目的:制备聚乙烯醇（PVA）/羟基磷灰石（HA）复合栓塞微球，并对其理化性能进行研究。方法:将PVA与HA的混合溶液作为分散相、含有失水山梨糖醇脂肪酸酯的液体石蜡作为连续相，以戊二醛为交联剂采用反相悬浮化学交联法，制备PVA/HA复合栓塞微球。采用光学显微镜和扫描电镜对PVA/HA复合栓塞的外观形貌、粒径分布以及微观形貌进行观察，采用傅里叶红外光谱对PVA/HA复合栓塞微球的化学结构进行表征，并对PVA/HA复合栓塞微球的弹性以及载药和释药等性能进行测试。结果:PVA/HA复合栓塞微球为内部多孔状圆形小球，粒径分布为50~300 μm，弹性性能为（13.6±0.145）kPa，为PVA微球的2.28倍，载药量达（76.80±1.22）mg/g，包封率为（38.4±12.7）%，7 d内最高累积释放率为（7.37±0.101）%，最高累积释药量为（256.2±9.8）μg。结论:PVA/HA复合栓塞微球具有良好的机械性能和载药释药性能，为其作为医疗器械提供了重要参考依据。

聚羟基脂肪酸酯解聚酶(polyhydroxyalkanoate depolymerase,PHAD)可用于聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoate,PHA)的降解回收,为开发热稳定性好的 PHAD,本研究在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中成功表达了来自短须嗜热单孢菌(Thermomonospora umbrina)的PHA解聚酶(TumPHAD),并通过二硫键理性设计获得了热稳定性提升的突变体A190C/V240C,其最适温度为 60℃,比野生型提高 20℃,50℃半衰期为 7 h,是野生型酶的 21 倍.将突变体A190C/V240C用于典型PHA之一的聚羟基丁酸酯(polyhydroxybutyrate,PHB)降解,在 50℃条件下,PHB的 2 h和 12 h降解率较野生型分别提高了 2.1 倍和 3.8 倍.本研究获得的TumPHAD突变体A190C/V240C具有耐高温、热稳定性好和PHB降解能力强的特点,对PHB的降解回收具有重要意义.

3羟基丁酸(3HB)是具有羟基结构的阴离子小分子酸性代谢物,存在两种对映体,与细胞的生长、增殖和抗氧化应激等有关,且在一定浓度范围内具有良好的生物安全性.除了早期的癫痫治疗,随着近些年生酮饮食的流行,人们逐步发现外源性补充3HB与多种代谢疾病的治疗存在关联.本文阐述3HB的生理功能、理化特征、毒理及生物安全性,及其作为潜在的药物分子在癫痫、减肥(体重控制)、全身性炎症、失血性休克、癌症、炎症性肠病、动脉粥样硬化、糖尿病、骨质疏松、神经疾病(如帕金森病、阿尔茨海默病和亨廷顿症)、肌肉萎缩症、新冠肺炎、抗衰老等医学诸多领域的应用进展.外源性补充3HB对多种疾病存在治疗与预防作用,具有潜在的临床转化意义,同时也存在一定的局限性.本文为人类外源性补充酮体3羟基丁酸用于部分疾病治疗提供参考方案.

聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoate,PHA)作为一类广泛存在于微生物胞内的高分子聚酯,具有可完全生物降解性和优良生物相容性,被认为是最具环保潜力的生物基高分子材料.近年来,随着合成生物学技术在PHA合成菌改造中的应用,以及社会经济发展对PHA这类生物可降解材料潜在需求的日益增加,PHA的生物发酵工艺取得了一定突破,而提取成本成为了限制PHA商业化应用的关键要素.系统阐述了采用物理、化学和生物法提取PHA的技术工艺,概述了各种技术工艺的原理,并对各工艺的优缺点进行了比较分析,以期为PHA提取的进一步降本增效提供信息参考.基于PHA提取工艺开发现状,也对其发展方向进行了展望.目前PHA提取工艺通常为多种提取方法的结合使用,以改善单一提取工艺本身的局限性,但其工艺条件仍有待优化.采用合成生物技术,构建新型PHA回收生物体系,是未来进一步降低PHA提取成本的有效策略.

聚羟基脂肪酸酯作为性质优良的生物塑料,引起了广泛的关注.由于聚羟基脂肪酸合成酶PhaC特异性较强,难以通过生物合成方法获得含乳酸单体聚合物.为了实现乳酸的聚合,PhaC的筛选至关重要.以甘油为底物,通过引入Klebsiella pneumoniae的甘油脱水酶DhaB123及其激活因子GdrAB以及Salmonella typhimurium LT2的丙醛脱氢酶基因PduP,获得3-羟基丙酰辅酶A;通过引入Megasphaera elsdenii DSM 20460的丙酰辅酶A转移酶PCT,获得乳酰辅酶A;并对3种不同聚羟基脂肪酸合成酶的作用进行考察.在Pseudomonas putida的原始酶PhaC1或者PhaC2的作用下,不能实现乳酸的聚合;而在双位点突变(Ser325 Thr和Gln481 Lys)的PhaC1(STQK)存在条件下,重组菌可以利用甘油合成聚3-羟基丙酸-co-乳酸.经过对溶氧、有机氮源等发酵条件的优化,聚3-羟基丙酸-co-乳酸的产量可以达到0.22g/L,占细胞干重的3.2％,是含乳酸单体聚合物生物合成研究的一次有益尝试.

活性污泥(简称污泥)是废水处理产生的副产物,量大而且难以处理.本研究通过对污泥的高温热裂解处理,获得可用于培养微生物的营养物质.实验发现污泥热裂解液可以取代培养嗜盐单胞菌Halomonas CJN的氮磷源、酵母膏和微量元素,来生产生物可降解塑料聚-3-羟基丁酸酯(PHB).进一步发现厌氧发酵污泥热裂解液产生的乙酸可以取代葡萄糖来作为碳源支持微生物的生长.这样,可以实现利用污泥热裂解液来生产生物塑料PHB.通过进一步在Halomonas CJN中构建附加PHB合成路径,可以实现完全用污泥热裂解液来高效生产PHB,粗略估计使PHB的制造成本从30 000元/t下降到20 000元/t,实现污泥变废为宝的目标.

聚3-羟基丙酸酯(P3HP)作为聚羟基脂肪酸酯家族(PHAs)中的新型热塑性塑料,具有生物降解性和生物相容性等优点.目前,未见野生微生物可以合成P3HP的报道,生产途径主要为化学法和生物法.其中,通过化学法或添加 3-HP 单体及其结构类似物作为前体的 P3HP 合成效率低、成本高且不具环保性;而通过构建和改造工程菌的生物代谢途径,能够利用廉价、可再生的碳源,已经逐渐成为研究热点.文中综述了国内外P3HP生物合成研究进展,并对甘油途径、丙二酸单酰辅酶A(Malonyl-CoA)途径和β-丙氨酸途径等合成方法进行了优缺点分析,为生物合成P3HP的深入研究奠定理论基础.

聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,简称PHA)是由微生物合成的天然高分子基材料,作为微生物碳源和能源的储备物质.目前,PHA的单体种类有150多种,致使PHA的品种繁多、材料学性质各不相同.PHA具有材料多变性、非线性光学性能、压电性能、气体阻隔性能、热塑性、生物可降解性、良好的生物相容性等特点,使其在塑料包装、化工、医药、农业、生物能源等诸多领域的具有很大的应用前景.文中系统介绍了目前PHA的应用和未来的发展.

聚3-羟基丁酸乳酸酯[Poly(3-hydroxybutyrate-co-lactate),P(3HB-co-LA)],属于聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,PHA)家族的一员,是一种具有良好生物相容性和可降解性的天然高分子生物材料.文中通过在大肠杆菌中引入来源于富养罗尔斯通氏菌Ralstonia eutropha的β-酮硫解酶、乙酰乙酰CoA还原酶、来源于丙酸梭菌Clostridium propionicum的丙酰CoA转移酶突变体以及荧光假单胞菌Pseudomonasfluorescens strain 2P24来源的PHA合成酶突变体等异源酶,成功实现了一步法利用葡萄糖合成P(3HB-co-LA),其中乳酸组分的摩尔百分比达到1.6％,聚合物含量为83.9 wt％.在此基础上,通过敲除辅酶Q8合成所需的黄素异戊烯基转移酶基因(ubiX)来弱化呼吸链水平,从而增强乳酸积累,并进一步缺失乳酸脱氢酶基因(dld)以减少乳酸在发酵后期转化成丙酮酸,最终将P(3HB-co-LA)中乳酸组分的摩尔百分比提高至14.1％,而聚合物含量为81.7 wt％.上述实验结果表明,采用弱化呼吸链水平策略可有效提高聚合物中乳酸组分的摩尔百分比,从而提供了一种改变生物合成聚合物中单体组分含量的新思路.

以大肠杆菌为宿主,构建了以葡萄糖和木糖为底物获得乙醇酸、乳酸和3-羟基丁酸共聚酯的生物合成途径,包括过表达塔格糖-3-差向异构酶、核酮糖激酶、醛缩酶、醛脱氢酶、丙酰辅酶A转移酶、p-酮硫解酶、乙酰乙酰辅酶A还原酶和聚合酶等.在此基础上,表达聚羟基脂肪酸酯颗粒结合蛋白,提高了聚合物的合成,重组菌的细胞干重达到3.73 g/L,含有38.72 wt％的共聚酯.采用混菌共培养策略,实现以葡萄糖和木糖混合物为底物合成共聚酯,摇瓶实验中细胞干重达到4.01 g/L,含有21.54 wt％的聚合物.文中提供了一种以葡萄糖和木糖混合物为碳源合成聚合物的方法,为下一步纤维素水解物的有效利用提供了参考.