±12.1) mmol/L和 (35.1±3.2) mmol/L，kcat/Km值分别为1.9 L/(mmol·s)、0.08 L/(mmol·s) 和0.08 L/(mmol·s)。
2009,25(10):1497-1507
摘要：
本研究通过单因素试验和响应面分析试验建立了能够选择性富集沙门氏菌、副溶血弧菌和霍乱弧菌的共增菌培养基SVV, 采用平板计数法及三重荧光PCR技术验证了SVV的增菌效果。结果表明: SVV能同时富集以不同浓度比例混合的3种目标菌, 37oC振荡培养18 h后, 菌体浓度达到105~108 CFU/mL; SVV强烈抑制大部分的非目标菌; 用荧光PCR方法检测经过37oC振荡培养18 h的10份人工接种样品和608份实际样品, 结果表明目标菌在SVV中增殖18 h后菌量达到检测限以上, SVV联合荧光PCR检测方法的检出率为4.06%, 比传统检测方法(3.78%)高, 无假阴性和假阳性。SVV可望应用于水产品中沙门氏菌、副溶血弧菌和霍乱弧菌检测前的增菌处理, 可简化检测过程, 有效克服漏检, 提高检出率。
本研究通过单因素试验和响应面分析试验建立了能够选择性富集沙门氏菌、副溶血弧菌和霍乱弧菌的共增菌培养基SVV, 采用平板计数法及三重荧光PCR技术验证了SVV的增菌效果。结果表明: SVV能同时富集以不同浓度比例混合的3种目标菌, 37oC振荡培养18 h后, 菌体浓度达到105~108 CFU/mL; SVV强烈抑制大部分的非目标菌; 用荧光PCR方法检测经过37oC振荡培养18 h的10份人工接种样品和608份实际样品, 结果表明目标菌在SVV中增殖18 h后菌量达到检测限以上, SVV联合荧光PCR检测方法的检出率为4.06%, 比传统检测方法(3.78%)高, 无假阴性和假阳性。SVV可望应用于水产品中沙门氏菌、副溶血弧菌和霍乱弧菌检测前的增菌处理, 可简化检测过程, 有效克服漏检, 提高检出率。
2001,17(2)
摘要：
环境胁迫使植物细胞中积累大量的活性氧，从而导致蛋白质、膜脂、DNA及其它细胞组分的严重损伤。植物体内有效清除活性氧的保护机制分为酶促和非酶促两类。酶促脱毒系统包括超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)等。非酶类抗氧化剂包括抗坏血酸、谷胱甘肽、甘露醇和类黄酮。利用基因工程策略增加这些物质在植物体内的含量，从而获得耐逆转基因植物已取得一定的进展。
环境胁迫使植物细胞中积累大量的活性氧，从而导致蛋白质、膜脂、DNA及其它细胞组分的严重损伤。植物体内有效清除活性氧的保护机制分为酶促和非酶促两类。酶促脱毒系统包括超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)等。非酶类抗氧化剂包括抗坏血酸、谷胱甘肽、甘露醇和类黄酮。利用基因工程策略增加这些物质在植物体内的含量，从而获得耐逆转基因植物已取得一定的进展。
2021,37(9):3151-3161
,DOI: 10.13345/j.cjb.200734
,CSTR: 32114.14.j.cjb.200734
摘要：
单增李斯特菌是一种重要的食源性病原菌。单增李斯特菌的分布和存活与其形成生物膜的能力有关，生物膜对逆性环境有抵抗力，细菌会从生物膜中分离导致食品持续性的污染。生物膜的形成、成熟和结构取决于多种外部和内部因素，并且多种调控机制起着重要作用。文中旨在阐述单增李斯特菌生物膜形成过程中的调控机制 (包括胞内作用、胞间作用和种间作用)，以控制食品加工环境中致病性生物膜的形成，从而为食品安全提供新的干预策略。
单增李斯特菌是一种重要的食源性病原菌。单增李斯特菌的分布和存活与其形成生物膜的能力有关，生物膜对逆性环境有抵抗力，细菌会从生物膜中分离导致食品持续性的污染。生物膜的形成、成熟和结构取决于多种外部和内部因素，并且多种调控机制起着重要作用。文中旨在阐述单增李斯特菌生物膜形成过程中的调控机制 (包括胞内作用、胞间作用和种间作用)，以控制食品加工环境中致病性生物膜的形成，从而为食品安全提供新的干预策略。
2010,26(4):421-430
摘要：
通过外源转录调控因子的诱导，使成体细胞重编程为胚胎干细胞 (ES细胞) 样的多能细胞，这种细胞称为诱导多能干细胞 (iPS细胞)，这一方法被称为iPS技术。目前，iPS技术已先后在小鼠、人、猕猴、大鼠和猪中成功应用，建立了相应的iPS细胞系，并获得了iPS细胞嵌合小鼠和四倍体克隆小鼠。尽管iPS与ES细胞在形态和生长特性上有许多相同之处，但iPS细胞的建立需要较独特的诱导培养体系和鉴定方法。以下结合近年来iPS技术的发展和本实验室的相关研究，对iPS细胞的建立和培养体系的优化进行了深入探讨。
通过外源转录调控因子的诱导，使成体细胞重编程为胚胎干细胞 (ES细胞) 样的多能细胞，这种细胞称为诱导多能干细胞 (iPS细胞)，这一方法被称为iPS技术。目前，iPS技术已先后在小鼠、人、猕猴、大鼠和猪中成功应用，建立了相应的iPS细胞系，并获得了iPS细胞嵌合小鼠和四倍体克隆小鼠。尽管iPS与ES细胞在形态和生长特性上有许多相同之处，但iPS细胞的建立需要较独特的诱导培养体系和鉴定方法。以下结合近年来iPS技术的发展和本实验室的相关研究，对iPS细胞的建立和培养体系的优化进行了深入探讨。
2013,29(1):78-86
摘要：
为了研究灰葡萄孢菌肌糖磷脂酰神经酰胺合成酶 (BcAUR1基因) 的表达及酶活性，采用RT-PCR方法，利用含有FLAG标签以及BamHⅠ、XhoⅠ酶切位点的AUR1特异引物从灰葡萄孢菌中扩增得到BcAUR1基因。将BcAUR1基因与穿梭质粒pYES2重组，得到pYES2-BcAUR1质粒采用醋酸锂转化法导入酿酒酵母尿嘧啶突变菌株Δyor1中，Western blotting检测肌糖磷脂酰神经酰胺 (IPC) 合成酶表达，HPLC检测IPC合成酶活力。结果显示pYES2-BcAUR1在酿酒酵母尿嘧啶突变菌株Δyor1中获得表达，pYES2-BcAUR1转化子IPC合成酶活性显著增高，比空载转化子约提高1倍。低浓度的AbA能够抑制空载pYES2酵母转化子生长，但pYES2-BcAUR1酵母转化子能抵抗AbA对菌体生长的抑制。
为了研究灰葡萄孢菌肌糖磷脂酰神经酰胺合成酶 (BcAUR1基因) 的表达及酶活性，采用RT-PCR方法，利用含有FLAG标签以及BamHⅠ、XhoⅠ酶切位点的AUR1特异引物从灰葡萄孢菌中扩增得到BcAUR1基因。将BcAUR1基因与穿梭质粒pYES2重组，得到pYES2-BcAUR1质粒采用醋酸锂转化法导入酿酒酵母尿嘧啶突变菌株Δyor1中，Western blotting检测肌糖磷脂酰神经酰胺 (IPC) 合成酶表达，HPLC检测IPC合成酶活力。结果显示pYES2-BcAUR1在酿酒酵母尿嘧啶突变菌株Δyor1中获得表达，pYES2-BcAUR1转化子IPC合成酶活性显著增高，比空载转化子约提高1倍。低浓度的AbA能够抑制空载pYES2酵母转化子生长，但pYES2-BcAUR1酵母转化子能抵抗AbA对菌体生长的抑制。
2023,39(10):4275-4294
,DOI: 10.13345/j.cjb.230297
,CSTR: 32114.14.j.cjb.230297
摘要：
本研究旨在通过蛋白质工程手段获得结构均一性更好、活性更高、抗真菌能力更强的家蚕蛋白酶抑制剂BmSPI38的串联多聚体蛋白。利用原核表达技术获得BmSPI38串联多聚体蛋白，并通过蛋白酶抑制剂胶内活性染色、蛋白酶抑制实验和真菌生长抑制实验等探讨串联多聚体化对BmSPI38的结构均一性、抑制活性和抗真菌能力的影响。活性染色结果表明，基于多肽柔性接头的串联表达能够极大提高BmSPI38蛋白的结构均一性。蛋白酶抑制实验表明，基于接头的串联三聚体化和四聚体化能提高BmSPI38对微生物蛋白酶的抑制能力。孢子萌发实验表明，His6-SPI38L-tetramer对球孢白僵菌（Beauveria bassiana）分生孢子萌发的抑制能力显著强于His6-SPI38-monomer。真菌生长抑制实验显示，能够通过串联多聚体化来增强BmSPI38对酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和白色念珠菌（Candida albicans）的抑制能力。本研究成功实现BmSPI38的串联多聚体在大肠杆菌中的异源活性表达，并证实可通过串联多聚体化来增强BmSPI38的结构均一性和抗真菌能力，不仅可为培育抗真菌转基因家蚕提供重要的理论依据和新策略，还将推动BmSPI38的外源生产及在医疗领域的应用。
本研究旨在通过蛋白质工程手段获得结构均一性更好、活性更高、抗真菌能力更强的家蚕蛋白酶抑制剂BmSPI38的串联多聚体蛋白。利用原核表达技术获得BmSPI38串联多聚体蛋白，并通过蛋白酶抑制剂胶内活性染色、蛋白酶抑制实验和真菌生长抑制实验等探讨串联多聚体化对BmSPI38的结构均一性、抑制活性和抗真菌能力的影响。活性染色结果表明，基于多肽柔性接头的串联表达能够极大提高BmSPI38蛋白的结构均一性。蛋白酶抑制实验表明，基于接头的串联三聚体化和四聚体化能提高BmSPI38对微生物蛋白酶的抑制能力。孢子萌发实验表明，His6-SPI38L-tetramer对球孢白僵菌（Beauveria bassiana）分生孢子萌发的抑制能力显著强于His6-SPI38-monomer。真菌生长抑制实验显示，能够通过串联多聚体化来增强BmSPI38对酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和白色念珠菌（Candida albicans）的抑制能力。本研究成功实现BmSPI38的串联多聚体在大肠杆菌中的异源活性表达，并证实可通过串联多聚体化来增强BmSPI38的结构均一性和抗真菌能力，不仅可为培育抗真菌转基因家蚕提供重要的理论依据和新策略，还将推动BmSPI38的外源生产及在医疗领域的应用。
2004,20(1)
摘要：
单克隆抗体从问世到目前广泛应用于临床，经历了一段曲折的发展历程。其中人源化抗体是一个重要的里程碑，并伴随着一系列重大的技术革新，如PCR技术、抗体库技术、转基因动物等。人源化抗体的形式也从最初的嵌合抗体、改型抗体等逐步发展为今天的人抗体。抗体人源化已经成为治疗性抗体的发展趋势,同时各种抗体衍生物也不断涌现，它们从不同角度克服抗体本身的应用局限，也为治疗人类疾病提供了更多利器。对单克隆抗体进行改造使之应用于临床治疗，不仅需要对抗体效应机制进行更细致深入的研究，同时还有赖于对人类免疫系统调控机制的全面精确认识。
单克隆抗体从问世到目前广泛应用于临床，经历了一段曲折的发展历程。其中人源化抗体是一个重要的里程碑，并伴随着一系列重大的技术革新，如PCR技术、抗体库技术、转基因动物等。人源化抗体的形式也从最初的嵌合抗体、改型抗体等逐步发展为今天的人抗体。抗体人源化已经成为治疗性抗体的发展趋势,同时各种抗体衍生物也不断涌现，它们从不同角度克服抗体本身的应用局限，也为治疗人类疾病提供了更多利器。对单克隆抗体进行改造使之应用于临床治疗，不仅需要对抗体效应机制进行更细致深入的研究，同时还有赖于对人类免疫系统调控机制的全面精确认识。
2008,24(12):2106-2110
摘要：
在基因表达定位或启动子调控模式的研究中, 多以gusA作为报告基因。但由于部分组织中高内源GUS背景活性或转化手段的限制, 使判断基因表达定位或调控时存在很大误差。为了解决上述问题, 本实验将报道基因绿色荧光蛋白(GFP)和红色荧光蛋白(RFP)融合构建双荧光标记瞬时表达载体pBI221-RFP/GFP。该载体以CaMV35S启动子驱动GFP确定转化效率, 通过鉴定阳性个体的红色荧光活性分析目的基因或启动子的表达模式。并通过番茄E8和西瓜AGPL1果实特异启动子验证了该载体在启动子调控模式研究中的应用可行性。结果表明pBI221-RFP/GFP是一个可以在基因和启动子功能验证中应用的高效瞬时表达载体。
在基因表达定位或启动子调控模式的研究中, 多以gusA作为报告基因。但由于部分组织中高内源GUS背景活性或转化手段的限制, 使判断基因表达定位或调控时存在很大误差。为了解决上述问题, 本实验将报道基因绿色荧光蛋白(GFP)和红色荧光蛋白(RFP)融合构建双荧光标记瞬时表达载体pBI221-RFP/GFP。该载体以CaMV35S启动子驱动GFP确定转化效率, 通过鉴定阳性个体的红色荧光活性分析目的基因或启动子的表达模式。并通过番茄E8和西瓜AGPL1果实特异启动子验证了该载体在启动子调控模式研究中的应用可行性。结果表明pBI221-RFP/GFP是一个可以在基因和启动子功能验证中应用的高效瞬时表达载体。
2009,25(9):1296-1302
摘要：
随着DNA 重组技术的日趋成熟, 代谢工程的理论和应用已经得到了迅速发展。合成生物学是近年来蓬勃发展的一门新兴学科, 在许多领域都具有重要的应用。以下从改造细胞代谢的关键因子、代谢途径的调节和宿主细胞与代谢途径构建的关系等方面详细讨论了合成生物学的最新进展和合成生物学在代谢工程领域的应用。
随着DNA 重组技术的日趋成熟, 代谢工程的理论和应用已经得到了迅速发展。合成生物学是近年来蓬勃发展的一门新兴学科, 在许多领域都具有重要的应用。以下从改造细胞代谢的关键因子、代谢途径的调节和宿主细胞与代谢途径构建的关系等方面详细讨论了合成生物学的最新进展和合成生物学在代谢工程领域的应用。
2002,18(5)
摘要：
Cre/loxP定位重组系统来源于噬菌体P1，由Cre重组酶和loxP位点两部分组成。在Cre重组酶的介导下，设定的DNA片段可以被切除，可以发生倒位，亦可造成定点的整合。由于其作用方式高效简单，Cre/loxP定位重组系统已在特定基因的删除、基因功能的鉴定、外源基因的整合、基因捕获及染色体工程等方面得到了有效的利用，在转基因的酵母、植物、昆虫、哺乳动物的体内外DNA重组方面成为一个有力的工具。这里就Cre重组酶的结构、功能及该定位重组系统的应用等方面的研究进行了综述。
Cre/loxP定位重组系统来源于噬菌体P1，由Cre重组酶和loxP位点两部分组成。在Cre重组酶的介导下，设定的DNA片段可以被切除，可以发生倒位，亦可造成定点的整合。由于其作用方式高效简单，Cre/loxP定位重组系统已在特定基因的删除、基因功能的鉴定、外源基因的整合、基因捕获及染色体工程等方面得到了有效的利用，在转基因的酵母、植物、昆虫、哺乳动物的体内外DNA重组方面成为一个有力的工具。这里就Cre重组酶的结构、功能及该定位重组系统的应用等方面的研究进行了综述。
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