生物工程学报杂志

生物工程学报杂志2026年第3期

• 合成生物制造2026

  朱华伟，李寅

  2025年，合成生物学与生物制造领域呈现出“智能融合、系统优化、应用多元”的鲜明特征。人工智能已从辅助工具演变为核心驱动力，深度融入从生物元件设计到发酵过程控制的全链条，推动研发范式从“经验驱动”向“数据与模型驱动”的根本性转变。酶工程与蛋白质设计的突破不断拓展生物催化的功能边界，细胞工厂的构建正从单靶点改造迈向全局系统优化，传统底盘与新型底盘协同发展，推动高值化学品与新质蛋白的高效生物合成。环境生物修复从功能菌株改造走向人工合成微生物组的理性设计，标志着生物修复迈向可预测、可调控的新阶段。与此同时，人工细胞等前沿交叉领域的突破持续拓展着生物制造的边界与想象空间。展望未来，人工智能与自动化平台的深度集成、对生命系统复杂性的深入解析以及面向碳中和目标与人民健康需求的产业应用，将是领域发展的核心方向。合成生物制造正从“造物致知、造物致用”走向“造物致善、造物致远”，为人类社会应对资源、环境与健康等世纪挑战贡献不可替代的解决方案。

• Spo0A介导芽孢形成的分子调控机制及其应用

  刘双，吴倩，叶诚翰，费明月，徐霄飏，任海英，孙东昌

  芽孢是芽孢杆菌目细菌在营养匮乏等不良条件下形成的特殊休眠体，具备极强的抗逆性。研究其形成调控机制对拓展生物学理论认知与指导相关应用具有重要意义。芽孢形成依赖于环境信号与细胞内信号通路的协同作用：当外界刺激启动激酶催化的磷酸化级联反应后，Spo0A因子被激活，继而触发σ因子级联调控系统，最终启动芽孢发育程序。Spo0A作为调控芽孢形成的核心枢纽，其磷酸化状态的动态变化贯穿整个形成过程，并在转录、翻译及翻译后水平上多层次地调控芽孢的形成通路。本文系统阐述了诱导芽孢形成的关键环境因素、Spo0A介导的调控网络及其多层次的分子调控机制，为基于Spo0A调控通路开发新型芽孢应用策略提供了理论指导。

• 手性牛心果碱的应用价值和生物合成研究进展

  吴卓佳，王平，丘璨瑜

  手性牛心果碱是苄基异喹啉生物碱生物合成途径中的核心骨架分子，其高效、高选择性的生物合成是突破天然提取瓶颈和实现苄基异喹啉生物碱规模化生产的关键。近年来，合成生物学与代谢工程的发展使得微生物宿主异源合成手性牛心果碱和苄基异喹啉生物碱取得重要突破。然而，R-型牛心果碱的生物合成仍受限于关键酶的立体选择性，需通过酶工程和途径重构等策略加以解决。莲植物研究中揭示的R-立体化学偏好性为R-型苄基异喹啉生物碱的合成提供了新路径。本文系统综述了手性牛心果碱作为苄基异喹啉生物碱重要骨架的应用价值、合成途径和最新研究进展，剖析当前挑战并据此提出未来研究方向，旨在为下一代高效、高选择性苄基异喹啉生物碱药物的开发与应用提供理论支撑与实践指导。

• 海洋放线菌沉默次级代谢物生物合成基因簇激活策略的现状与展望

  孔令兰，江鸿标，别梦雪，张宇青，董佳茵，苏春

  在海洋高盐、高渗、寡营养的特殊环境之中，海洋放线菌进化出了独特的生存策略，其部分次级代谢产物凭借新颖的结构和良好的生物活性，在医药开发领域具有重要的研究与应用价值。在实验室常规培养条件下，海洋放线菌仅有20%的生物合成基因簇(biosynthetic gene clusters, BGCs) 得以表达，大量处于沉默状态的BGCs亟待开发。本文系统梳理了海洋放线菌沉默BGCs的沉默机制与激活策略，全面总结近几年物理激活、化学激活、生物工程技术领域的研究成果，深入剖析各类激活方法的优势与局限性，并针对沉默BGCs的激活提出了多技术联用策略。多技术联用策略可从多方面模拟微生物原始生存环境或针对基因簇构造特定表达环境，多层面促进、诱导沉默BGCs表达，进而获得新颖次级代谢产物，为挖掘海洋放线菌代谢潜力、推动新型天然产物发现提供理论参考与技术路径。

• 微生物法生产γ-聚谷氨酸工艺优化及其在农业领域的应用研究进展

  陈语欣，余森申，陈必强，陈玉保

  我国农业目前正朝着集约化、信息化、智慧化、绿色化方向发展，人们对农产品的选择更注重安全、绿色和生态健康。因此，化肥安全性、低残留和环保性显得尤为重要。天然生物发酵的生物刺激素因绿色环保、安全有效，能够减肥增效而受到广泛关注。其中，γ-聚谷氨酸(γ-polyglutamic acid, γ-PGA)是一种由微生物合成的聚氨基酸，具有无毒、可食用、保湿、易螯合、易分散等特点，广泛应用于医疗、食品和农业领域，是一种理想的新型生物刺激素肥料。本文对γ-PGA的合成途径与条件、工艺优化以及应用等方面的研究进展进行了综述，包括微生物(芽孢杆菌)发酵制备γ-PGA的流程、培养基营养成分的发酵工艺优化等。另外，本文还讨论了农用γ-PGA分析测定的不同方法以及γ-PGA在土壤改良、肥料增效、作物生长调节等方面的应用效果，为γ-PGA的微生物发酵合成提供了参考，并为其在农业新型肥料领域的进一步发展提供了新的思路。

• 微生物利用乙酸为原料合成化学品的研究进展

  杨旭，梁光杰，刘立明

  利用微生物细胞工厂高效生产目标化学品因具有原料可再生、生产过程清洁高效、反应条件温和等优点，已成为工业可持续发展的重要方向。目前微生物细胞工厂主要以葡萄糖、甘油为碳源，导致“与人争粮、与粮争地”的尴尬局面，限制了微生物制造产业的快速发展。而乙酸作为非粮碳源，可规避上述问题，且来源广泛(如工业废料、生物质转化等)，因此成为微生物合成化学品的理想替代碳源。本文从4个维度系统性评价了乙酸作为微生物碳源用于合成化学品的潜力：能利用乙酸的微生物、强化乙酸利用的代谢工程策略、耐受高浓度乙酸的提升方法以及利用乙酸合成的化学品。在此基础上，分析了微生物细胞工厂利用乙酸面临的主要挑战并展望了未来的发展方向，为乙酸基生物制造技术的深入研究与产业化应用提供了理论指导。

• 液-液相分离调控酶活性的机制与应用进展

  刘佳旭，丁一凡，张晓彦，白云鹏

  生命体系常依赖可动态组装的多酶复合体以实现对代谢反应的精细调控。近年来，液-液相分离(liquid-liquid phase separation, LLPS)被认为是自然界组织与调整酶促反应的重要机制之一，并逐渐成为构建人工催化体系的有力工具。得益于其可逆、自组织与可编程的特性，LLPS驱动的生物大分子凝聚体能够调节酶的局部浓度、空间排列与微环境性质，从而影响催化效率与底物选择性。目前，从细胞内的多酶通路到体外的人工反应器，多个酶促体系已在凝聚体中实现重建与增强。本文简述了LLPS的生理背景，结合作者团队对LLPS酶催化体系的研究，重点总结了其调控酶活性的主要机制，以及在代谢通路工程与体外生物催化中的应用进展，并讨论了可编程凝聚体用于动态调控催化过程的潜在前景。本文为理解LLPS调控酶催化的机制提供了系统参考，并为构建高效可控的多酶催化体系提供了理论依据。

• 亚胺还原酶与甲酸脱氢酶的融合表达及其固定化

  马丽，张家硕，李春柳，周丽亚，贺莹，姜艳军，任丽梅，刘磊

  手性胺作为关键的有机合成中间体，广泛应用于药物、精细化学品及生物活性分子的合成，具有重要的工业价值。手性胺的不对称合成一直备受关注，NAD(P)H依赖型亚胺还原酶(imine reductase, IRED)具有底物范围广、高活性和立体选择性的特点，可用于不对称还原合成手性胺。本研究旨在通过构建一种高效、稳定的IRED与甲酸脱氢酶(formate dehydrogenase, FDH)双酶融合表达与固定化体系，解决辅酶再生难题并提升催化效率，为手性胺的绿色合成提供新策略。该体系用于催化1-甲基-3,4-二氢异喹啉不对称还原合成(S)-1-甲基-1,2,3,4-四氢异喹啉。通过对比发现，融合表达体系的催化效果优于共表达和单独表达双酶的体系。其次，利用介孔氧化硅纳米花(mesoporous silica nanoflowers, MSN)作为载体，共价法固定化融合表达双酶，固定化时间为1.5 h且初始酶浓度为2.5 mg/mL时，蛋白负载量为193.2 mg/g。固定化酶展现出良好的pH稳定性、热稳定性和储藏稳定性。将制备的固定化酶应用于催化其他环状亚胺如1-乙基-3,4-二氢异喹啉、5-苯基-3,4-二氢-2H-吡咯、2,3,3-三甲基-3H-吲哚、2,3,3,5-四甲基吲哚和麦斯明等的不对称还原反应，转化率高于95%，对映体过量值(enantiomeric excess, e.e.)高于96%，验证了固定化融合酶催化体系在手性胺绿色高效合成中的应用潜力。本研究为手性胺的工业化生物合成提供了新思路，所开发的融合酶固定化策略对解决辅酶依赖型生物催化过程中的共性技术难题具有重要的理论与应用价值。

• 纤维二糖差向异构酶的定向进化及在乳果糖合成中的应用

  贾东旭，倪池德，王嘉乐，柳志强，郑裕国

  来自热解纤维素菌(Caldicellulosiruptor morganii)的纤维二糖差向异构酶(CmCE)的突变体CmCE/D226G可以催化乳糖异构化为乳果糖，但热稳定性和催化活性制约了其在高底物浓度下的生物转化。为解决上述问题，本研究针对CmCE/D226G开展定向进化，采用易错PCR建立突变体文库，结合盐酸半胱氨酸-色氨酸显色高通量筛选正向突变体，再针对关键位点开展饱和突变，获得了热稳定性和催化活性提高的突变体CmCE/D226G/S180T。该酶在70 ℃下的半衰期从117.7 min提高到184.2 min，催化效率从14.96 L/(mmol·s)提高到36.5 L/(mmol·s)。机理分析表明，突变酶的His377和底物烯醇式中间体O1的距离更近，从而提升了异构化效率，同时突变增强了柔性环刚性，提高了酶热稳定性。以350 g/L乳糖进行生物转化，CmCE/D226G/S180T的乳果糖得率达54.8%，依匹乳糖得率为9.2%；相比之下，CmCE/D226G的乳果糖和依匹乳糖得率仅分别为50%和10.3%。本研究为生物法制备乳果糖提供了优势酶，有利于促进乳果糖的绿色合成技术创新。

• 新型果胶酶的发掘、性质表征及其在苎麻脱胶中的应用

  周雪婷，朱泂婷，李华南，刘家书，江正兵，程万里

  果胶酶在苎麻酶法脱胶过程中发挥重要作用，但现有果胶酶存在脱胶效率低、脱胶时间长等问题。为了挖掘新型、高效的果胶酶应用于苎麻脱胶工艺，本研究对地衣芽孢杆菌ATCC 14580的编码序列(coding sequence, CDS)和蛋白序列进行碳水化合物酶注释，发掘了一个尚未验证功能的果胶裂解酶BlicPL1。构建BlicPL1基因的大肠杆菌BL21(DE3)表达载体，并进行了诱导表达和分离纯化。本研究首次通过实验证实了BlicPL1的果胶裂解酶活性，其比酶活为3 952.54 U/mg，高于多数已报道的多糖裂解酶1 (polysaccharide lyase 1, PL1)家族果胶裂解酶。酶学性质研究显示果胶裂解酶BlicPL1最适反应pH为10.0，最适反应温度为60 °C；且在反应温度50-80 °C和pH 10.0-12.0范围内都表现出较高的酶活性，相对酶活力保持在80%以上。果胶裂解酶BlicPL1耐高温、耐碱特性与苎麻脱胶工艺中的高温、高pH环境具有很好的适配性。与常规果胶裂解酶依赖Ca²⁺激活不同，Ca²⁺对果胶裂解酶BlicPL1的活性不仅无明显促进作用，甚至有一定抑制作用，凸显了其在Ca²⁺响应机制方面的独特性，表明果胶裂解酶BlicPL1是一种新型果胶裂解酶。进一步将果胶裂解酶BlicPL1用于苎麻脱胶，苎麻失重率为16.17%，苎麻脱胶率达到44.09%；扫描电子显微镜结果显示果胶裂解酶BlicPL1作用后有助于去除苎麻表面残留的中间层状组织并减少游离胶状物质附着，使苎麻表面变得更光滑、纤维变得更加分散；X射线衍射结果显示果胶裂解酶BlicPL1脱胶后苎麻纤维特征纤维素峰位不变，结晶度从74.59%升至79.69%，表明纤维素占比增加，非纤维素物质被去除。本研究发掘的果胶裂解酶BlicPL1具有活性高，适用于中高温、碱性环境等特点，在苎麻脱胶工艺中具有较大应用潜力，为加速推进果胶酶运用于工业苎麻脱胶工艺奠定了基础。

• 单点突变重塑远端盐桥提升植酸酶的热稳定性

  林伟斌，黄博文，万吉林，童星，侯莎

  植酸酶(phytase, EC 3.1.3.8)是一种可以特异性水解植酸的酶，其产物为正磷酸盐、肌醇磷酸异构体及游离肌醇，是一种具有前景的食品用酶。本研究为了提高来源于塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)的植酸酶的热稳定性，通过FirePort平台预测突变对蛋白稳定性的影响，结合FoldX和Rosetta工具的突变自由能进行突变筛选，最终构建了4种不同的突变体，并筛选出最优的突变体T273K表征其酶学性质。突变体T273K在60 ℃的半衰期比野生型提高了67.56%，80 ℃时的半衰期相对于野生型提高了92.86%，催化效率(k_cat/K_m)为196.11 L/(μmol·min)，相对野生型提高了50.56%。这些结果均说明突变体的热稳定性及活力均有所提高。动力学模拟分析发现，突变体T273K远端片段(205-210，380-400)的盐桥数量显著增加，导致蛋白质整体刚性增加，进而提升整体蛋白质热稳定性。本研究成功筛选出一个突变体T273K，有效提高了植酸酶的热稳定性，并通过动力学模拟分析发现局部突变体对远端片段盐桥进行重塑，从而提升了蛋白质整体刚性使得热稳定性增加，为后续有关酶热稳定性改造提供了一种有效的路径。

• 利用loop区域理性设计策略提升硫酸软骨素裂解酶ABC的热稳定性

  杨颖，李春青，张靖，曾艳，滕玉鸥，黎明，朱玥明，孙媛霞

  硫酸软骨素裂解酶ABC (chondroitinase ABC, ChABC)在生物医药及多糖结构解析等领域具有重要应用价值，但其较差的热稳定性严重限制了该酶的工业化生产及应用。本研究针对来源于普通变形杆菌(Proteus vulgaris)的PvChABC的多结构域特征，以该酶N端结构域与核心催化结构域之间的loop区域为靶点，采用计算机辅助的理性设计策略对其进行分子改造，获得稳定性显著提升的优势突变体M3。该突变体在45 ℃下的半衰期达到(48.12±1.85) h，是野生型的13.7倍，且其比酶活为野生型的110.5%，没有表现出酶活性的损失。分子动力学模拟揭示，loop区域的突变通过引入关键疏水相互作用与氢键网络，增强了结构域间的结合能力，从而稳定了整体蛋白构象。此外，PvChABC热稳定性的提升有助于异源表达该酶的工程菌株在37 ℃下发酵产酶，该温度下M3的产量较野生型提高14.84倍，更适合工业化生产应用。本研究不仅为PvChABC的工业生产和应用奠定了基础，也为其他多结构域蛋白的分子改造提供了思路。

• 海洋放线菌转氨酶的纯化、表征及底物选择性分析

  于均超，张萍，刘红婷，周祖豪，李婷婷

  本研究针对手性胺类药物绿色生物合成的需求，开发了一种基于海洋放线菌氧化氨假诺卡氏菌(Pseudonocardia ammonioxydans)的新型R-胺转氨酶PamAT。经大肠杆菌重组表达与镍柱亲和层析纯化后，PamAT展现出优异的催化特性，其具有严格的立体选择性、广泛的底物谱以及显著的耐受性(10%甲醇或者乙腈中保留80%以上活性)。酶活测定显示，PamAT在温和条件下酶活可达(7.57±0.42) U/mg。通过分子对接和结构模拟，揭示了PamAT底物识别机制及立体选择性控制的关键氨基酸残基。研究结果表明，PamAT具有显著的工业化应用潜力。本研究不仅为手性胺类药物的绿色合成提供了新工具，也为海洋微生物酶的开发提供了新思路。

• 构建多酶级联体系全细胞催化高效生物合成亚精胺

  宋云海，杨凤玉，王守钢，饶志明，徐美娟

  亚精胺是一种天然多胺，具有自噬诱导作用，能延长寿命、抑制肿瘤、保护心血管、调节神经及抗炎，在农业、工业和医药健康领域具有重要应用价值。本研究聚焦于利用微生物法合成亚精胺，通过追溯亚精胺前体物质的合成途径，过表达了前体物质合成的关键酶，在体外多酶级联条件下实现了以氨基酸为底物合成亚精胺，大大降低了生产成本。基于进化树挖掘筛选到酶活较高的枯草芽孢杆菌来源的S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶，进一步通过理性设计对该酶进行定向进化改造，最终获得酶活性较野生型提高2.68倍的突变体。之后通过对比确认了全细胞催化合成亚精胺的优异性，并通过优化基因的串联顺序，引入ATP再生系统，实现了亚精胺的持续高效合成。在此基础上系统优化了反应体系，包括菌体量、底物浓度、反应温度、pH、金属离子，在最优反应条件下，重组大肠杆菌EC12在5 L反应器转化20 h，亚精胺最高产量达到17.83 g/L。本研究构建的重组大肠杆菌具有应用于工业生产亚精胺的潜力，为亚精胺的绿色高效合成奠定了理论和应用基础。

• 基于代谢工程改造的链霉菌透明质酸合成体系构建

  栾孟澳，刘硕，杨倩，张雨欣，王美燕，刘蓉，牛国清

  透明质酸是一种具有重要生物活性的糖胺聚糖，在化妆品和医药领域具有广泛应用。开发安全高效的底盘细胞以提升透明质酸的合成效率，已成为透明质酸生产的关键。本研究旨在构建以链霉菌为底盘细胞的高性能透明质酸合成体系，为透明质酸的微生物高效合成提供技术支撑。本研究主要聚焦链霉菌的代谢工程改造，通过强化透明质酸合成通路，结合培养条件的优化，最终实现透明质酸的高效合成。首先，在天蓝色链霉菌和小白链霉菌这2种宿主中，分别测试了4种不同来源的透明质酸合成酶的合成能力。结果表明：在这2种链霉菌中，源自化脓性链球菌的透明质酸合成酶的合成能力最强，且在小白链霉菌J1074中产量更高。随后，以小白链霉菌J1074为出发菌株，通过敲除透明质酸合成竞争代谢途径的关键基因，同时下调旁路途径相关基因的表达水平，构建了适用于透明质酸合成的底盘细胞。此外，对透明质酸前体合成途径中的关键基因进行了不同组合，并利用组成型强启动子强化其表达水平，获得的重组菌株的透明质酸产量最高达到2.62 g/L。最后，通过优化培养条件进一步释放工程菌株的合成能力，最终透明质酸产量提升至4.63 g/L。本研究构建的重组菌株，不仅为工程链霉菌的开发奠定了基础，也为透明质酸及类似生物产品的发酵制备提供了优异的底盘菌株。

• 多策略改造构建高产O-乙酰-l-高丝氨酸工程菌

  牛坤，赵易凡，项凯迪，王若男，柳志强，郑裕国

  O-乙酰-l-高丝氨酸(O-acetyl-l-homoserine, OAH)是l-蛋氨酸等多种高附加值化合物合成的关键中间体，具有较高的市场价值，但目前OAH生产仍面临产量低、发酵周期长等问题。本研究以大肠杆菌益生菌Escherichia coli Nissle 1917 (EcN)野生型为出发菌株，首先通过对关键合成酶——l-高丝氨酸乙酰转移酶(l-homoserine O-acetyltransferase, MetX)的改造，获得突变体MetX^{K185R-G210S-N204T}；进一步过表达ppc、asd、metL等基因，强化了前体l-天冬氨酸和l-高丝氨酸的合成途径；采用动态调控等策略减弱了副产物氨基酸的合成；并通过筛选不同强度5? UTR，下调gltA基因表达水平，平衡了另一前体乙酰辅酶A的供应，构建了OAH高效生产菌株。最终菌株摇瓶中OAH发酵产量提升至11.18 g/L，5 L发酵罐产量在52 h达到63.54 g/L，本研究提高了OAH的产量和生产效率，为后续l-蛋氨酸的生物法生产奠定了良好的研究基础。

• 代谢工程改造肉桂地链霉菌还原力供给系统提升莫能菌素产量

  王振华，张善飞，张显元，田丹丹，张妍，王珍，李云飞，高成花，孙付保

  莫能菌素是由肉桂地链霉菌(Streptomyces cinnamonensis)合成的一种聚醚类离子载体抗生素，在畜牧领域应用广泛。为解决其工业发酵中胞内还原力(NADPH/NADH)供给不足导致的产量瓶颈，本研究采用多途径协同代谢工程策略进行理性改造。通过将磷酸戊糖途径基因zwf (编码葡萄糖-6-磷酸脱氢酶)和gnd (编码6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶)，与脂肪酸β-氧化途径基因fadB (编码3-羟酰基-ACP脱水酶)串联构建融合表达盒，克隆至含ermE强启动子和fd终止子的整合型载体pSET152中，并通过属间接合转移导入肉桂地链霉菌SDSL6002 (WT)，获得重组菌株S-zwf-gnd-fadB。摇瓶发酵结果显示，工程菌胞内NADPH与NADH总量约为野生型的1.8倍，莫能菌素效价达22.6 g/L，产量提高51.7%，在无抗性传代5代后产量保持稳定。进一步在50 L和5 m³生产规模发酵罐中进行放大验证，工程菌株效价达37.2 g/L和40.4 g/L，较对照菌株分别提升16.3%和18.8%，展现出优异的工艺放大适应性与规模化生产潜力。本研究通过多基因协同表达系统强化了还原力供给网络，为莫能菌素的工业生物制造提供了具有应用潜力的高产工程菌株和可行的代谢工程策略。

• 耐硒酵母菌生物合成纳米硒的表征及抑菌活性

  张瑞，吕丽芸，张思雨，任怡卓，马玲，郑蕊，岳思君

  硒是人体必需的微量元素，对许多由氧化应激引起的疾病具有抗性。纳米硒(selenium nanoparticles, SeNPs)具有低毒和广泛生物活性的优点。为了筛选高效合成SeNPs的菌株，本研究对3株耐硒酵母菌的硒耐受性、SeNPs合成能力、体外抗氧化活性和抑菌活性进行研究，选择出性能最好的菌株M16-28进行表征。结果表明，M16-28菌株能耐受300 mmol/L Na₂SeO₃，其合成SeNPs的能力达1 018.92 μg/mL，是M1菌株合成SeNPs含量的2.86倍。体外抗氧化实验表明，1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl DPPH)自由基清除率为65.7%，羟自由基清除率为57.5%，还原力为0.77。抑菌性试验表明，对革兰氏阳性菌的抑制效果显著高于革兰氏阴性菌，对枸杞茎腐病病原微生物具有显著抑制作用。3株菌合成的SeNPs对镰刀菌属的抑制率均高于90%，对链格孢菌株抑制率较低，M16-28菌株合成的SeNPs抑菌性最高，为(66.53±1.37)%。表征结果表明，SeNPs呈紧密排布，有多糖包裹，带负电荷，尺寸分布在190-390 nm之间，Zeta电位为-7.87 mV。综上所述，M16-28菌株具有较好的合成SeNPs能力，富硒能力和合成SeNPs能力呈正相关，可作为高效合成SeNPs的潜在微生物资源。

• 副地衣芽孢杆菌合成甘氨酸甜菜碱对其耐盐性的影响

  赵菲，高红霞，罗远婵，吴辉

  盐渍化土地给生态和农业造成了极大影响。生物修复是盐渍化地治理的重要绿色手段，提高根际促生菌(plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR)耐盐性是提升生物修复效果的关键。甘氨酸甜菜碱(简称甜菜碱，glycine betaine, GB)作为重要的渗透压调节剂，可增强微生物和植物的抗逆性。为提高PGPR在盐渍化土壤中的存活率，本研究采用生物法合成GB，使用新型PGPR副地衣芽孢杆菌(Bacillus paralicheniformis) Bp1为底盘菌株，改造GB合成途径。首先，敲除甘氨酸竞争/消耗途径中的相关基因maeA、aceB、iclR和gcvP，强化乙醛酸循环(引入大肠杆菌来源基因aceAK)，引入外源高效转氨酶基因agx1，得到菌株Bp1Z09，使GB前体甘氨酸在发酵30 h内最高产量达到34.27 mg/L，较野生型12 h时的最高产量提升293.9%。同时，为保证菌株稳定性，将aceAK整合至基因组得到菌株Bp1Z11。之后，在Bp1Z11中引入嗜盐隐杆藻(Aphanothece halophytica)甲基化酶基因gsmt和sdmt，构建GB合成工程菌Bp1Z12，发酵至36 h时GB产量为2.56 mg/L，较野生型提高326.7%。在0.3 mol/L NaCl (模拟中高度盐渍化土壤环境)胁迫下，工程菌株GB产量在发酵至36 h时达4.94 mg/L (较无盐对照提升93.7%)，生物量(OD₆₀₀)增至16.22 (较无盐对照提升20.9%)，凸显了其在盐渍化土壤微生物修复中的应用潜力。此外，Bp1Z12在盐渍化土中可有效缓解番茄受到的盐胁迫，提高番茄在盐渍化土中的生长能力，Bp1Z12处理组的根长较H₂O和Bp1处理组分别显著增加75.0%和27.3%，株高较H₂O和Bp1组分别增加76.9%和21.1%，叶面积较H₂O和Bp1组分别增加77.8%和45.0%。工程菌Bp1Z12能高效利用葡萄糖合成GB，兼具良好耐盐性与促植物耐盐能力，为后续以该菌株为基础开发抗逆微生物肥料或土壤处理剂及进行盐渍化土壤修复提供了新的思路。

• 动物双歧杆菌乳亚种BLa80基因组代谢网络模型的构建与验证

  朱明杰，王永红

  随着基因测序技术的发展，基因组规模代谢网络模型作为一种能够系统性解析微生物代谢网络的工具愈发受到关注。本研究通过半自动建模方法构建了动物双歧杆菌乳亚种(Bifidobacterium animalis subsp. lactis) BLa80的基因组规模代谢模型并进行验证，以期为后续BLa80的代谢机制研究与益生功能解析提供便利工具。在模型结构质量方面，模型的代谢模型测试套件(the genome-scale metabolic model test suite, Memote)评分达到82%；在实验验证过程中，模型模拟出的B. lactis BLa80利用15种单一碳源生长的能力以及其需求的20种氨基酸与实验验证结果完全一致，基于已有合成培养基和改良MRS培养基模拟所得最大比生长速率以及对应的2种主要有机酸比合成速率与实验验证结果相比误差分别在5%及10%以内。最终建立的模型iMJ519包含1 005个反应、1 047种代谢物以及519个基因。本研究为深入研究B. lactis BLa80生长和代谢调控提供了有力工具。

• 人神经生长因子在烟草BY-2细胞中的表达

  贾箫琪，李伟展，曾宝强，吴泰茹，吴川，潘炜松

  神经生长因子(nerve growth factor, NGF)是神经系统中至关重要的神经营养因子之一，在调节神经元的生长、发育、分化、存活及损伤神经的再生修复等方面都具有重要作用。目前国内神经生长因子医药产品的主要成分为鼠神经生长因子，然而鼠神经生长因子可能引起免疫反应并存在动物病毒污染的风险。本研究旨在利用烟草BY-2细胞表达平台制备具有生物活性的重组人神经生长因子(recombinant human nerve growth factor, rhNGF)，以克服鼠源神经生长因子的局限性。通过基因工程方法将人神经生长因子基因导入BY-2细胞中，然后经PCR检测证实外源基因已成功整合至细胞基因组中。蛋白印迹实验结果表明，rhNGF在BY-2细胞中成功表达，其表达量为166 μg/L，且该重组蛋白可诱导PC12细胞分化并促进TF1细胞的增殖，表明其具备良好的生物学活性。本研究的结果表明，利用BY-2细胞表达人神经生长因子是一条有效的技术途径，这不仅为获得安全、低免疫原性的人源神经生长因子提供了一个切实可行的植物表达方案，也为利用植物细胞平台生产其他复杂药用蛋白奠定了技术基础。

• 纤连蛋白FNIII8-10在毕赤酵母中的重组表达及发酵优化

  刘永圆，郭明雨，陶伟，李瑜琪，马月欣，吴传超，Elvis Kwame Adinkra，刘艳，陈宇

  纤连蛋白(fibronectin, FN) III型结构域的8-10重复序列(FNIII8-10)具备多个整合素结合位点，是介导细胞黏附的核心模块，目前仅在原核微生物中表达。本研究旨在构建高效表达重组FNIII8-10的毕赤酵母表达体系，采用毕赤酵母系统成功表达重组FNIII8-10，但存在分泌效率低的问题，通过信号肽理性设计与发酵工艺调控相结合的策略显著提高了其分泌表达效率。首先，筛选了多个信号肽，发现α-factor信号肽表达效率最高；随后，对其疏水核心区进行定点突变，获得高效突变体α-V50A，使蛋白表达量提升44.8%。通过响应面法优化发酵条件，发现最佳发酵条件为发酵117.46 h、pH 6.91、甲醇添加量1.91%；同时，以山梨醇作为辅助碳源，以缓解甲醇胁迫，重组FNIII8-10产量达到65.49 mg/L。最终通过高密度细胞发酵，使其产量达到532.82 mg/L，比摇瓶最高产量提升了7倍。本研究为FNIII8-10重组蛋白的工业规模化生产提供了技术基础。

• 具膜锚定性能的双功能生长因子模拟物构建及其在类器官培养中的应用

  陈宇枫，江绍雄，许青婵，林冬如，颜弘毅，林诗念，吴海燕，梁虹，卢钟磊

  类器官模型作为一种新型的活体组织离体培养模型(ex vivo model)，助力了生物医学研究与生物医药开发，然而类器官培养中所需重组生长因子成本高昂、批次均一性低、稳定性差等问题限制了类器官模型的标准化与规模化应用。本研究旨在构建一种基于功能核酸的膜锚定双功能生长因子模拟物，以替代重组生长因子用于类器官培养。采用核酸适体作为生长因子功能的模拟单元，并以胆固醇(cholesterol, Chol)作为膜锚定模块，利用碱基互补配对原则构建了2种双功能生长因子模拟物：其一为靶向结合诱导表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGFR)与成纤维细胞生长因子受体1 (fibroblast growth factor receptor 1, FGFR1)二聚激活的双特异性核酸适体(ApE+F-Chol)，旨在模拟表皮生长因子(epidermal growth factor, EGF)与碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)的协同功能；其二为设计可靶向并诱导肝细胞生长因子受体(mesenchymal-epithelial transition factor, Met)与FGFR1二聚激活的双特异性核酸适体(ApF+M-Chol)，以模拟肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor, HGF)与bFGF的功能。结果显示，互补序列为22个碱基的膜锚定双功能生长因子——ApE+F-22-Chol能够成功锚定于细胞膜，具有最佳类EGF与bFGF性能，可同时高效激活EGFR与FGFR1通路及下游信号通路，在功能上可协同促进细胞的增殖与迁移；在患者来源前列腺癌类器官培养体系中，ApE+F-22-Chol可完全替代培养液中的EGF和bFGF重组因子，有效促进类器官的形成与生长。此外，基于相同策略构建的ApF+M-Chol可以同时模拟HGF与bFGF功能，同样在类器官培养中展现出显著活性，验证了该膜锚定双功能生长因子模拟物构建策略具有良好的通用性。本研究为类器官培养体系提供了成分明确、稳定且高效的新型工具，在疾病建模、药物筛选及再生医学等领域具有广阔的应用前景。

• 面向生物制造人才培养的研究生“计算生物学”课程建设

  王琼，徐国强，赵丽婷，张平，周景文

  生物制造作为新兴产业，因其绿色低碳、高效可持续的特性，正深刻重塑全球工业格局。在人工智能驱动下，生物制造亟需兼具生物学、计算科学等多学科交叉知识的应用型人才。因此，开设“计算生物学”课程是响应国家重大发展规划、培养所需人才的重要举措。本文阐述了“计算生物学”课程建设的紧迫性和现实意义以及课程建设面临的挑战，并基于生物制造的发展方向，结合学科发展和学生对计算生物学知识的需求，提出了以培养应用型人才为目标的建设思路，进而从搭建课程教学内容、融合多种教学组织方式、改进教学评价体系这3个方面介绍了课程建设的实施方案。该课程建设的实施，有助于培养将计算生物学工具熟练应用到生物制造领域的应用型人才，同时为其他高校开设相关课程提供经验和参考。

• 面向生物制造的“AutoCAD设计”课程教学改革探索

  贾东旭，郭一平，陈翰驰，王远山，汤晓玲，郑升，洪春燕，金利群，柳志强，郑裕国

  生物制造产业迅速发展，对具备生物工程设计能力的复合型人才提出了更高要求。然而，在当前“AutoCAD设计”课程传统教学模式下，学生普遍存在工程表达能力弱、创新实践不足、与产业脱节等问题，已难以有效支撑生物工程专业人才的高质量培养。针对上述问题，本研究以提升学生综合设计能力与工程创新能力为核心目标，秉持“以学生为中心、以能力为导向”的育人理念，系统构建“一心五维”教学改革体系，从完善课程体系、双线融合教学、产教融合强化、课程价值引领和赛教协同驱动五大维度，推进教学内容与教学方法的深度变革。改革实施以来，学生操作技能、实践能力、创新意识显著提升，课程育人效能持续增强。本研究为生物工程类专业“AutoCAD设计”课程改革提供了有效路径，对推动生物制造人才能力结构优化具有积极示范意义。

• 科研反哺教学驱动的“代谢工程”课程教学改革探索

  王凯峰，纪晓俊

  针对本科生“代谢工程”课程中存在的知识碎片化、案例更新滞后以及理论与实践脱节等问题，构建了以科研反哺为核心的教学改革模式。通过将最新研究成果转化为教学资源，形成由表型感知、机理解析到调控优化的递进结构，围绕代谢路径重构与动态调控等关键主题组织教学，并以实验室实践、参加创新项目和学科竞赛等形式实现课堂外延。同时，设计形成性与终结性相结合的多维评价，量化知识掌握、数据解读、方案设计与实践操作等指标。本模式在内容更新、案例本土化与工程化训练上协同推进，缓解教材滞后与理论-实践割裂，强化学生的系统分析与工程设计能力，可为生物工程类课程的持续优化与推广提供可复制的实施路径。

• 数智赋能面向未来的生物工程新工科育人体系重构

  万俊芬，王启要，张艺蓓，刘玥伶

  依托深厚的工程教育积淀，在生物工程新工科教学中积极响应生物医药产业智能化转型与国家新工科建设需求，构建了面向智能生物制造与生物医药的卓越人才培养体系。提出了“数智引领、能力导向”的育人理念，确立了“三位一体”的人才评价标准，打造了“三融合、三衔接”课程体系，并配套形成了“三全育人”新模式。基于知识与实践的深度融合，构建了独具工程特色的“三衔接、四融合、五强化”实验教学体系，并与专题科创、学科竞赛及产教实习在内的实践教学内容相衔接，形成“生物创客”递进式实践平台。相关成果有力支撑了生物工程A+学科的建设，有效服务了上海及长三角地区的产业发展需求，并在全国范围内产生了广泛的示范辐射效应，带动了兄弟高校在生物工程等相关专业的协同发展。

• 融合人工智能与成果导向教育理念的“基因工程”智慧课程构建与教学实践

  邹沁，马晓焉，孙丽超，陈振娅，肖雯，霍毅欣，郭淑元

  针对北京理工大学研究生“基因工程”课程在CRISPR-Cas9等核心知识点上概念易混、理论难以迁移到实验方案设计、教学资源分散导致学习链条割裂，以及复杂思维过程与科研能力难以进行过程性评价等突出问题，本研究探索了人工智能(artificial intelligence, AI)与成果导向教育(outcome-based education, OBE)深度融合的课程建设思路。课程团队基于教学诊断结果，构建了“知识图谱-能力矩阵-智能学伴”三位一体的课程架构，将421个核心知识点与研究生毕业要求能力指标点建立系统映射，形成支持个性化学习路径与能力达成度追踪的“知识-能力”关联矩阵；面向研究生科研训练需求，设计科研任务型AI学伴，围绕基因治疗载体设计等综合任务，利用检索增强生成(retrieval-augmented generation, RAG)与课程专属大模型分析学生决策路径和任务产出，用于复杂思维与科研能力的过程性评价；同时构建数据驱动教学分析驾驶舱，实时汇聚学习行为、知识掌握和能力表现数据，辅助教师识别概念瓶颈与能力短板，并优化教学干预。2025年秋季学期的教学实践初步表明，采用该平台的实验班的期末成绩高于2个对照班(P<0.05)，学生日均活跃度达87%，人均日提问5.3次，采用该平台的多数学生认为自主学习效率与前沿技术理解有所提升。研究结果初步表明，相较于侧重资源整合与内容推荐的常规智慧课程，本课程通过以真实科研任务为牵引、以能力达成为核心的AI赋能路径，在一定程度上回应了研究生层面知识迁移困难与能力评价不足等教学问题，为生命科学研究生课程的智能化改革提供了可借鉴的实践路径。

• “双碳”理念融入“微生物学”课程的教学探索与实践

  刘军锋，李正军，陈龙，刘艳辉，张桂敏

  为积极响应国家“双碳”目标，强化高等教育在固碳减排领域的人才培养功能，课程团队聚焦当前教学实践中存在的主要问题，构建了面向“双碳”教育的“微生物学”教学新模式。该模式以在线课程资源为教学先导，系统梳理“微生物学”课程中与“双碳”目标相关的知识体系，通过生活生产案例嵌入与前沿技术动态追踪双重路径重构教学内容，设计问题链引导学生深度参与，并将“双碳”理念与课程知识点进行深度融合，实现“双碳”目标认知培养与微生物技术应用能力提升的双向强化。教学实践表明，该模式有效提升了学生的“双碳”素养和创新能力以及教师的教学科研水平。本研究为高校课程的“双碳”融合提供了可借鉴的实践范式，对培养新时代所需的“专业+绿色”复合型人才具有重要示范意义。