第一章提綱第一節(jié)：環(huán)境生物技術(shù)內(nèi)涵、特點、研究范疇

第二節(jié)：環(huán)境生物技術(shù)發(fā)展趨勢與熱點問題第三節(jié)：典型環(huán)境生物技術(shù)簡介第一節(jié)環(huán)境生物技術(shù)內(nèi)涵、特點及研究范疇1.1生物技術(shù)1.2環(huán)境生物技術(shù)源起1.3環(huán)境生物技術(shù)內(nèi)涵、特點和研究范疇1.1生物技術(shù)○生物技術(shù)定義：以現(xiàn)代生命科學為基礎(chǔ)，結(jié)合先進的工程技術(shù)手段和其他基礎(chǔ)學科的科學原理，按照預期目標，設(shè)計改造生

物體，合成所需產(chǎn)品等●生物技術(shù)包括基因工程、酶工程、細胞工程和發(fā)酵工程等，已廣泛應(yīng)用于衣業(yè)、醫(yī)藥、化工、食品、環(huán)境保護等領(lǐng)域工業(yè)生物技術(shù)生物技術(shù)Engieeingautoimmunediseasescell

reprogramming醫(yī)學生物技術(shù)1.1生物技術(shù)生物技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域環(huán)境生物技術(shù)植物生物技術(shù)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)食品生物技術(shù)動物生物技術(shù)第一節(jié)環(huán)境生物技術(shù)內(nèi)涵、特點及研究范疇1.1生物技術(shù)1.2環(huán)境生物技術(shù)源起1.3環(huán)境生物技術(shù)內(nèi)涵、特點和研究范疇1.2環(huán)境生物技術(shù)源起環(huán)境污染問題日益凸顯，成為制約人類可持續(xù)發(fā)展的重

大問題土地利用

Nature,2009,461:472毒性大

污染重

威脅健康

損失巨大化工企業(yè)排放污水

流域水污染

中國涉工業(yè)水污染“癌癥村”1.2環(huán)境生物技術(shù)源起環(huán)境污染問題日益凸顯，成為制約人類可持續(xù)發(fā)展的重

大問題(如：難降解工業(yè)廢水處理：世界性難題)1.2環(huán)境生物技術(shù)源起環(huán)境污染問題日益凸顯，成為制約人類可持續(xù)發(fā)展的重

大問題(如：我國地表水體水質(zhì)型缺水問題嚴峻)1.2環(huán)境生物技術(shù)源起環(huán)境污染問題日益凸顯，成為制約人類可持續(xù)發(fā)展的重

大問題(如：我國土壤污染問題嚴重)Loudi,Hunan:Cr

contamination,

2009Zijing

mine,Fujian:leakageof

copperacidwater,2010Dabao

Mountain,

Guangdong:Cdand

Pbcontamination,

2005Liuyang,Hunan:Cd

contamination,2009Zhuzhou,Hunan:Cdcontamination,

2006Yangzonghai,Yunnan:Ascontamination,2008Environment

International

77(2015)5-15Longjiang

River,Guangxi:Cdcontamination,2012Hechi,Guangxi:Ascontamination,

2008Qujing,Yunnan:Cr

contamination,2011Baoji,Shanxi:lead

poisoning,2009第一節(jié)環(huán)境生物技術(shù)內(nèi)涵、特點及研究范疇1.1生物技術(shù)1.2環(huán)境生物技術(shù)源起1.3環(huán)境生物技術(shù)內(nèi)涵、特點和研究范疇1.3環(huán)境生物技術(shù)內(nèi)涵、特點、范疇環(huán)境生物技術(shù)內(nèi)涵：誕生于20世紀80年代末期，以高新技術(shù)為主體，包括對傳統(tǒng)生物技術(shù)的強化與創(chuàng)新廣義上講，凡是自然界涉及環(huán)境污染控制的、與生物技術(shù)有關(guān)的技術(shù)體系，均可稱為環(huán)境生物技術(shù)狹義上講，環(huán)境生物技術(shù)指直接或間接利用生命系統(tǒng)或生物系統(tǒng)某些組成部件的特定功能，建立高效凈化環(huán)境污染、修復受損生態(tài)環(huán)境、以及制取有用物質(zhì)的程技術(shù)系統(tǒng)1.3環(huán)境生物技術(shù)內(nèi)涵、特點、范環(huán)境生物技術(shù)特點：三個層次→

第一層次：

以基因工程為主導的現(xiàn)代污染防治生物技術(shù)，

如基因工程菌構(gòu)建、抗污染型轉(zhuǎn)基因植物培育等→第二層次：

生物處理技術(shù)，如活性污泥法、生物膜法，及其在新的理論和技術(shù)背景下產(chǎn)生的強化生物處理技術(shù)和工藝等◆

第三層次：利用天然(生態(tài))處理系統(tǒng)進行污染治理的技術(shù)，如氧化塘、人工濕地系統(tǒng)等，其特點是最大限度地發(fā)揮自

然界的生物凈化功能1.3環(huán)境生物技術(shù)內(nèi)涵、特點、范疇環(huán)境生物技術(shù)特點：三個層次三個層次中各種工藝與技術(shù)之間存在著相互滲透或交叉應(yīng)用

的現(xiàn)象。為了解決日益嚴重的環(huán)境污染問題，需要配合使用

三個層次的技術(shù)，針對不同的問題，采用特定的技術(shù)或工藝技

術(shù)組合◆

環(huán)境生物技術(shù)涉及生物技術(shù)、工程學、環(huán)境學、生態(tài)學、地

球化學等多學科領(lǐng)域，是生物技術(shù)與環(huán)境污染防治工程以及其他工程技術(shù)緊密結(jié)合形成的交叉領(lǐng)域。因此，既具有較強

的基礎(chǔ)理論特征，又具有鮮明的技術(shù)應(yīng)用特點COB,2014,27:79=87生態(tài)系統(tǒng)水平群落水平種群水平單細胞水平蛋白、脂類和代謝物水平核酸(DNA&RNA)水平CellIsolationFISHEnzymeactivity

FluxomicsProtein,Lipid

&MetaboliteProtein/Lipididentification

Metabolite

profilingNucleic

Acids(DNA&RNA)WholegenomesequencingTranscriptomics(RNA-seq)CurrentOpinion

in

Biotechnology2012,22/21·A82_AOn環(huán)境生物技術(shù)特點：宏觀→微觀EcosystemChemical

analyses

Seismic

and

radar

tomographic

monitoringIsotopechemistry(Modeling,Geology,Hydrology,Metrology)Community1.3環(huán)境生物技術(shù)內(nèi)涵、特點、范疇Functional

geneclonelibraries

Phenotypic

microarrayGeoChipqPCRPLFAStableisotope

probingFluorescentantibodyProteogenomicsFISHImmunomagneticseparation

EnzymeactivityRespiration16S

rRNA

clone

libraryRFLPPopulationMetagenomics

PhyloChipRespiration1.3環(huán)境生物技術(shù)內(nèi)涵、特點、范疇環(huán)境生物技術(shù)的主要范疇→

污染控制生物技術(shù)(如水、氣、固污染防治)→

環(huán)境污染生物修復技術(shù)(如水體生物修復、土壤生物修復)→

污染預防生物技術(shù)(如生物農(nóng)藥、環(huán)境友好材料等)環(huán)境生物檢測/監(jiān)測技術(shù)→

生物處理資源化技術(shù)(如有機廢水、有機廢棄物等)環(huán)境生物技術(shù)范疇：涉及環(huán)境污染控制和生產(chǎn)有用物質(zhì)(能源、資源)的、與生物技術(shù)有關(guān)的工程技術(shù)(方法、工藝、技術(shù)等)1.4本課程的主要內(nèi)容第1章：環(huán)境生物技術(shù)概論(王愛杰，3學時)第2章：微生物學基礎(chǔ)(莊國強，6學時)第3章：微生物代謝(莊國強，6學時)第4章：基因工程原理(戰(zhàn)愛斌，9學時)第5章：酶工程原理(戰(zhàn)愛斌，6學時)第6章：環(huán)境微生物群落分子檢測技術(shù)(鄧曄，6學時)第7章：環(huán)境微生物群落分析方法(鄧曄，9學時)第8章：典型環(huán)境污染物的生物降解與轉(zhuǎn)化(王愛杰，9學時)第9章：生物處理資源化與能源化(王愛杰，6學時)核心內(nèi)容：

圍繞著環(huán)境污染控制的微生物學原理，第二章重點介紹微生物的基礎(chǔ)知識，如微生物的形態(tài)、

細胞結(jié)構(gòu)及功能。第三章重點介紹微生物的碳代謝與

氮代謝，為理解污染物生物降解轉(zhuǎn)化奠定知識基礎(chǔ)第二章、第三章授課教師：莊國強研究員授課時間：3月3日~3月15日1.4本課程的主要內(nèi)容核心內(nèi)容：

圍繞著環(huán)境生物技術(shù)廣泛采用的基因工程及酶工程的主要方法，第四章重點介紹基因工程概念、基本技術(shù)及其生物學原理和技術(shù)方法，第五章重點介紹介紹酶的提取與分離純化、酶分子修飾、酶的

固定化、酶的非水相催化等，從而對分子水平常用的

生物技術(shù)及原理建立系統(tǒng)性認識第四章、第五章授課教師：戰(zhàn)愛斌研究員授課時間：3月17日~3月31日1.4本課程的主要內(nèi)容核心內(nèi)容：在生物群落和生態(tài)系統(tǒng)層面上介紹微生物

群落結(jié)構(gòu)與功能解析所需要的相關(guān)知識。第六章重點

介紹微生物群落的分子檢測技術(shù)；第七章重點介紹微

生物分子鑒定和分析技術(shù)方法，從而對微生物群落的

分析和應(yīng)用建立系統(tǒng)性認識第六章、第七章授課教師：鄧曄研究員授課時間：4月5日~4月19日1.4本課程的主要內(nèi)容核心內(nèi)容：

圍繞著環(huán)境污染控制的生物學原理與相應(yīng)

的工藝技術(shù)，第八章重點介紹典型的有機/無機污染物

的生物降解轉(zhuǎn)化途徑及去除工藝，第九章重點介紹污染

物達標治理過程中實現(xiàn)資源/能源循環(huán)利用的生物學原

理及工藝技術(shù)，從而對課程的全部知識點建立整體性認

識第八章、第九章授課教師：王愛杰研究員授課時間：4月21日~5月5日1.4本課程的主要內(nèi)容核酸(DNA&RNA)

水平蛋白、脂類和代謝物水平單細胞水平種群水平第二章、第三章第四章、第五章第六章、第七章群落水平第八章、第九章

生態(tài)系統(tǒng)水平1.4本課程的主要內(nèi)容主要內(nèi)容之間的相關(guān)性1.4課程參考教材《環(huán)境生物技術(shù)原理與應(yīng)用》翻譯版，(美)Bruce

E.Rittmann,清華大學出版社《EnvironmentalBiotechnology:Theory

andApplication》,JohnWiley

&Sons

Inc,Gareth

M.Evans,JudithC.Furlong.2003《現(xiàn)代環(huán)境生物技術(shù)(第2版)》,王建龍主編，清華大學出版社，2008第二節(jié)環(huán)境生物技術(shù)發(fā)展趨勢與熱點問題2.1環(huán)境生物技術(shù)發(fā)展趨勢2.2環(huán)境生物技術(shù)熱點問題→

1993年，美國《面向21世紀的生物技術(shù)》:環(huán)境生物技術(shù)和醫(yī)學生物技術(shù)并列為重點發(fā)展領(lǐng)域→

1995年，美國《21世紀的生物技術(shù)：新方向》:農(nóng)業(yè)、

環(huán)

境

、生物制造/生物處理和海洋將成為“第二次浪潮”1996年，瑞典制定優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略：生物、信息、材料、環(huán)境等8個領(lǐng)域→

日本第三個科技計劃：生命、納米、信息、環(huán)境…2.1環(huán)境生物技術(shù)發(fā)展趨勢●發(fā)達國家：環(huán)境生物技術(shù)是國家發(fā)展戰(zhàn)略2.1環(huán)境生物技術(shù)發(fā)展趨勢環(huán)境科學

環(huán)境工程生態(tài)學

地球科學能源目前，環(huán)境生物技術(shù)已滲透到多個學科領(lǐng)域，成為知識創(chuàng)新的重要源頭之一2.2環(huán)境生物技術(shù)熱點問題解決重大環(huán)境問題凸顯出特有的優(yōu)勢◆

超級細菌：降解特定環(huán)境污染物→生物菌劑：突發(fā)污染事故、環(huán)境修復→水質(zhì)及病原微生物快速診斷：兩蟲、軍團菌、

…→新型污染物監(jiān)測：生物污染物、非生物污染、

。◎

環(huán)境生物技術(shù)科技熱點問題→環(huán)境污染的生物處理技術(shù)：廢水、廢氣、固廢→環(huán)境污染的高通量診斷與監(jiān)測：生物芯片微生物制劑：突發(fā)污染事故→生物調(diào)控與污染場地生物修復：土壤、地下水等→污染物轉(zhuǎn)化與資源循環(huán)利用生物檢測與高通量診斷生物過程優(yōu)化與調(diào)控環(huán)保生物新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備高性能污染治理生物制劑、絮凝劑等廢棄生物質(zhì)的資源化及能源化煤炭、煙氣、工業(yè)廢氣生物脫硫污染場地生物修復與生態(tài)重建十二五生物技術(shù)發(fā)展規(guī)刻》國科發(fā)社〔2011日588號我國急需發(fā)展的環(huán)境生物技術(shù)2.2我國環(huán)境生物技術(shù)熱點問題第三節(jié)典型環(huán)境生物技術(shù)簡介3.1典型有機污染物生物降解原理與技術(shù)3.2典型重金屬生物轉(zhuǎn)化/吸附/富集原理與技術(shù)3.3土壤/底泥/濕地/地下水生物修復技術(shù)3.4廢水/廢物生物處理資源化與能源化3.1典型有機污染物生物降解原理與技術(shù)有機污染物微生物(真菌)降解◆

真菌生物降解有機污染物如多環(huán)芳烴潛力大運用組學手段可以揭示降解機制、預測修復過程細胞水平子囊菌門Ascomycota分子機制水平OrbiliomycetesPezizomycetesLahmialesMedeolariales

TriblidialesCurrent

Opinion

in

BiotechnologyEurotiomycetes-Laboulbeniomycetes

LichinomycetesLecanoromycetes2016,38:1-8Dothideomycetes

ArthoniomycetesLeotiomycetesSordariomycetesPezizomycotinaSaccharomycotinaTaphiromycotina3.1典型有機污染物生物降解原理與技術(shù)

有機污染物微生物(真菌)降解◆

真菌胞內(nèi)代謝轉(zhuǎn)化多環(huán)芳烴機制LB:

脂質(zhì)體

CYP:

細胞色素P450ER:

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

EH:環(huán)氧化物酶M:

膜

ST:磺基轉(zhuǎn)移酶CM:細胞壁

QR

:醌還原酶V:

液泡G

:

高爾基體P:過氧化物酶體N:

細胞核→理解真菌胞內(nèi)代謝轉(zhuǎn)化多環(huán)芳烴(擴展到其它類有機污

染物)分子機制，可以為生物修復有機污染環(huán)境提供理論指導Current

Opinion

in

Biotechnology2016,20.1o3.1典型有機污染物生物降解原理與技術(shù)持久性鹵代污染物微生物降解溴代阻燃劑生物降解途徑0

resonous1s6還原脫鹵后ANAS195CurrentOpinionin

Bolechnology完全脫鹵產(chǎn)物—二苯醚Sphingomonassp.PH-07

菌存在好氧礦化途徑脫鹵擬球菌Dehalococcoides是厭氧脫鹵主導者Current

Opinion

in

Biotechnology.2016,38:14-23ANAS195ANAS195持久性鹵代污染物微生物降解◆

鹵代聯(lián)苯醚細菌降解途徑Aerobicconditions3.1典型有機污染物生物降解原理與技術(shù)Anaerobicconditions聲3.1典型有機污染物生物降解原理與技術(shù)典型有機污染物細菌降解途徑Toluene

甲苯Ring

cleavagePseudomonasputidaDOT-T1ERing

cleavagePseudomonas

putida

KT2440BiphenylSphingomonas

paucimobilis

UT26

CurrentOpinioninBiotechnology2013,24:467-473γ-hexaclorocyclohexane

(lindane)

六六六Atrazine

阿特拉津,Pseudomonassp.ADP聯(lián)苯Burkholderia

cepacia

LB400Ho

人cOOH

一

硝基酚類細菌降解礦化途徑P.K.Arora

et

al./Journal

of

Hazardous

Materiais266(2014)42-593.1典型有機污染物生物降解原理與技術(shù)4-Nitrophenol

1-4-BenzoquinoneHydroquinone

4-HydroxymuconicsemialdehydeMaleylacetate(c)3.1典型有機污染物生物降解原理與技術(shù)多氯聯(lián)苯生物降解分子機制→基于基因組、比較基因組和轉(zhuǎn)錄組學方法揭示

多氯聯(lián)苯厭氧脫鹵呼吸

菌

Dehalococcoidesmccartyi的還原脫鹵酶

編碼新基因PNAS,2014,111:12103-121083

.

3土壤/底泥/濕地/地下水生物修復技術(shù)地下水中有機污染物原位持續(xù)微生物電修復(引入可

持續(xù)太陽光能，以氯乙烯為例)PCE

DCE)DCE)DCE)CO?H?ODCEContaminantPCEGW

flowCurrent

Opinion

in

Biotechnology,2011,22(3),441-Power

Supply448DCE)DCEPCEPCEPrediction

naturalattenuation預測自然衰減Improved

field

site

model3.3土壤/底泥/濕地/地下水生物修復技術(shù)地下水原位生物修復效能評估與監(jiān)測：提高修復效率Assessment

of

in

situ

biodegradationCurrent

Opinion

in

Biotechnology2016,38:33-38Remediationstrategies修復策略檢測生物標記物(如特定降解基因)Detectionof

biomarkers水文化掌評估氧化還原條件Hydrochemistryforevaluationofredoxconditions污染物和產(chǎn)物濃度Contaminant&productconcentration多元素化合物特異穩(wěn)定性同位素CSIA(a)

(b)

Pollutants

Abiotic

factorsparBpancIncP-9

backboneHabitatIR1IR2

IR3nahAb

nahAd

nahF

nahQ

nahDTn4655

left

endPopulationnahT

nahl

naht

nahM

nahIX

21

att

tnplnahH

naho

nahk

nahY

IR52operpn/pathwayGene/enpzymempri

36Tn4655

right

end3.3土壤/底泥/濕地/地下水生物修復技術(shù)Lab-scale生物降解與實際原位生物修復過程有較大區(qū)別實際生物修復涉及更多層面的因素，而不僅僅是單細胞生物降解水平(降解基因、操縱子、調(diào)節(jié)子、降解酶)如何讓生物修復過程可控與可持續(xù)化?需考慮菌株生理學和微生物生態(tài)學Trends

in

Biotechnology,2013,31(6):329-

TRENDS

in

BiotechnologyNicheCommunitynahAanahAc

nahc

nahECellGenomempff

35

mpfo34

mpfl

mpfHIncP-9backbonetraB

tracIncP-9backboneIR4

nahRSitempfC222trAnahG2932Complexity第三節(jié)典型環(huán)境生物技術(shù)簡介3.1典型有機污染物生物降解原理與技術(shù)3.2典型重金屬生物轉(zhuǎn)化/吸附/富集原理與技術(shù)3.3土壤/底泥/濕地/地下水生物修復技術(shù)3.4廢水/廢物生物處理資源化與能源化WASTEWATER

WORKSExtractingcarbon,nitrogenandphosphoruscompoundsfrom

usedwater

using

a

series

of

reactorswould

transform

treatment

plantsinto—Usedwater(C,N,P)。Anaerobic

reactorsPhosphate

andammonium

ions

areselectivelycaptured,concentratedandsoldElectricity

for

agricultural

use.treatmentFertilizerseparationlonexchangers

-Irrigation灌溉深度純化Advancedpurification工業(yè)和服務(wù)用水Industrialand飲用水DrinkingwaterReusewaterpollutantsExtracting

carbon,nitrogen

and

phosphorus

fromwastewater

could

generate

resourcesandsaveenergy,

say

Wen-Wei

Li,Han-Qing

Yu

and

Bruce

E.Rittmann.Comment.Nature.2015.528.29-31限制因素：低濃度有機物、溫度

等●能源回收：油脂、甲烷，氫氣

---推薦技術(shù)：AnMBR,MXCs●營養(yǎng)物回收：Struvite-推薦技術(shù)：離子交換、電滲析

經(jīng)濟性和可行性：●適宜的廢水獲得目標性資源●政府支持，政企結(jié)合3.4生物處理資源化與能源化廢水處理過程回收碳、氮、磷、硫等資源富含C/N/P生物污泥回用土壤profitable

sources

of

energy,fertilizer

and

clean

water.Most

wateruses.Aboutpurifiedforgoesto1%isdrinking.service

waterSoil3.4生物處理資源化與能源化廢水生物處理過程回收碳、氮、硫、磷等資源→分子水平揭示廢水生物處理過程中碳、磷資源積累與釋放過程Current

Opinion

in

Biotechnology

2015,33:260-267VS.

Phosphorus

RecoveryCarbon

RecoveryGenome-centricGene-centric3.4生物處理資源化與能源化廢水生物處理資源化回收磷)VFATCA)k通過鳥糞石形式回收磷資源，富含磷剩余污泥可以考慮回用農(nóng)田→

通過厭氧消化回收磷比較成熟，最大程度消除金屬干擾非常重要P-richashP-richbiomass

P-richbiosolidsStruviteCurrent

Opinion

in

Biotechnology

2012,23:878-883TreatedeffluentP<1mg/LMineralisationPoly-P

NADH?ATP一PiH?OAerobic

conditionsCellgrowthglycogen

PHAalycogen=Poly-PATPPiAnaerobicNADH?PHA

conditionsEBPRtocapturedissolved

P(P-rich

biomass

is

harvested)AnaerobicDigestion(Pis

released)IncinerationWastewaterO?3.4生物處理資源化與能源化高度富集的功能菌利用廢水合成聚羥基脂肪酸PHA◆

利用合成生物學/系統(tǒng)生物學手段改造/

構(gòu)建超積累PHA的菌

株十分重要連續(xù)生物過程技術(shù)需

要不斷優(yōu)化AerobicgrowthNutrient

feedingCurrent

Opinion

in

Biotechnology

2014,30:59-65Anaerobic

PHAaccumulationNutrient

feedingInduced

cellAggregationsfollowedby

inducedcell

lysisto

release

PHAgranulesInoculationofsuper

PHAproductionbacterium5

High

substrate122→

利用同型產(chǎn)乙酸菌，通過反向β-氧化途徑合成有價值化合物→

引入電極呼吸強化微生物厭氧碳鏈延長效率→

亟待開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)提高有價值化合物的品位，并分離純化3.4生物處理資源化與能源化廢水生物處理過程通過碳鏈延長合成有價值化合物BIOLOGICAL

CHAIN

ELONGATIONSubstrates

Pathways

ProductsHomoacetogenesisacetate

&lactate

Reverseβ

oxidation(1)n-butyrateHO、Succinate

formationsuccinaten-butyrateðanoln-caproateOHHO、00Current

Opinion

in

Biotechnology

2014,27:115-phosphoenoylpyruvate(PEP)oxaloacetateacety-CoAacetyl-Piacetate

ethanolsuccinate1.PEP

carboxylase2.pyruvate

carboxylaseStep

2:acetate5acetyl-CoA5

n-butyrate5acetoacetyl-CoA_5

NAD(P)H53-hydroxybutyryl-CoA5crotonyl-CoA10

Fdox3NADHhomoacetogenesis同型產(chǎn)乙酸2H

一

↓

CO?formate

H?Oformyl-THFH?Omethenyl-THF2[H→|

acely-COAacetyl-Pi

methyl-THFacetatemethyl-corinoid/Fe-S1.methylene-THFreductaseStep

2:n-butyrateReactions

inStep

1:ethanollead

to5molacetyl-CoAentering

pathway5

butyryl-CoA5

n-caproate

—1

5

CoA5

n-butyrate*RNF

complex

andCytoplasm

Membrane1ADP+1Pi2

Fdma+2

NADgycerol琥

珀

酸

合

成

glycerol-3-phosphateglyceraldehyde-3-phosphateStep

1:ethanol上反

尚6acetaldehyde6

NAD氧1

acetate3.4生物處理資源化與能源化

厭氧碳鏈延長合成有價值化合物途徑Current

Opinion

in

Biotechnology2014,27:115-1221.hexanoyl-CoAdehydrogenase3

NAD++3H+

2.hydrogenase53-hydroxyhexanoyl-CoA

10

NAD+5hex-2-enoyl-CoAacetyl-CoAthenentersthecyclic

path-

way

shown

in

Step

2:acetate,producing

n-butyratefromlactateand

acetate(b)

succinate

formation

(c)

reverseβoxidation3

NAD?+3H+1.butyryl-CoAdehydrogenase2.hydrogenase5

acetate5

butyryl-CoA10

NAD+NADHNAD+malate

fumarate2[H]一CHAINELONGATIONPATHWAYSINANAEROBICMICROBIOMES6acetyl-CoA→acetyl-Pi53-keto-hexanoy-CoAmethylene-THFATPsynthase2H?4H/10

NADH2Fdx+2NADH→5

CoA3.4生物處理資源化與能源化高度富集的功能菌利用廢水合成油脂生物燃料Biofuel(Trans-)EsterificationLipidaccumulatingbiomassCurrent

Opinion

in

Biotechnology

2014,30:9-16◆

廢水中通常富含油脂類化合物→

廢水生物處理過程中特定功能微生物能夠高度積累油脂

→已探明幾株模式微生物的類脂類化合物代謝分子機制3.4生物處理資源化與能源化高度富集的功能菌利用廢水合成油脂生物燃料TAG:三酰甘油WE

:蠟酯PHB:聚羥基丁酸酯HAME:

羥基烷酸酯甲酯FAEE:

脂肪酸乙酯FAME:

脂肪酸甲酯HAMEExtracellularlipasesLipidsTAGaccumulatorswS/DGATdockingWEaccumulatorsdockingLipidmicrodropletsPHB

accumulators

PHB

pol:PHB聚

合

PhaM,DNAand

P酶

polscaffoldPHB

granules

PHB

accumulationCurrentOpinion

in

Biotechnology2014,30:9-16Conglomerationand

releaseLipid

microdropletsTAGaccumulationWEaccumulationGeneral

MechanismLipidaccumulation有價值油脂類產(chǎn)品Substratesde

novosynthesisInfluentwastewaterFAMEFAEEWS/DGATCurrent

Opinion

in

Biotechnology2015,36:8-

Current

Opinion

in

Biotechnology2015,36:168-15175→

基于微生物代謝與基因工程高效生產(chǎn)有價值化合物---高效微生物細胞工廠Systems

biologyHighly

efficient

cell

factorySugars

BioproductsMetabolic

engdcegring3.4生物處理資源化與能源化高效微生物細胞工廠(純培養(yǎng)功能菌株)乳酸

Lactic

Acid3-HydroxyPropionicAcid3-羥基丙酸GlycolicAcid乙醇酸MuconicAcid粘康酸AdipicAcid己二酸Succinic

Acid琥珀酸ItaconicAcid衣康酸InvivosynthesizedpolymersRenewableresourcesco

lactic

acid)

co-3-hydroxy-4-methylivalerate)squid

sucker

ring

teeth)O-AminoacidsY-Aminobutyricacid

5-Aminovaleric

acid

6-Aminocaproic

acidTCAcycle)Styrene

PhenolPhenylacetic

acidDiamines3-Hydroxypropionicacid4-HydroxybutyricacidChemicallysynthesizedpolymersNylon

4,6Nylon4,5Nylon6

Polyethylene

terephthalate

PolyurethaneNylon

4,10

Nylon5,10

Nylon6,10

PolystyreneCurrent

Opinion

in

Biotechnology2015,36:73-84→

通過基因和代謝工

程高效產(chǎn)生單聚體

和原位合成多聚體有價值化合物如：二元胺、二元

羧酸、w-aminoacids

、

二醇、羥基

羧酸、芳香化合物

單體→原位合成多元酯類

具有可行性3.4生物處理資源化與能源化高效微生物細胞工廠(純培養(yǎng)功能菌株)Poly(3-hydroxybutyrate-

Poly(3-hydroxybutyrate-

Poly(3-hydroxypropionate)(ex.Spider

silk

protein,Dic

acidsTouendisocsanatoMethylenediphenyldiisocyanate1,5-Diaminopentane(Cadaverine)AromaticmonomersHydroxyacids1,4-ButanediolSebacicacid1,6-DiaminohexanepHydroxybenzoicpHydroxystyrene(Putrescine)GlutaricacidDiolsacid3.4生物處理資源化與能源化基于微生物代謝與基因工程手段合成有價值化學品Phototroph

HeterotrophCurrent

Opinion

in

Biotechnology2015,36:32-39→光合自養(yǎng)/異養(yǎng)微生物生物合成有價值脂類途徑Fatty

acidACCaseOMal-CoAMitochondriaoFA(C20Cc24)EROAc-CoAAcCaseOMal-CoAMitochondriaOFA(C14C15)ERo2ODHAPMal-CoAhvCytosolChloroplastMembraneLipids,Acyl

editingAcFA(C14-C18)oPyruvateMembrane

Lipids大CytosolGly-3-PDAGDAGKnowledgecreation模型導向的設(shè)

計與數(shù)據(jù)分析Datamanagement數(shù)據(jù)管理建模和統(tǒng)計Omicsanalysis組學分析Testanalysis精細代謝

途徑工程Fermentation發(fā)酵Precisionanalytical自動化

AutomationTrends

in

Biotechnology,doi:10.1016/j.tibtech.2015.10.007→

如何提高或改造代謝工程菌株耐受極端pH、

有機溶劑和原料雜質(zhì)→

如何遺傳改造模式菌株利用廉價C1

化合物如甲醇、CH?

和CO?

?→

發(fā)酵過程建模、催化酶系的精確計算機設(shè)計3.4生物處理資源化與能源化高效微生物細胞工廠：工業(yè)生物催化面臨的挑戰(zhàn)菌株基因

Smal-scalescreening工程改造Model-driven

designand

data

analysisPrecision

pathway

engineeringModeling

andstatisticalanalysisAutomatedcloninghigh-throughputenzymeTiterimprovementsNewhypothesesRational

strain學分析engineeringscreeningDesignLearnBuild3.4生物處理資源化與能源化微生物