近十年来，代谢工程技术已被广泛应用于微生物菌种改造，并取得了巨大成功。但是，代谢工程技术在提高微生物在工业环境下的适应能力和胁迫抗性方面的作用还很有限。新型大宗生物产品——生物燃料、生物基化学品和生物材料的特点是量大、价廉。为了利用微生物高效、经济地生产这些产品，急需发展新的菌株改造技术。
近日，中科院微生物研究所所李寅研究员和张延平博士在《生物技术趋势》(Trends in Biotechnology)上发表了文章，系统阐述了微生物生理功能工程的新观点，并建议大力发展微生物生理功能工程技术，从而适应新型生物产业发展对微生物菌种改造的要求。文章已于9月29日在线发表(doi:10.1016/j.tibtech.2009.08.006)。
近年来，李寅小组在中国科学院、科技部、国家自然科学基金委员会支持下，以梭菌、克莱伯氏菌和乳酸菌为模型，在分子水平上研究如何提高这些菌株的生理性能。基于微生物生理状态与目标功能的关系，李寅小组提出的微生物生理功能工程技术，强调通过改善工业菌种必需的鲁棒性(robustness)和适切性(fitness)，来提高菌种的工业化应用潜力。在设计菌种改造策略时，除了考虑工业发酵过程的传统指标如底物谱、产物得率、发酵浓度、生产强度等，还需要考虑菌种对pH、温度、氧化还原电势、渗透压等环境参数波动的稳定性，以及菌种对木质纤维素水解抑制物的耐受性。在此基础上，文章根据相应生理功能的复杂性和改造的难易程度，设计了不同的技术路线，明确了对微生物生理功能进行系统改造的原则和方法。
微生物生理功能工程将微生物生理学、系统生物学、合成生物学的相关理论与工程方法结合起来，来改善宿主菌的生理功能或导入新的目标生理功能。利用这一技术改造的菌株，将有可能满足多元化的工业需求，特别是满足新兴生物燃料、生物基化学品种和生物材料发展的需求。
更多阅读
在一项近日发表于《通讯-地球》的研究中，科学家探究了微生物如何在地球最恶劣的水下环境中存活。他们分析了脂质生物标志物——这类特殊脂肪分子能反映生物活性，以此揭示这些生物体的生存策略。该地点的pH值高达......
在人体肠道深处栖息着熙熙攘攘的微生物群落，每种微生物都在食物消化过程中扮演特定角色。其中存在一种能产生甲烷的特殊微生物，美国亚利桑那州立大学最新研究表明，这种产生甲烷的微生物可能影响人体从摄入食物中提......
当超级马拉松（简称“超马”）跑者踏上长达数百英里、持续数日的赛程时，他们不仅是在挑战自己的意志力和肌肉力量，更是在探索人类生物学的极限。科学家发现，即使是最顶尖的极限运动员，其持续能量消耗也无法突破平......
近日，东北林业大学生态学院团队在生态系统多功能性的微生物维持机制方面取得新进展。该研究揭示了土壤微生物通过调整高产-资源获取-胁迫耐受生态对策来应对干旱的内在机制，从微生物生态对策的新视角阐明了生态系......
哺乳动物体内微生物及其携带的抗生素耐药基因（ARG）的跨宿主传播，是潜藏的重大公共卫生风险源。然而，现有研究面临多重技术瓶颈：低丰度微生物难以检测导致潜在病原漏报；大量未报道的微生物物种缺失限制了多样......
近日，中国农业科学院作物科学研究所杂粮作物功能成分挖掘与新品种选育创新团队研究发现，黄酮类代谢物可提高苦荞对高海拔环境的适应性，并揭示了其调控机制。相关研究成果发表在《植物生物技术杂志》（PlantB......
中国科学院华南植物园研究员鲁显楷团队在国家自然科学基金等项目的资助下，通过长达20年的野外氮添加实验，首次揭示长期高氮沉降下热带原始林土壤微生物代谢限制的垂直分异规律，即长期氮沉降会加剧表层土壤的磷限......
持续的气候变暖造成多年冻土大面积融化。作为剧烈的冻土融化形式，热融塌陷会在短时间内改变植被、土壤和水文等过程，从而影响土壤微生物及其介导的碳过程。微生物碳利用效率是指微生物将吸收的碳分配至自身生长的比......
英国科学家研究发现，微生物群落能通过发酵可可豆，复制出高品质巧克力的风味特征，研究或能帮助提升醇正风味巧克力的工业化生产。相关研究8月18日发表于《自然-微生物学》。巧克力的独特风味取决于可可豆的发酵......
在地球的深海热泉、湿地，或者动物肠道和沉积物等环境中，生活着一群“无氧居民”——厌氧微生物。他们能分解有机废物、产生甲烷等可再生能源，还能参与温室气体的生成和消减——从污水处理厂到畜禽养殖、从沼气利用......