Metabolic Engineering - 国家生化工程技术研究中心 - 南京工业大学
Nisin的生产_提纯和检测
Nisin的生产、提纯和检测李增利(江苏科技大学生化部,镇江212004)摘要:Nisin是一种由乳酸乳球菌产生的羊毛硫氨酸类细菌素,在许多国家被许可作为生物防腐剂。
Nisin 的产量受许多因素的制约,如产生菌性能、培养基组成(碳源、氮源、磷源和阳离子)、发酵条件(pH、温度、搅拌、通风)、发酵类型(分批发酵、连续发酵、自由细胞、固定化细胞)等;大规模回收和纯化Nisin主要采用一些基于吸附-解析或者相分配原理的方法;最常用的定量检测Nisin的方法主要有生物分析法和免疫检测法,采用各种特定nisin抗体的免疫检测方法具有迅速、灵敏、准确等特性并能实现Nisin的在线检测。
关键词:乳酸乳球菌,Nisin,发酵生产,提纯,检测,免疫分析Production,Purification and Quantification of NisinLi Z engli(Dept.of Biochemical Engineering,Jiangsu University of Science and T echnology,Zhenjiang Jiangsu212004)Abstract:Nisin,a lantibiotic-type bacteriocin produced by various strains of Lactococcus lactis ctis,is licensed for use as a food biopreservative in many countries.The m ore recent developments in the production,purification and determination of nisin were reviewed.Nisin production was affected by numerous factors,including the producing strain,com position of the fermentation medium(carbohydrate,nitrogen and phosphorus s ources,cations),fermentative conditions(pH,tem perature,ag2 itation and aeration)and fermentation types(batch and continuous culture using free cell or imm obilized cell).Several integrat2 ed processes based on ads orption/des orption or on phase partitioning have been built for recovery and purification of nisin.The m ost comm on methods of nisin detection and quantification are Bioassay,such as agar diffusion ing immunological tech2 niques many immunoassay using the specific anti-nisin antibodies were developed and used for rapid and sensitive detecting and quantifying of nisin,and suitability for distinguishing active from inactive forms,and for the on-line m onitoring of nisin.K ey w ords:Lactococcus lactis ctis,Nisin,Fermentative production,Purification,Quantification,Immunoassay 随着“天然化”食品的发展,天然食品防腐剂倍受青睐。
代谢工程概述
代谢工程的一些基本定义
代谢流和碳骨架物质流：代谢物在代谢途径中 流动形成代谢流。在代谢工程领域代谢流往往 是指骨架物质流。
代谢主流：在一定的培养条件下，代谢物再代 谢网络中流动，流量相对集中的代谢流叫做该 条件下的代谢主流。代谢途径的延伸和改变都 会改变代谢主流，从而实现新基质的利用和新 产品的开发。代谢主流的测定是代谢工程的重 要组成部分。
代谢工程的一些基本定义
载流途经：代谢主流流经的代谢途径为主要载流途经， 简称载流途经。在代谢工程研究中载流途经是指碳流 在代谢网络中通过的主要途径。
代谢主流的变动性和选择性：生物细胞的代谢主流处 于不断的变化之中，其方向、流量甚至代谢主流的载 流途经都可能发生变化。这就是代谢主流的变动性和 代谢主流对代谢网络途径的选择性。这种变动和选择 的根据在于生物细胞的遗传物质，选择的原因在于细 胞所处的环境条件的变化。
（2）共合成法在生物合成中的应用
（3）酶的诱导合成和分解代谢产物阻遏
（4）无机磷对生物合成的调节
3.研究生物合成机制的常用方法
（1）刺激实验法
（2）同位素示踪法
（3）洗涤菌丝悬浮法
（4）无细胞抽提法
（5）遗传特性诱变法
代谢工程的研究方法
1分子生物学方法：构建特殊的基因转移系统，尤其对于具有较 高生产价值的微生物，具有重要意义。例如Backman等利用切 割载体获得Tyr营养突变型，为构建苯丙氨酸的生产菌株奠定基 础。
途径工程，张惠展，2003 基因工程原理，吴乃虎，2004 代谢工程，张蓓等，天津大学出版社，2003
01绪论 代谢工程概述 授课教师：李强
本章内容
§1.1代谢工程的产生和概念的演变 §1.2代谢工程的研究内容 §1.3 代谢工程的应用领域和前景
生物反应工程原理
各种微生物构成的混合培养系统； • （2）几乎全部采用连续操作； • （3）微生物所处的环境条件波动大； • （4）反应的目的是消除有害物质而不是生成代谢
产物和微生物细胞本身；
④简介其他分类方法
• 按获取能量的方式分——好氧发酵酵，次级代
• 高技术：世界所拥有的先进技术构成的一个强 大的、活跃的技术群体，叫做高技术。高技术 凝聚着人类早期的发明和近期的创造，代表着 当代的科技文明。
• 我国正在实行的高技术：生物技术、信息技术 、新材料技术、新能源技术、海洋技术、空间 技术。
• 生物技术（工程）的研究内容：基因工程；酶 工程；细胞工程；发酵工程；生物反应器；生 化分离工程；
生物（生化）反应过程：
从应用的观点出发可将生物技术 进行如下分类：
• 工业生物技术 • 农业生物技术 • 医药生物技术 • 环境生物技术
生物现象
Bio-appearance
• 从自然现象说起： 最初原始性的种植方式到现代化农业;
由无序到计划性……。 • 从我们每一个人，即个体说起：
由上帝创造人类到生命起源的……。 • 从现代化的生物工业生产而言：
• 工程本质上是具有价值取向的主体作用于 客体、主观思维物化为客观实体的一种目 标导向的活动和过程。
生物技术（工程） bioengineering/biotechnology ：
• 生物技术是应用自然科学及工程学的原 理，依靠生物催化剂（biological agents)的作用将物料进行加工以提供产 品或为社会服务的技术。 ——1982年国 际经济合作及发展组织
谢产物发酵；食品发酵，有机酸发酵，氨基酸 发酵，维生素发酵，抗生素发酵…… • 按操作类型分——自然发酵，纯种发酵，混种 发酵；分批发酵，半连续发酵，连续发酵；固 态发酵，液态发酵 • 反应产物或服务的性质 • 按产物所属国民经济部门
LetPub-JCR2012-期刊
0239-7528 1851-2372 1224-2780 2146-3123 1860-5397 1876-2883 1757-6180 1369-703X 1934-8630 0791-7945 1996-3599 0324-1130 0525-1931 0144-8617 0008-6223 1897-5593 1664-3828 1634-0744 1842-4090 2044-4753 0920-5861 1933-6918 2045-3701 1478-811X 2228-5806 2211-1247 0008-8846 1895-1066 1733-7178 2081-9900 1868-4904 0008-8994 0272-8842 0862-5468 0173-9913 1584-8663 0352-9568 1612-1872 1752-153X 1359-7345 0275-7540 0098-6445 1385-8947 0009-2347 0255-2701 0360-7275 0263-8762 0009-2509 0930-7516 0009-2460 0009-3122 1451-9372 0009-3068 0251-0790
B POL ACAD SCI-TECH B SOC ARGENT BOT BALK J GEOM APPL BALK MED J BEILSTEIN J ORG CHEM BENEF MICROBES BIOANALYSIS BIOCHEM ENG J BIOINTERPHASES BIOL ENVIRON BUILD SIMUL-CHINA BULG CHEM COMMUN BUNSEKI KAGAKU CARBOHYD POLYM CARBON CARDIOL J CARDIORENAL MED CARNETS GEOL CARPATH J EARTH ENV CATAL SCI TECHNOL CATAL TODAY CELL ADHES MIGR CELL BIOSCI CELL COMMUN SIGNAL CELL J CELL REP CEMENT CONCRETE RES CENT EUR J CHEM CENT EUR J ENERG MAT CENT EUR J GEOSCI CENT EUR NEUROSURG CENTAURUS CERAM INT CERAM-SILIKATY CFI-CERAM FORUM INT CHALCOGENIDE LETT CHEM BIOCHEM ENG Q CHEM BIODIVERS CHEM CENT J CHEM COMMUN CHEM ECOL CHEM ENG COMMUN CHEM ENG J CHEM ENG NEWS CHEM ENG PROCESS CHEM ENG PROG CHEM ENG RES DES CHEM ENG SCI CHEM ENG TECHNOL CHEM ENG-NEW YORK CHEM HETEROCYCL COM+ CHEM IND CHEM ENG Q CHEM IND-LONDON CHEM J CHINESE U
基因敲除技术及其进展
基因敲除技术研究进展及其在代谢工程上的应用The Current Status of Gene Knockout and its Application in MetabolicEngineering天津大学化工学院二零壹六年六月摘要基因敲除技术是20世纪80年代发展起来一项重要的分子生物学技术，在微生物代谢工程，动植物改造以及功能基因研究方面具有广泛的应用。
本文介绍了基因敲除的策略和在代谢工程中的作用，着重介绍了四种新兴的基因敲除策略：RNAi，ZFN，TALENs以及最近研究火热的CRISPR/Cas9。
并在最后展望了基因敲除技术尤其是新兴技术在相关领域的发展趋势，为基因敲除技术的进一步发展提供了参考。
关键词：基因敲除代谢工程同源重组CRISPR/Cas9ABSTRACTGene Knockout is an important molecular biotechnology which has developed sine 1980. It has been proved efficient in microbial metabolic engineering, transform of nimals and plants and functional genomics. In this review, we mainly introduced the strategies of gene knockout and its application in metabolic engineering.And four new strategies RNAi, ZFN, TALENs and CRISPR/Cas9 were highlighted in detail. At last, developing frontiers and application prospects of gene knockout were further discussed.KEY WORDS：gene knockout, metabolic engineering, homologous recombination, CRISPR/Cas9目录第一章基因敲除技术 (1)1.1基因敲除相关背景 (1)1.2基因敲除技术在代谢工程中的应用 (2)第二章基因敲除策略 (3)2.1传统的基因敲除策略 (3)2.1.1利用同源重组进行基因敲除 (3)2.1.2利用随机插入突变进行基因敲除 (4)2.2新兴的基因敲除策略 (5)2.2.1 利用RNA干扰引起的基因敲除 (5)2.2.2 锌指核酸酶基因打靶技术 (5)2.2.3 TALENs 靶向基因敲除技术 (6)2.2.4 CRISPR/CAS9基因敲除技术 (7)第三章前景展望 (9)参考文献 (10)致谢 (11)第一章基因敲除技术1.1基因敲除相关背景随着测序技术的迅速发展，生物体基因功能的研究已经成为当下最热门的课题。
常压下甲醇_碳酸二甲酯汽液平衡测定及其萃取剂选择
第39卷第8期2011年8月化学工程CHEMICAL ENGINEERING （CHINA ）Vol．39No．8Aug．2011收稿日期：2011-03-11基金项目：国家自然科学基金资助项目（20476005）；国家科技支撑计划课题子课题（2006BA109B07-01）作者简介：李群生（1963—），男，博士，教授，从事精馏、吸收、超临界萃取、连续结晶理论与技术的研究，E-mail ：liqsh@buct．edu．cn ；朱炜，通讯联系人，E-mail ：zw198204@163．com 。
常压下甲醇-碳酸二甲酯汽液平衡测定及其萃取剂选择李群生1，朱炜1，付永泉1，高东江2，王海川1，王浩1，李仑1（1．北京化工大学化学工程学院，北京100029；2．兰州新西部维尼龙有限公司，甘肃兰州730094）摘要：甲醇（MeOH ）与尿素催化合成碳酸二甲酯的工艺路线是目前最有发展前途的一种合成方法，但该过程中由于使用了过量的甲醇，在合成中形成了碳酸二甲酯和甲醇的共沸物，分离困难。
已报道的分离方法中萃取精馏，在经济效益、操作和安全方面都优于其他方法。
草酸二甲酯，碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯均可作为萃取精馏分离DMC 的萃取剂，但MeOH-DMC-萃取剂萃取精馏的数学模型尚未见报道，所以有必要研究MeOH-DMC 及其与萃取剂体系的汽液平衡数据。
本文在常压下，用改进的Othmer 釜测定了MeOH-DMC 二元汽液平衡数据，并用Margules ，Van Laar ，Wilson ，NRTL ，UNIQUAC 方程对实验数据进行了关联，并利用UNIFAC 方程模拟推算了MeOH-DMC-萃取剂（草酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯）三元体系在常压下的汽液平衡，为建立萃取精馏法分离DMC 与甲醇共沸体系的数学模型提供了必要的汽液平衡（VLE ）数据。
关键词：碳酸二甲酯；甲醇；萃取剂；汽液平衡中图分类号：TQ 013．1文献标识码：A文章编号：1005-9954（2011）08-0044-04Vapor-liquid equilibrium of methanol-dimethyl carbonate atnormal pressure and selection of extractantLI Qun-sheng 1，ZHU Wei 1，FU Yong-quan 1，GAO Dong-jiang 2，WANG Hai-chuan 1，WANG Hao 1，LI Lun 1（1．College of Chemical Engineering ，Beijing University of Chemical Technology ，Beijing 100029，China ；2．Lanzhou New West Vinylon Company Limited ，Lanzhou 730094，Gansu Province ，China ）Abstract ：The route of catalytic synthesizing dimethyl carbonate by methanol （MeOH ）and urea is the most promising synthetic method．But because of the excessive use of methanol ，it is difficult to separate dimethyl carbonate and methanol mixture due to the existence of azeotrope in this process．Extractive distillation is more economical ，simple ，safe and effective than the other separation methods reported ，and dimethyl oxalate （DMO ），ethylene carbonate （EC ）and propylene carbonate （PC ）can be used as the extractant．However ，the mathematical model of MeOH-DMC-extractant was not reported．So ，it is necessary to study the vapor-liquid equilibrium （VLE ）data of MeOH-DMC and its extractant．The vapor-liquid equilibrium data for the dimethyl carbonate and methanol were measured at normal pressure in a modified Othmer still．The measured binary data were correlated by using Margules ，Van Laar ，Wilson ，NRTL and UNIQUAC models．The normal atmosphere vapor-liquid equilibrium of ternary system MeOH-DMC-extractant （dimethyl oxalate ，ethylene carbonate ，propylene carbonate ）was simulated by using the UNIFAC equation．The VLE data are necessary to separate methanol from DMC by extraction distillation．Key words ：dimethyl carbonate ；methanol ；extractant ；vapor-liquid equilibrium 碳酸二甲酯［1-6］（DMC ）是绿色化工产品，由于其分子中含有羰基、甲氧基和甲基等多种官能团，因此，在有机合成中可作为甲基化试剂代替原来有致癌作用的硫酸二甲酯广泛用于合成农药、医药和燃料等化工生产中。
细胞工程简介
细胞工程主讲人王文星学前导引本课程为必修考试课,理论授课32学时，期末考试闭卷总成绩为100分:出勤+课堂提问占10％，平时测验占20%,期末试卷占70％.平时测验1～次，随堂考试,闭卷。
选用教材：安利国,杨桂文.«细胞工程»第3版，科学出版社，2016主要参考教材：李志勇.«细胞工程»第2版，科学出版社，2010殷红.«细胞工程»第2版,化学工业出版社，2013罗立新等。
«细胞工程»,华南理工大学出版社，2003第1章细胞工程简介内容提要一、定义五、主要研究内容二、与其它生物工程的关系六、重要应用三、发展历史七、本章小结四、研究对象八、思考题一、细胞工程定义细胞工程:应用细胞生物学和分子生物学的方法,通过类似于工程学的步骤，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质以获取新型生物或特种细胞产品的一门科学技术。
广义的细胞工程：包括所有的生物组织、器官及细胞离体操作和培养技术，狭义的细胞工程则是指细胞融合和细胞培养技术。
二、细胞工程与其它生物工程的关系生物化学工程为基因工程、细胞工程、微生物工程、蛋白质工程、酶工程、代谢工程提供产业化技术支持.基因工程技术为细胞工程提供转基因细胞。
细胞工程技术为微生物工程、酶工程及工程产业化提供充足的经过遗传改良和性状稳定的微生物、动植物细胞原料.总结：细胞工程技术是现代生物工程技术各领域连接的桥梁和纽带；与其它生物工程技术是密切联系，不可分割的有机整体。
三、细胞工程发展历史细胞工程的理论基础是细胞学说和细胞全能性学说。
在植物学界，100年前，德国学者Haberlandt（1902)发表了著名的论文《植物细胞离体培养实验》,提出了细胞全能性的观点。
20AD中叶，植物细胞组织培养与细胞的遗传操作相结合，发展成为植物细胞工程。
20AD60s末兴起的植物单倍体技术是一项在植物育种上用途广泛的细胞工程技术。
材料表面浸润性对细菌粘附的影响
的。因此， 分
浸润性对其抗细菌粘
附 的 有于人们理
的作
用机理。
Hale Waihona Puke 作化接的方，制浸润性
的十
/
、十
，
抗细菌粘附
的
，
/ 对)
分 浸润性对其
中常
的有菌：大肠杆菌、铜绿假单胞菌及金黄色葡
萄球菌的粘附
对比，发现随着材料
性的增加，其抗细菌粘附的 显著提升。另外，
的性也对其抗细菌粘附的 有影响，
带负
的抗菌性明显优于 带正电的
研究论文
材料表面浸润性对细菌粘附的影响
,
,
,
6
(食品科学与技术国家重点实验室，江南大学，江苏无锡214122)
摘要：材料表面的细菌粘附常引起食品腐败或植入性感染，有时甚至会引发疾病，而控制细菌 在材料表面的初始粘附能够减少这些安全隐N。作者通过化学接枝的方法，制备了不同表面浸 润性的材料，并与大肠杆菌、铜绿假单胞菌及金黄色葡萄球菌等3种常见致病菌共同培养,系统 地研究了材料表面浸润性对细菌粘附的影响。研究结果表明，随着材料表面疏水性的增加，其抗 细菌粘附能力显著提升。另夕卜，表面带负电材料的抗菌能力更强。这些结果能够帮助理解细菌在 材料表面粘附的内在机理，同时有助于抗菌材料的设计和制备。 关键词：表面接枝；表面浸润性；抑制细菌粘附；生物膜 中图分类号:TS 206.1 文章编号：1673-1689(2019)03-0026-06 DOI: 10.3969/j.issn. 1673-1689.2019.03.004
要的意义。
生物膜的形成分为5个阶段，可逆接触阶段# 不可逆接触阶段、菌落形成阶段、生物膜成熟阶段
以及生物膜老化脱落阶段叫其中，细菌粘附是生物
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课题组研究特色
瞄准国家和社会发展重大需求，以工程 创新和技术创新为切入点，研究生物制造 化学品的共性关键技术
形成“基础研究—共性关键技术研究— 应用研究”的特色
课题组荣誉
国家杰出青年基金 生物化工学科多年空缺，第一个获得该基金（目前两位） 教育部长江学者 第一个获得该基金（目前两位） 国家万人计划 我院唯一 国家技术发明奖二等奖 第一个获国家技术发明奖（目前共3个），正在申报课题组 第二个国家级奖励。 教育部创新团队 本校仅两项，本课题组获得一项，生物化工领域唯一一项 “333”第一层次人才 江苏省共37位，本校有两位，应老师是其中一位
课题组荣誉
国家“八五”科技攻关重大成果奖 第六届江苏省专利奖优秀奖 江苏省科学技术一等奖 石油与化学工业协会技术发明一等奖（2项）
第七届江苏省青年科技奖 江苏省教学成果一等奖 江苏省高等学校一类优秀课程 石油和化学工业局科技进步一等奖 2014年度江苏省科学技术一等奖
相关研究成果在Electro. Chem.、ChemElectroChem、Int. J Hydrogen Energ.等
高水平期刊发表SCI收录论文15篇； 申请专利6项。
课题组主要老师简介
柳东：博士，讲师
2005年推荐免试进入应汉杰课题组硕博连读，荣获 2013年博士研究生国家奖学金、江苏圣奥奖学金、 南京工业大学优秀博士毕业生。 研究方向：代谢工程与发酵工艺研发 参与项目： 酿酒酵母全细胞催化合成高能磷酰化合物 UMP 芽孢乳杆菌发酵生产D-乳酸的研究 丙酮丁醇梭菌代谢工程及高效发酵工艺开发 发表文章：
课题组主要老师简介
陈晓春：博士，副研究员，入选江苏省六大人才高峰
研究方向微生物诱变育种及其代谢调控 参与项目： 863项目全细胞催化高能磷酰化合物的关键 技术研究及其应用(2006AA02Z236)； 973计划子项目代谢途径的反馈抑制和反馈阻遏机理 (2007CB707803)。 发表文章： 总共发表SCI文章12篇，总影响因子达到20 申请专利8项 获得奖项： 石油与化学工业协会技术发明一等奖 教育部技术发明二等奖
课题组主要老师简介
朱晨杰：博士，讲师
国家公派留学美国明尼苏达大学 (University of Minnesota), 师从世界催化界领军人物Viktor V. Zhdankin教授，从事绿 色有机合成、有机小分子催化及仿生催化等方向的研究。
研究方向： 生物质催化及高值化利用、辅因子工程 主持项目： 中国青年科学基金项目 (编号：21406110) 江苏省青年科学基金项目 (编号： BK20140938) 天冠车用燃料重点实验室开放基金（编号： KFKT2013001 ） 发表文章： 近年来在Angewandte Chemie International Edition, ChemSusChem, Green Chemistry, Chemical Communications, Organic Letters, Advanced Synthesis & Catalysis等高水平期刊发表SCI论文近20篇，影响因子总和超过80，他引120余 次，H指数为8，参与撰写英文专著2本。
课题组主要老师简介
庄 伟：博士，助理研究员
南京工业大学 化学工程专业 从事纳米材料合成及纳米生物界面上生物分子固定化 机制研究。
研究方向：
纳米生物分子固定化、结晶机制 主持项目：
江苏省青年科学基金、博后基金; (编号：BK20130929，1301038B)
中国博士后科学基金；(编号：2014M561641) 发表文章：
以第一作者在Metabolic Engineering（我校首次）、Biotechnology and Biofuels、 Bioresource Technology等期刊发表SCI文章5篇，总影响因子达到23。申请专利共5项， 其中PCT专利一项。
课题组主要老师简介
牛欢青：助理研究员
课题组主要老师简介
陈勇：博士，副研究员，入选江苏省六大人才高峰
研究方向： 生物能源的开发利用 主持项目： 国家支撑计划 生物催化过程优化、调控及示范 国家自然科学基金：面上及青年基金各一项 发表文章：总共发表SCI文章20余篇，其中SCI收录一作及共一作文章十余篇， 申请专利25项，其中PCT专利4项
发表SCI文章120余篇，专利授权80余项。
国家杰出青年基金获得者 教育部长江学者特聘教授 国家“万人计划” 国家“863”主题专家 教育部创新团队“生物炼制化 学品”带头人 中国生物工程学会副理事长 江苏省“333”第一层次培养对象 全国优秀教师 Biotechnol Technol; Appl Microbiol and Biotechnol等国内外著 名杂志审稿人。
获得奖项 石油与化学工业协会技术发明一等奖 2010 教育部技术发明二等奖 2011 2014年度江苏省科学技术一等奖 2014
课题组主要老师简介
吴菁岚：博士（德国），副研究员
研究方向为生物分离，在色谱分离、模拟移动床以及分离 技术集成方面具有丰富经验。 参与项目： 利用工业化色谱分离技术从柠檬酸发酵液中分离提取柠檬酸； 利用液-液吸附色谱分离技术提纯蜂蜡； 糖醇的工业色谱分离纯化技术及工程化研究。 发表文章： 总共发表文章9篇，其中SCI收录2篇 获得奖项： 江苏省科技进步二等奖 中国轻工业联合会科技进步二等奖
本团队获奖档次及数量在学院独占鳌头！
课题组组成构架
应汉杰 教授 （课题组负责人） 统筹规划
合成生物学 小组
生物催化与 化学催化小组
分离结晶与 过程集成小组
课题组主要老师简介
课题组负责人 应汉杰 博士，教授，博士生导师
主要研究方向为生物化工，在辅因子代谢工程和生
物过程强化与集成技术应用方面取得了突破性进展， 曾荣获国家技术发明二等奖1项，省部级奖项4项。