CRISPR/Cas是原核生物在进化过程中获得的一种免疫防御系统,用于抵抗外来遗传物质的入侵,近年来被开发成为高效的基因编辑、基因调控以及分子诊断工具.其可编程靶向机制揭开了利用该系统进行基因组操作的序幕,并允许在活性范围内实现动态调节和控制基因表达.作为现有基因修饰手段中灵活性最强和成本最低的技术之一,已被广泛应用于临床疾病治疗、工农业生产、可持续染料开发和化学品加工等领域.随着对CRISPR/Cas系统的不断深入挖掘和探索,大量研究报道了 gRNA工程改造及优化方法,包括改变间隔序列长度、调节恒定区和可变区的结构、向末端或中间延伸添加额外功能序列及化学合成修饰等,以期降低脱靶突变率,提高作用效率,充分激发CRISPR基因操纵工具在生物医学方面的潜力.基于此,本综述将介绍CRISPR/Cas9和CRISPR/Cas12系统中gRNA工程化设计方法及应用研究的最新进展,分析探讨了当前工程化gRNA技术面临的机遇和挑战,旨在为获得性能更加优异的gRNA提供思路和方向,从而提高利用CRISPR/Cas系统探测人类细胞基因组的能力,进一步为可编程生物学带来更多可能性.

《生物安全学报(中英文)》(原《华东昆虫学报》《生物安全学报》)是由中国植物保护学会与福建省昆虫学会共同主办的面向生物安全科学国际前沿的中英文学术杂志,在国内外出版发行,征稿要求(简介)如下:1.主要刊载有关生物入侵、农业转基因生物、农用化学品、新技术等带来的生物安全科学问题的原始性研究论文、文献综述及研究简报等.

CRISPR/Cas9系统已广泛用于各种生物体的基因编辑和代谢工程.本文综述了CRISPR/Cas9在酿酒酵母中的基本原理和实际应用.首先总结了CRISPR/Cas9技术的发展历史、酿酒酵母基因组中基因缺失和多DNA片段插入的成功案例.这一先进的系统减少了劳动力,增强了对分子遗传学的理解,加速了微生物工程的发展.其次总结了基于CRISPR/Cas9的系统在生产高附加值化学品和提高酿酒酵母耐应激性方面的研究进展.该综述对酿酒酵母的遗传和合成生物学研究具有重要的参考价值.

《生物安全学报(中英文)》(原《华东昆虫学报》《生物安全学报》)是由中国植物保护学会与福建省昆虫学会共同主办的面向生物安全科学国际前沿的中英文学术杂志,在国内外出版发行,征稿要求(简介)如下:1.主要刊载有关生物入侵、农业转基因生物、农用化学品、新技术等带来的生物安全科学问题的原始性研究论文、文献综述及研究简报等.

自19世纪以来,模式生物的出现帮助研究人员进一步了解细胞信号通路,确定药物靶点以及进行环境毒理学的研究.外源性化学物质,如污染物、药物和工业化学品,可能会影响大脑的生物过程或其功能,并最终导致神经疾病.然而人脑是一个复杂的、组织严密的器官,在很多方面与模式生物有着根本的区别.由于物种的差异,动物模型可能不能完全的模拟人脑以测试环境污染物的神经毒性.由人多能干细胞诱导而来的人类脑器官在基因组、转录组以及代谢组水平更贴合人体的真实情况,提供了测试以及预测环境污染物神经毒性的有效平台,成为研究神经毒理学的新模型.本文综述了类脑器官技术的新进展及其在评估环境毒物方面的应用,以期为类脑器官在环境神经毒理学应用提供新见解.

公认食品安全的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是合成生物学中被广泛研究的底盘细胞,常作为生产高值或大宗化学品的微生物细胞工厂.近年来,通过各种代谢工程改造策略,已有大量化学品的合成途径在酿酒酵母中建立并优化,且部分化学品具备了产业化价值.作为真核生物,酿酒酵母具有完整的细胞内膜系统及其组成的复杂细胞器区室,而这些细胞器区室往往含有某些化学品合成所必需的较高浓度前体底物(如线粒体中的乙酰辅酶A),或更加充足的酶、辅因子、能量等,可为目标产物的生物合成提供更适宜的物理、化学环境,但同时不同细胞器的结构特点有时也成为特定化合物合成的障碍.为此,研究人员在深入分析不同细胞器自身特点的基础上,结合目标化学品合成途径与细胞器之间的适配度,对细胞器开展了大量针对性改造工作以提高产物合成效率.本文详细综述了酿酒酵母中线粒体、过氧化物酶体、高尔基体、内质网、脂滴和液泡等细胞器的途径改造及优化策略,以及利用细胞器区室化合成化学品的研究进展,并对目前存在的困难和挑战以及未来研究方向进行了总结与展望.

甲醇来源丰富、价格低廉,已成为生物制造行业极具吸引力的底物之一.构建微生物细胞工厂实现甲醇到增值化学品的生物转化,具有过程绿色、条件温和、产品体系多样等优势,不仅能拓展基于甲醇的产品链,还能缓解当前生物制造"与民争粮、与粮争地"的问题,是实现绿色生物制造的重要手段.因此,阐明不同天然甲基营养菌中涉及甲醇氧化、甲醛同化和异化途径对于后续基因工程改造工作至关重要,也更有利于构建新型非天然甲基营养菌.本文讨论了甲基营养菌中甲醇代谢途径的研究现状,并结合近年来天然和人工合成甲基营养菌在甲醇生物转化中的应用进展及面临的挑战.

酪醇是一种多酚类天然产物,广泛应用于化工、医药和食品等领域.目前大肠杆菌(Escherichia coli)从头合成酪醇存在发酵菌体密度低和产量低等问题.为此,本研究将前期获得苯丙酮酸脱羧酶突变体 ARO10F138L/D218G 与不同来源的醇脱氢酶融合表达,最优组合ARO10F138L/D218G-L-YahK酪醇产量达到 1.09 g/L.为进一步提高酪醇产量,敲除了 4-羟基苯乙酸竞争途径关键基因feaB,使酪醇产量提高了 21.15%,达到 1.26 g/L.针对酪醇发酵菌体密度低的问题,通过群体感应系统动态调控酪醇合成途径,减轻酪醇对底盘细胞的毒性作用,缓解生长抑制,使其产量提高了 33.82%,达到 1.74 g/L.在 2 L发酵罐中,群体感应动态调控工程菌TRFQ5 的酪醇产量达到 4.22 g/L,OD600 值达到 42.88,分别较静态诱导表达工程菌 TRF5 提高了 38.58%和43.62%.本研究应用基因敲除技术,阻断了酪醇合成竞争途径;同时结合群体感应动态调控策略,减轻了酪醇毒性对底盘细胞的生长抑制,从而有效地提高了酪醇产量.本研究对其他高毒性化学品的生物合成具有良好的借鉴和应用价值.

当前的线性经济发展模式依赖化石能源且增加二氧化碳的排放,加剧全球变暖和环境污染.因此,亟需开发碳捕获和利用的技术,建立循环经济.利用产乙酸菌进行碳一气体(一氧化碳和二氧化碳)转化是一项前景广阔的技术,具有较高的碳源灵活性和产物选择性,能够合成多种化学品和燃料.本文聚焦产乙酸菌在碳一气体转化过程中的生理代谢机制、遗传和代谢工程改造、发酵工艺优化以及提升碳原子经济性等方面的研究进展,以期为产乙酸菌气体发酵的工业规模放大及"负碳"生产提供参考.

以酶及微生物细胞催化剂结合工程学方法将廉价、废弃原料进行高效生物转化可实现化学品的可持续生产.近年来,合成生物学、系统生物学及酶工程等技术的快速发展大大推动了化学品的可持续生物制造,既实现了多种新型化学品的生物合成,又显著提高化学品的生物合成效率.为展示化学品生物合成的最新进展并促进绿色生物制造的发展,《生物工程学报》特组织出版化学品生物合成专刊,从酶催化与生物合成机制、微生物细胞合成、一碳生物炼制以及关键核心技术等方面,介绍化学品生物合成的最新前沿、挑战以及潜在解决方案.