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美国科学院院士Caroline Stone Harwood教授

受邀来所交流访问

9月26号,美国科学院院士、华盛顿大学Caroline Stone Harwood 教授应邀来我研究所访问,并作了题为"Production of energy-rich compounds by photosynthetic bacteria"的学术报告。报告主要从光能转化为富能化合物(energy-rich compound)的角度介绍了其课题组在沼泽红假单胞菌利用光能固氮并合成甲烷的研究领域取得的进展及最新成果。该领域的研究对我所在藻类光合作用和厌氧微生物能量代谢研究方面有很好的启发。会后Harwood 教授对参会研究人员和学生提出的问题进行了深入的解析和讨论,并提出了自己见解。双方一致同意将围绕光能驱动的CO2固定,开展深层次合作与交流。本次报告由微生物资源团队负责人李福利研究员主持。

Caroline Stone Harwood 教授2000年当选为美国微生物学会资深会员,2008年当选为美国科学促进会(AAAS)资深会员,2009年被评为美国科学院院士,2010年获宝洁公司应用环境微生物学奖。其相关研究工作已在国际著名期刊(如Science, Nature, Nature Biotechnology, PNAS, mBio, Nucleic Acids Research, Curr. Opinion in Microbiol., Appl. Environ. Microbiol. J. Bacteriol.等)发表100多篇,其中单篇文章最高他引次数达500多次。

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2017年1月17日,上海交通大学唐鸿志教授及上海计划生育研究所郑华军研究员来我所进行交流访问并作相关报告。本次报告会在能源楼111会议室隆重召开。微生物资源团队李福利研究员作为主持人,向参会的老师和学生介绍了两位专家以及本次交流报告会的目的和意义。

首先,来自上海交通大学的唐鸿志教授作了题为"微生物代谢尼古丁机理"的报告,尼古丁( nicotine) , 俗称烟碱, 是多种烟草的主要生物碱。因为尼古丁是一种精神药品, 所以人类长期保持着吸食烟草的习惯。然而, 长期吸烟会导致对尼古丁的依赖性, 而过量吸入尼古丁则会抑制中枢神经, 麻痹心脏, 甚至有致命的危险; 在吸烟等过程中尼古丁还会被亚硝化, 生成烟草中特有的强烈的致癌剂 N亚硝胺(TSNA) ; 尼古丁也是一种环境有毒物质, 烟气环境中就含有大量的尼古丁, 同时烟草加工过程也会产生许多含高浓度尼古丁等生物碱的废物, 这种废物被认为是有毒的危险废物。因此有效地控制卷烟和环境中的尼古丁的含量, 对于维护人类健康有着深远的意义。本报告主要介绍了以假单胞 菌属 细 菌 为 代表 的 吡 咯 途径 ( pyrrolidinepathway), 该途径从尼古丁的吡咯烷被脱氢而打开开始, 然后通过羟基化打开吡啶环。报告主要列出了以下研究重点:微生物筛选,新的微生物代谢途径的发现,关键酶的寻找,结构生物学以及代谢调控机理。

  随后,来自上海计划生育研究所的郑华军研究员作了题为"从微生物到微生物组研究"的报告。本报告主要介绍了微生物组学对传统微生物学的指导,并结合具体研究成果讲述了微生物与人类疾病如:糖尿病,高血压等之间的关系,展望了中国微生物组学的研究的方向和发展前景。

  会议期间,两位专家与参会嘉宾进行了多样的沟通与交流,大家对于本次报告交流会的内容表现出了极大的兴趣和热情,现场讨论氛围热烈。同时,参会成员结合自身科研成果,对两位专家也提出了比较有价值的参考。本次报告会成功的召开,不仅提高了我所相关方面的科研能力,同时也促进了多方交流,为将来进一步的合作打下坚实基础。

                

   

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  2016年8月18-20日,应微生物资源团队负责人李福利研究员以及微藻生物技术团队负责人刘天中研究员邀请,泰国清迈大学校长助理Charin一行,广州能源研究所袁振宏研究员一行来我所参加中泰三方合作项目交流会。本次会议针对木质纤维素燃料乙醇零排放生物炼制过程的基础研究进行交流讨论。

  本次会议由李福利研究员主持,辛洪川部长,刘天中研究员以及微生物资源团队,微藻生物技术团队成员参加了此次会议。会议期间,泰国清迈大学Noppol Leksawasdi博士简要介绍了泰方团队目前的科研方向及成果,之后对其在此次三方合作交流项目的最新工作进展进行了详细的介绍,并针对此作了题为"Progress Report on Biorefinery Production from Biomaterials by Zero Waste Technology"的报告。广州能源所的庄新姝博士随后进行了题为"Research Progress on Biorefinery process of Zero Waste Technology in GIEC"的报告,报告针对此次三方合作项目的研究成果进行了细致的介绍。各团队参会人员均对二人显示出极大的兴趣,并提出多个问题,三方在会议现场展开了热烈的讨论。

                                                         

  随后,我所王士安副研究员作了题为"Natural stress-tolerant yeasts and their potential applications in biotechnology"的报告,张维博士作了题为"Protplast preparing technology of Haematococcus pluvials and its application on genetic improvement"的报告。泰方及广州能源所方面对以上的报告展示出极高的关注,会议现场讨论交流氛围十分热烈。会议最后,来自广州能源所的袁振宏研究员对此次会议进行了总结并表达了对未来三方合作项目的展望。

                                  

  会后,在李福利研究员的陪同下,来访人员对我所进行了参观。中泰双方就未来项目合作的前景进行了展望与规划。此次会议的顺利召开,促进了中泰双方的合作交流,加强了双方在木质纤维素燃料乙醇零排放生物炼制过程的基础研究领域方面的合作,为以后合作项目的发展打下了坚实的基础。

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  7月4~6日,应微生物资源团队负责人李福利研究员邀请,俄罗斯工业微生物遗传育种研究所副所长Sergey Yarotskiy与酶工程团队负责人Anna Sklyarenko一行两人来我所访问。

  Sergey Yarotskiy副所长简要介绍了俄罗斯国家工业微生物遗传育种研究所,以及该所的主要研究方向,然后对其所处的团队及最新的工作进展进行了详细的介绍,并做了题为“Recombinant xyloglucanases - preparation and properties”。同行的Anna Sklyarenko教授也对自己的研究课题作了详细介绍,并作了题为“Immobilization of lipases”的学术报告。中方多个团队对报告很有兴趣,并进行讨论。

  在李福利研究员的陪同下,对我所微生物资源课题组实验室以及公共实验室进行了参观,李福利研究员介绍了双方合作交流项目需要用到的相关大型仪器及相应方法。李福利研究员及吕明副研究员对我方正在进行的几项有工业应用价值的工具酶资源的挖掘及开发相关课题进行了介绍。

  双方对菌株改造各种所用方法及优缺点进行了深入讨论,对目前构建的高效分泌生产二元羧酸的工程酵母菌株进行了综合评价,并就下一步的改造方案进行了商讨。经讨论,双方均认为在代谢工程改造方面可以优势互补,并在整合双方资源继续改造菌株以适合工业化生产方面提出了明确思路。双方商定在推动工程菌株工业化应用方面进行深入合作,加快生物法生产二元羧酸的产业化进程。

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    2016年7月27日,西北农林科技大学张继文教授来我所交流访问。上午10时,交流研讨会在中科院青能所生物楼四楼会议室召开。能源植物团队周功克研究员,微生物资源团队李福利研究员以及微生物资源团队组员参加了此次会议。

    本次会议的主题是针对新型杀虫剂创制过程中的实践与感想。张继文教授运用可持续发展的观点,就新型天然农药研制问题进行了交流探讨,探索未来农药研制的发展方向与趋势,推广新型天然农药苦皮藤素的先进经验与优势,为降低农药使用的危害提供方向,为塑造环境友好的社会做出贡献。

    苦皮藤素是卫矛科南蛇藤属的一种多年生木制藤本植物,其根皮具有杀虫活性,是我国较有开发潜力的杀虫植物之一。从1980年开始,吴文君等对苦皮藤素进行了多学科的系统研究,并取得了许多新的进展。在直接利用方面,对其资源和分布,生物活性,有效成分的提取以及制剂的加工进行了研究;在基础研究方面,从苦皮藤的根皮提取物中分离鉴定来19个杀虫活性成分,其中15个为新化合物。以这些研究为基础,张继文教授汇报交流了新型杀虫剂苦皮藤素创制过程中的作用机理,生产工艺,产品毒性以及在天然植物杀虫剂研究方面的最新进展。

    会议期间,张继文教授与微生物资源团队进行了多样的沟通与交流,大家对于新型农药的研制给予来极大的兴趣,针对农药研制方面的多种问题进行了热烈的交流探讨。同时,参会成员结合自身科研成果,对新型农药的研制提出了十分有价值的参考。

    会后,张教授还参观了微生物资源团队,并与相关科研人员进行了交流。此次研讨会,为双方提供了一个良好的沟通交流平台,同时也为彼此今后的进一步合作打下了坚实的基础

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中科院青能所博士研究生王兵参加"2016年国际学生论坛"

 

2016611日至16日,青能所李福利课题组博士研究生王兵作为青能所研究生代表参加了2016年度"国际学生论坛""国际学生论坛"是由中国科学院大学和日本东京大学于2004年共同发起,主题为生命科学与医学的国际性学术论坛。从2005年至今,论坛已在中国、日本、美国、澳大利亚和丹麦等国家成功举办了12届。本届论坛在中国科学院大学(国科大)雁栖湖校区举办,来自国科大、美国内布拉斯加大学医学中心、澳大利亚格里菲斯大学和塔斯马尼亚大学、英国阿伯丁大学和南丹麦大学等大学的60余名学生参加了此次论坛。

王兵同学做了现场报告,题目为"Characterization of a Thermophilic PolyMG-specific Alginate Lyase from Defluviitalea phaphyphila"。报告介绍了本研究组最新发现的海藻酸钠裂解酶。海藻酸钠是一种来自褐藻的多糖,占褐藻总糖含量的30%-60%,在工业上用于增稠剂,稳定剂等,还可以用做食品添加剂和药物缓释剂等。另外,由于不与粮争地等优势,褐藻被认为是制造生物能源的潜力候选。最近有研究表明海藻酸钠寡糖及其衍生物具有诸多生物活性,如促进植物萌发,作为膳食纤维调节肠胃和微生物群落,可以降血脂,降血压,防止肥胖和糖尿病,此外,还可以诱导细胞分泌抗肿瘤活性物质,激发人单核细胞的细胞素产生等。在医药保健和农业饲料肥料等方面具有广泛应用。海藻酸钠裂解酶的开发对于海藻资源的利用至关重要,但是目前发现的海藻酸钠裂解酶热稳定性差,极大限制了其应用前景,本研究组发现的海藻酸钠裂解酶在高温下具有高酶活和较强的热稳定性,而且对底物具有特殊偏好,这些特性不仅在工业上具有良好的应用前景,而且具有较好的科学研究价值。在学术交流中,各国研究生们深入探讨了不同研究领域的最新进展,极大的开阔了与会者们的眼界,对今后的科学研究起到了推进作用。

此次论坛除了学术交流之外,还专门设置了中国传统文化学习小组,为不同国家的学生提供了学习中国传统文化的机会,更是促进了各国学生之间的交流。另外,还组织各国学生参观了"两弹一星"纪念馆,动物博物馆和首都博物馆等。

2016届国际学生论坛给各国研究生提供了一个展示自己和交流学术的平台。是国科大研究生走向学术国际化的体现,对每一个参会的学生来说都是一次宝贵的经历。

                                                                  

                          

                               

                                                          

                       

 

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青岛能源所菊芋生物转化技术取得重要进展
2016-07-14 | 编辑: | 【  】|浏览次数:
    

   菊芋又名洋姜,属于非粮作物,其土壤适应性强,可以在干旱、盐碱等非耕边际土地种植。菊芋块茎富含菊糖,菊糖是植物的第二大储存多糖,仅次于淀粉。淀粉糖产业的发展已较为成熟,而菊糖的开发应用有待发展。以菊糖为糖质平台,结合现代生物技术,可开发生物能源、生物基材料、医药、食品等众多产品。

   近期,青岛能源所微生物资源团队聚焦菊糖向能源产品燃料乙醇和功能食品"益生元"低聚果糖的转化,取得了显著进展。在前期研究中,该团队的科研人员建立了菊芋乙醇整合生物加工工艺(Consolidated bioprocess),即将菊糖酶产生、菊糖水解和乙醇发酵整合为一个过程,实现了直接发酵菊芋生产燃料乙醇,在40 °C下酵母发酵200 g/L菊芋粉,产乙醇65.2 g/L, 乙醇得率为79.7%。该团队通过系统地改造酵母多糖代谢途径和酶分泌系统等,有效提高了菊芋的转化效率,发酵250 g/L菊芋粉,产乙醇达到81.8 g/L,产率达到3.13 g/L/h,转化率达到92%。相关研究成果发表在Biotechnology for Biofuels, 2016, 9:96。

   低聚果糖产品主要以蔗糖为原料经酶法转化而来,这种工艺的理论转化率低于60%,生产高纯度低聚果糖需要经过纯化,增加成本。菊糖可通过菊糖内切酶催化产生低聚果糖,但是菊糖内切酶活力通常不高,目前没有廉价的商业化酶可供使用。上述科研团队通过在酿酒酵母中表达菊糖内切酶,并且消除菌种对菊糖组份的代谢能力,建立了一种通过酵母发酵生产高纯度低聚果糖的简单工艺。应用该工艺,在40 °C下发酵200 g/L菊糖,产生低聚果糖180 g/L,并且产率高达7.5 g/L/h。相关研究成果发表在Carbohydrate Polymers, doi:10.1016/j.carbpol.2016.06.059, 并申请中国发明专利一项,专利号2016103904308。

   上述技术发明创造将促进菊芋产品开发,推动菊芋产业链发展。

 

高纯度低聚果糖一步生物发酵技术         菊芋乙醇整合生物加工技术(CBP)

   

  原文链接:

   1. Biotechnology for Biofuels, 2016, 9:96

     http://link.springer.com/article/10.1186/s13068-016-0511-4/fulltext.html

   2. Carbohydrate Polymers, 2016, 151:1220-1226 doi:10.1016/j.carbpol.2016.06.059

  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861716307342


李福利研究员负责编辑的英文专著获得美国微生物学会的杂志《Microbiology Today》推荐 李福利研究员负责编辑的英文专著获得美国微生物学会的杂志《Microbiology Today》推荐

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"by the leading experts in each field ... concise and readable, providing lucid explanations about the current understanding and prospective views of the fields. This book would be an invaluable resource for any researcher interested in these exotic microbes and their applications, from senior undergraduates and postgraduates to scientists and engineers." from Microbiology Today read more ...
Thermophilic Microorganisms
Edited by: Fu-Li Li
Reviews of current research on thermophilic microorganisms providing a timely overview of the field and covering the ecology, enzymology and genetics of thermophiles.
 
 
 
 
 

基础研究结硕果,服务大众靠创新 ——记第十届青岛市青年科技奖获得者李福利 基础研究结硕果,服务大众靠创新 ——记第十届青岛市青年科技奖获得者李福利

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注:转载自青岛市科学技术协会。http://www.qdast.org.cn/newslist.asp?id=19313

 

     李福利,男,中国共产党员,理学博士。现任中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员,博士生导师,微生物资源团队负责人,青岛市单细胞油脂工程实验室副主任。主要研究方向为生物化学与分子生物学,现已发表论文专著80余篇,SCI论文60余篇,引用900余次,H因子14,并主编英文专著一部。获2015年山东省自然科学基金委杰出青年支持,主持包括科技部973、国家自然科学基金在内的科研项目20余项,获国家授权发明专利8项。获王宽诚访问教授、克虏伯青年学者、优秀共产党员等荣誉称号,获山东高等学校优秀科研成果奖,获得第十届青岛市青年科技奖。

  植根微藻选育,觅得机遇归来

  微藻被认为是最具可持续发展潜力的产油脂生物质资源之一,但迄今为止还没有获得产业化突破。在中国科学院与山东省科技厅的大力支持下,李福利研究员带领微藻团队向这一难题发起了挑战,他们从全国范围内的河流、湖泊等筛选微藻资源,最终获得了大量产油微藻。在分析微藻富含的油脂组分过程中,偶然发现一株“与众不同”的微藻,经鉴定,这株微藻被确认为国际上首次发现富含高比例神经酸的微藻品种。神经酸最早发现于哺乳动物的神经组织,主要以鞘糖脂和鞘磷脂的形式存在于人体大脑白质中。大量医学/药学研究证明,神经酸是修复神经纤维的关键因子,可促进神经细胞的生长和发育。该藻的发现对发展和开发功能性油脂具有重要意义。

  沉心新能源,圆得酵母梦

  菊芋又名洋姜,是一种新型能源植物,其土壤适应性强、无病虫害,可以在干旱、盐碱等非耕边际土地种植。酿酒酵母是乙醇规模化生产的最佳菌种,但目前发现的酿酒酵母并不“吃”菊芋。李福利研究员带领团队在酿酒酵母发酵菊芋方面展开了系统的研究。课题组通过酵母菌资源筛选和抗逆性评价,获得了一株高温度耐受性的菊糖代谢酿酒酵母菌株,比传统酵母菌的发酵温度高了5-10ºC,这一特性显著地降低了工业生产成本。另外,结合对合成生物学方法的应用,李福利研究员领导的团队还巧妙的给酵母增加了一些工具,提高酵母利用菊芋的能力,最终可以高效的发酵菊芋产乙醇或低聚果糖。

  褐藻创新,嗜热青春

  餐桌上的海带是一种具有代表性的褐藻,除了能吃以外,还有更重要的功能。褐藻是一类重要的海洋初级生产者,在CO2吸收和海洋近岸碳循环中发挥重要作用。另外,由于褐藻具有无木质素、生长快、对生产粮食的土地和淡水资源没有竞争等固有优势,是一种很有前景的生物燃料原料。海洋嗜热菌是一能在高温条件下生存的微生物,广泛存在于深海火山口、热液流和油气田等高温厌氧环境中。李福利研究员领导的团队另避蹊径,从近海常温环境中分离到可以“吃”褐藻的嗜热菌,该菌株具有一个完整的褐藻(包括三种糖:褐藻胶、甘露醇和海带多糖)降解系统,该系统中的酶具有高的催化效率和优良的热稳定性,是一个开发工业酶的巨大宝库。由于在嗜热菌研究中的突出贡献,李福利研究员近期受邀编辑《Thermophilic Microorganisms》一书,由英国的Caister Academic Press正式出版。该书包含了嗜热微生物的生态多样性、热稳定生物催化剂、嗜热病毒、DNA复制以及代谢工程等内容。该书由李福利研究员组织来自加拿大、中国、德国、日本和美国等的相关领域专家编写完成。

  传播科研,立德育人

  李福利研究员自2008年归国以来,一直在中国科学院青岛生物能源与过程所任职团队负责人。八年来,兢兢业业,致力于生物质资源的利用研究,带领团队不断发展壮大,实现了一项又一项突破,取得了一项又一项成果。不仅在本职工作上取得突出成绩,李福利研究员还积极参与各个学术组织,贡献自己的力量。他先后被聘为山东省微生物学会理事,中国微生物学会国际工作委员会委员,中国发酵工业协会微生物育种分会副理事长,中国海洋学会海洋生物工程专业委员会副主任委员,山东省生物工程生物技术教育指导委员会委员等,并在国际重要期刊担任杂志编委。在国家基金委中德中心的支持下,作为中方主席,2012年与德国慕尼黑工业大学Libel教授联合举办了“中德先进生物燃料与代谢工程”研讨会。李福利研究员目前已经培养博士研究生8名,在他的引导与培养下,每个毕业的学生都能够独立思考,不断学习,无论从事科研、工程或其他行业,都能够继续进步,逐步成为社会中坚。

  搞创新,谋发展

  李福利研究员以“顶天立地”作为其科研人生的信条,不仅要刻苦钻研,取得高水平的研究成果,推动科学技术的发展,还要促进科研成果的转化,实现产业化,推动科技进步的成果更好更快的服务社会,服务大众。李福利研究员已将其首次发现的富含高产神经酸的微藻及其培养方法申请中国发明专利并获得授权,与公司合作开发“微藻神经酸”产品。利用国家大科学装置开展重离子辐照微藻研究,显著提高了产油率(富含EPA,二十碳五烯酸),目前授权美国Solix公司进行中试示范。围绕清洁生产过程,与青岛智瑞生物有限公司、乌克兰地质研究院合作,研发“工业微生物与蛋白复配黄金浸出技术”,完全替代传统的氰化钠提金剂,环保高效,成本低于氰化钠。合作项目获得了国家科技部国际合作专项支持。课题组有二项专利转让给公司。目前公司在云南选址建设万吨级的生物浸金工厂,具有较大的经济效益与环保效益。

  李福利研究员扎根基础研究,依靠创新服务社会,始终向上向前,永不止步,争取为社会担当更重的责任,贡献更多的力量。 

      

吕明副研究员获得中国微生物学会学术年会优秀学术论文奖 吕明副研究员获得中国微生物学会学术年会优秀学术论文奖

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        2015年10月23日-25日,在湖北宜昌举办的2015年度中国微生物学会学术年会上,我所微生物资源团队吕明副研究员做了关于“极端嗜高温木质纤维素降解细菌中高效热稳定的工具酶资源的挖掘与利用”的学术报告,获得了大会会务组颁发的“优秀学术论文奖”。

       吕明副研究员所做报告的内容是以极端嗜高温菌属Caldicellulosiruptor的基因组信息为出发点,重点挖掘其中具有重要应用潜力的木质纤维素酶系资源,分离和鉴定出一个具有高活性的木聚糖酶和一个特异性的地衣聚糖酶。通过酶学表征、糖基化修饰、以及酶工程的改造,进一步的提高其性能和热稳定型。为其实用化奠定了一定的理论基础。

天津大学 汪光义教授与韩国釜山国立大学Sunghoon Park教授来所做学术报告 天津大学 汪光义教授与韩国釜山国立大学Sunghoon Park教授来所做学术报告

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     11月05日下午,天津大学环境学院的千人计划专家 汪光义教授与韩国釜山国立大学 化学工程学院的Sunghoon Park教授应邀来所做学术报告。汪光义教授在UC. Davis大学获得了微生物学博士学位,以及在UC. Berkeley大学的JD Keasling课题组从事博士后工作。随后2003年在夏威夷大学获得了副教授的教职职位,2010年回国加入北大深圳研究生院,2013年,以千人计划入选者加入天津大学环境学院。Sunghoon Park教授是韩国釜山国立大学化工学院的教授,多年从事利用甘油或葡萄糖在大肠杆菌制备3-hydroxypropionic acid (3-HP)、1,3-propanediol、氢气、乙醇等生物基材料或能源的研究。发表超过150篇论文以及获得30多项专利的授权,在相关领域有一定的国际知名度。

     作为学术报告人,汪光义教授与Sunghoon Park教授分别先后作了题为“Potentials of Marine Eukaryotic Microbes in Production of Biofuels”和“Metabolic engineering of microorganisms for the production of fuels and chemicals” 的学术报告。报告由微生物资源团队吕明副研究员主持,汪光义教授为科研人员和研究生详细介绍了来自海洋的真菌微生物在生产生物燃料或生物基化学品的潜力以及前景。通过2个生动的科研实例(破囊壶菌、海洋酵母),汪光义教授为大家揭示了海洋真菌类微生物在海洋内部营养循环中的重要作用。随后,Sunghoon Park教授讲述了自己从事了十多年的利用代谢工程手段在以大肠杆菌为宿主同时产氢气和乙醇的科研路程,此外也简单介绍了利用甘油在大肠杆菌中生产3-HP的工作。通过十多年不懈的努力,分别改造了大肠杆菌中的pentose-phosphate (PP) pathway和Entner-Doudoroff (ED) pathway,获得氢气与乙醇的最高得率都非常接近于理论值。报告后参会人员就相关学术问题与两位教授进行了热烈交流和研讨。两位教授的报告深入浅出,为科研人员提供了非常有价值的参考。会后,两位教授还参观了微生物资源团队,并与相关科研人员进行了交流,为双方今后的进一步合作奠定了良好基础。

美国北卡罗来纳州立大学Robert Kelly教授来所访问交流 美国北卡罗来纳州立大学Robert Kelly教授来所访问交流

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        10月19日至20日,美国北卡罗来纳州立大学Robert Kelly教授应邀访问中国科学院青岛生物能源与过程研究所。Kelly教授是北卡罗来纳州立大学Alcoa教授,北卡州生物技术工程主任,《Applied and Environmental Microbiology》杂志编辑。

        19日上午,Kelly教授作了题为“Extremely Thermophilic microorganism: genes, genomes and genetics”的学术报告。会议由李福利研究员主持。李福利研究员首先对Kelly教授进行了简要介绍,并对Kelly教授的到来表示热烈欢迎。随后,Kelly教授在报告中着重介绍了极端嗜热微生物研究的三个方面,涉及到基因、基因组及遗传学。这对极端嗜热微生物的研究工作具有重要的指导意义。

        Kelly教授在所期间还访问了微生物资源团队,并与团队的科研人员进行了深入交流,分享了自己的科研经验,为进一步的合作奠定了基础。

    During Oct. 19th- 20nd 2015, Prof. Robert Kelly from North Carolina State University, USA was invited to visit Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT), Chinese Academy of Sciences.

    On Oct. 19th, Prof. Kelly gave a presentation titled “Extremely Thermophilic microorganism: genes, genomes and genetics”. He mainly introduced three aspects of his research, which referred to the genes, genetics and genomes of extremely thermophilic microorganisms. The talk gave important guidance for extremely thermophilic microorganism study. The lecture was hosted by Prof. Li Fuli, the group leader of Microbiology Resource Group of QIBEBT.

    During his stay in QIBEBT, Prof. Kelly also visited Microbiology Resource Group and shared his experience on research and technologies, which laid good foundation for potential collaboration between North Carolina State University and QIBEBT.

硕士生王灵荣获 "优秀论文三等奖" 硕士生王灵荣获 "优秀论文三等奖"

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       2015年9月18-20日, 由中国生物化学与分子生物学会酶学专业委员会、浙江清华长三角研究院、上海交通大学生命科学技术学院、山东大学(威海)共同主办的第十二届全国酶学学术讨论会在山东威海召开。中科院青岛生物能源与过程研究所微生物资源团队做了"Hyperthermophilic GH11-Family Xylanase from Caldicellulosiruptor sp. F32: Its High-level Expression in Pichia and Enzymological Characters"的海报。

       源自嗜高温菌株的木聚糖酶通常具有良好的热稳定性和耐酸碱性,在生物能源、饲料、纺织等多行业中有广泛的应用。前期我们在农村堆肥样品中分离出一株木聚糖酶活性较高的极端嗜热厌氧菌Caldicellulosiruptor sp. F32。通过基因组测序分析、电泳活性条带染色、酶学特性检测等实验,发现并阐明了2个具有高活性和强热稳定性的木聚糖酶(XynA、XynB)。后期实验发现,缺失CBM36模块的截短蛋白XynA-TM1与全长蛋白XynA相比,比酶活提高2.3倍,75 °C半衰期提高8.7倍。为能高效表达此木聚糖酶以广泛应用于工业化生产,我们采用毕赤酵母分泌蛋白表达系统。通过摇瓶发酵、发酵罐发酵、酶学性质对比等实验发现,在毕赤酵母中可获得高产量和高活性的木聚糖酶制剂,为下一步工业化应用提供了可行方案。硕士生王灵荣获中国生物化学与分子生物学会第十二届全国酶学学术讨论会 "优秀论文三等奖"。

李福利研究员主编的图书《Thermophilic Microorganisms》于近日出版 李福利研究员主编的图书《Thermophilic Microorganisms》于近日出版

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李福利研究员主编的图书《Thermophilic Microorganisms》于近日出版

嗜热微生物广泛存在于海洋和陆地中。这些生物在进化过程中发展出多种分子策略以抵抗高温环境的有害作用。高温被认为是影响微生物生存和进化的最重要的物理因素之一,嗜热微生物在高温下的不寻常的能力使得它们成为理想的研究模型。在过去几十年,这些生物及其酶体系已逐步发现并应用于各种工业和生物技术中,例如用在PCR中的热稳定DNA聚合酶等。
 
在这本书中来自多个国家的顶尖科学家概述了该领域的最新进展。书中在生态多样性,酶学性质和遗传学特点等方面介绍了嗜热微生物。本书广泛阐述了在工业应用上来源于嗜热微生物的热稳定性催化剂包括醇脱氢酶,糖苷水解酶,蛋白酶和脂肪酶。此外作者讨论了当前的技术挑战和未来发展趋势。
 
http://www.horizonpress.com/thermophile

糖苷水解酶热适应性进化机制研究进展 糖苷水解酶热适应性进化机制研究进展

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糖苷水解酶热适应性进化机制研究进展

     通常认为,CBMs(carbohydrate-binding modules,碳水化合物结合模块)与多糖底物结合,通过定向效应与邻近效应提高酶的催化能力。迄今为止,人们已经开展了大量关于CBMs的研究,但是其对糖苷水解酶催化特性、热稳定性的影响,仍未有明确的结论。近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所微生物资源团队李福利研究员与山东大学王禄山教授团队合作,以来源于极端嗜热厌氧菌Caldicellulosiruptor sp. F32的糖苷水解酶(glycoside hydrolase,GH)11家族木聚糖酶和GH10家族木聚糖酶作为研究对象,系统分析了CBMs对木质纤维素酶热稳定性的影响,提出并丰富了多模块纤维素酶热适应性进化机制。相关成果于近日正式在线发表于Appl Environ Microbiol(Meng, et al, Appl Environ Microbiol, 2015, 81(6): 2006-2014)。

     CBMs对木聚糖酶热稳定性具有决定性作用。GH11家族木聚糖酶CBMs缺失,导致蛋白质热稳定性提高,而GH10家族木聚糖酶CBMs缺失则降低酶的热稳定性。通过同源建模及等温滴定量热实验,可以得出结论,木聚糖酶的耐热性不仅仅取决于单个模块的性质,还取决于蛋白质内的模块间相互作用(inter-domain interactions)。进一步通过化学交联法(chemical cross-linking)实验验证了该推断,证明了模块间是否存在相互作用决定了CBMs对木聚糖酶热稳定性的影响。

     分析多个GH10和GH11家族木聚糖酶的Linker序列,发现GH11家族木聚糖酶linker具有高的丝氨酸和苏氨酸含量,或脯氨酸含量。因此,linker具有强的刚性,导致蛋白采取伸展构象,从而决定了GH11家族木聚糖酶不具有模块间相互作用。因此,多模块糖苷水解酶热稳定性是氨基酸序列及模块间非共价相互作用共同进化的结果,蛋白质整体结构上的刚性和催化中心柔性之间的平衡,共同决定了酶的热稳定性。

     上述研究获得了科技部973计划、国家基金等支持。

     原文链接:

     Meng DD, Ying Y, Chen XH, Lu M, Ning K, Wang LS, Li FL*. 2015. Distinct Roles for Carbohydrate-Binding Modules of GH10 and GH11 Xylanases from Caldicellulosiruptor sp. F32 in Thermostability and Catalytic Efficiency. Appl Environ Microbiol (doi:10.1128/AEM.03677-14) http://aem.asm.org/content/early/2015/01/05/AEM.03677-14.abstract

微生物资源团队在合成气利用菌Clostridium ljungdahlii的发酵工艺方面取得研究进展 微生物资源团队在合成气利用菌Clostridium ljungdahlii的发酵工艺方面取得研究进展

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微生物资源团队在合成气利用菌Clostridium ljungdahlii的发酵工艺方面取得研究进展

      合成气是一种主要由CO、H2以及CO2组成的混合气体。近些年,以合成气为原料生产化学品和生物能源得到广泛关注。Clostridium ljungdahlii可以以H2、CO作为电子供体,以CO2为电子受体,在自养条件下实现生长并产生如乙酸、乙醇以及2,3-丁二醇等代谢物,因此极具工业应用潜力。

      本研究分别以80%CO/20%CO2和5 g/L果糖为碳源对C. ljungdahlii DSM 13528进行了批次发酵,发现乙酸是发酵的最主要产物,并且与细菌的生长呈正相关;乙醇作为另一种产物,合成变化分为明显的前期(产量低且基本不增加)、中期(产量一直在增加)、后期(产量保持不变)三个过程。通过Real Time PCR建立了相关基因在乙醇合成过程中的动态变化机制,发现:在变化的外界条件下,参与Wood-ljungdahl途径下游过程的基因如folD和mthfr等的表达是稳定的,而受调控的基因主要为参与Wood-ljungdahl途径上游过程的基因,如编码CODH以及FDH的基因;在乙醇合成途径中,参与乙酸转变为乙醇的基因aor1和aor2都出现了上调,尤其是aor1的上调更显著,而adhE表达水平基本不变。进一步探究不同酸处理条件下基因的表达变化后发现:乙酸的积累显著提高了aor1的表达量,而添加乙酸钠对乙醇合成相关基因的表达无影响。

      为减少过低的pH对细菌的伤害,从而获得更高的生物量,本研究对pH缓冲剂CaCO3对C. ljungdahlii的发酵影响做了研究,结果表明:添加0.01 g/L CaCO3提高了C. ljungdahlii DSM 13528对底物的利用能力,相比于不添加CaCO3的情况下果糖的利用提高了30%。对底物的充分利用进一步促进了细菌的生长,添加0.01 g/L CaCO3后的最大细胞浓度接近达到1.6,是不添加CaCO3时的1.5倍。更高的菌体浓度有助于获得更高的乙醇和乙酸产量,添加0.01 g/L CaCO3后乙醇和乙酸的产量比不添加的时候提高了40%和25%。然而,当添加的CaCO3浓度提高到0.02 g/L的时候,情况截然相反,果糖的利用受到抑制、细胞浓度降低以及乙醇和乙酸产量下降。

     本研究发表于Bioresources Technology 

     原文链接:

    Xie BT, Liu ZY, Tian L, Li FL, Chen XH*. 2015. Physiological response of Clostridium ljungdahlii DSM 13528 of ethanol production under different fermentation conditions. Bioresour Technol 177:302-307 (doi: 10.1016/j.biortech.2014.11.101) 

    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852414017155

微生物资源团队在高温厌氧纤维素降解菌协同作用研究取得新进展 微生物资源团队在高温厌氧纤维素降解菌协同作用研究取得新进展

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 微生物资源团队在高温厌氧纤维素降解菌协同作用研究取得新进展

    木质纤维素是地球上最丰富的可再生生物质资源,微生物可以通过酶解将其转化为可供发酵的糖。之前关于微生物群落将木质纤维素有效地转化为生物燃料的研究由于群落结构过于复杂而很难了解微生物之间的协同合作机制。 

  近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所微生物资源团队张坤迪等通过以木质纤维素为底物,加入生长支持因子,获得难培养纤维素降解菌,并共培养两株分离自同一环境样品的菌株C. stercorarium CS-3-2 和 C. cellulosi CS-4-4,构建了一个最简单的研究木质纤维素降解菌株协同作用的模式体系。 

  共培养体系糖苷水解酶酶活与纯培养菌株或人工混合的体系相比,提高2-6倍,表明这两株菌在生长过程中形成了水解木质纤维素的最佳酶配比。定量检测各个生长时期两菌株的细胞数目发现,在指数生长早期和中期菌株CS-3-2占优势,到指数生长末期菌株CS-4-4的细胞数目才超过菌株CS-3-2,而共培养体系的最佳酶活也在这个时期检测到。活性染色图谱表明菌株CS-4-4的谱图与共培养体系谱图相似,但酶活显著提高。在这些谱带中,有两个含量最丰富的水解酶ORF3880和ORF3883。其中,ORF3880含多达5个CBM(Carbohydrate-Binding Module,碳水化合物底物结合模块),对底物吸附能力几乎不受温度影响,揭示了高温微生物获取不溶碳源底物——纤维素的特殊机制。 

  上述成果已发表在最新一期的Appl Environ Microbiol。该研究由李福利研究员主持完成,获得了科技部973项目"木质纤维素高效降解转化中的生物科学技术问题"(No. 2011CB707404)和科技部支撑计划项目"生物液体燃料科技工程"(2011BAD22B02-01)支持。 

      

  原文链接:Zhang K, Chen X, Schwarz W, Li F*. Synergism of glycoside hydrolase secretomes from two thermophilic bacteria cocultivated on 

lignocellulose. Appl Environ Microbiol, doi:10.1128/AEM.00295-14, 2014. 

 

李福利研究员接收滕州电视台采访 李福利研究员接收滕州电视台采访

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团队负责人李福利研究员接收了滕州电视台《天南地北滕州人》栏目组的采访。

视频链接如下:

http://www.tengguo.tv/cuplayer/player.swf?JcScpVideoPath=http://up.tengguo.tv/201402/11/15-20-51-44-8.mp4&player.swf

孟冬冬博士荣获 “诺维信青年优秀报告奖” 孟冬冬博士荣获 “诺维信青年优秀报告奖”

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孟冬冬博士荣获 "诺维信青年优秀报告奖"   

2013年11月14号至15号,第九届中国酶工程学术研讨会在广西南宁召开,中国科学院青岛生物能源与过程研究所微生物资源团队做了题为"极端嗜热纤维素降解菌C. saccharolyticus F32糖苷水解酶热稳定性机制"的报告,对来源于极端嗜热厌氧菌F32的β-1,3-1,4-葡聚糖酶和木聚糖酶的相关研究成果同与会专家、同行进行了汇报及交流。在获得业内专家肯定的同时,也有效的向全国酶工程领域的同行展示了我所在木质纤维素降解方面所取得的成果。

     β-1,3-1,4-葡聚糖酶在酿造以及家禽饲料行业具有广泛应用,高温、酸性的工业生产条件对β-1,3-1,4-葡聚糖酶的酶学特性提出了苛刻的要求。来源于F32的β-1,3-1,4-葡聚糖酶最适温度80 ℃,最适pH 5.5,最适条件下半衰期8 h,使其在酿造及家禽饲料工业生产中具有较好的应用前景。来源于F32的两个木聚糖酶(JX030400和JX030401)最适温度75 ℃,最适pH 5.5。研究发现,CBM模块缺失导致木聚糖酶JX030400比酶活及热稳定性极大提高;与之相反的是,CBM模块缺失导致木聚糖酶JX030401比酶活及热稳定性降低。N末端2,3位氨基酸突变可以导致木聚糖酶JX030400的GH结构域热稳定性提高(如图所示)。F32中两个不同水解酶家族的木聚糖酶具有较大的酶学特性差异,这有利于揭示GH10、GH11木聚糖功能及CBM对催化结构域的影响。博士生孟冬冬荣获会议设立的 "诺维信青年优秀报告奖"。

德国马普所Rolf K. Thauer教授来所交流 德国马普所Rolf K. Thauer教授来所交流

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      德国马普所Rolf K. Thauer教授来所交流

      5月25日,德国马普土壤微生物所(Max Planck Institute of Terrestrial Microbiology)教授Rolf K. Thauer应邀到中国科学院青岛生物能源与过程所参加"厌氧微生物代谢学术研讨会",并出席研究所"国际专家高层论坛"。
      研究所所长刘会洲会见了Thauer教授,并就科研规划布局、合作开展研究、联合培养研究生等进行了交流。
      在"厌氧微生物代谢研讨会"上,来自中科院微生物所、土壤所、工业生物技术所、成都生物所、中国农业大学、上海交通大学、南京大学、华中师范大学等机构的微生物领域专家学者围绕极端环境微生物的分离、鉴定和培养;厌氧微生物代谢途径分析以及产物利用等方面做了报告,并就相关学术问题与Thauer教授进行了交流研讨。
      在"国际专家高层论坛"上,Thauer教授以Flavin-Based Electron Bifurcation in Anaerobic Bacteria and Archaea: A Novel Mechanism of Energy Coupling为题,向参加报告会的青年科研人员、研究生等详细介绍了最近在厌氧微生物、古菌中发现的一种新的能量耦合机制,即基于黄素蛋白的电子歧化反应机制,对于该机制的理解认识对于理性改造厌氧微生物发酵生产具有重要的指导意义。
报告会上,Thauer教授还应邀向研究生介绍了德国的科研现状,并就科研生活、研究思路、人生规划等方面进行了交流。

背景材料:
     Rolf K. Thauer,德国马普所资深教授,德国科学院院士,欧洲科学院院士,马普土壤微生物研究所建所所长,曾任德国科学院副院长,德国科学基金会副主任,洪堡基金会评审专家。现为 LazaTech(合成气发酵)公司顾问,美国大湖生物能源中心学委会顾问等。

 

中德“代谢工程与先进生物燃料”双边研讨会在我所成功举办 中德“代谢工程与先进生物燃料”双边研讨会在我所成功举办

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中德“代谢工程与先进生物燃料”双边研讨会在我所成功举办

        2012年6月11日至14日,由中德科学中心支持,中国科学院青岛生物能源与过程研究所与德国慕尼黑工业大学共同主办的中德“代谢工程与先进生物燃料”双边研讨会(Sino-German Symposium on Metabolic Engineering & Advanced Biofuels)在青岛生物能源与过程所举行。开幕式由研究所副所长吕雪峰研究员主持,德国慕尼黑工业大学微生物学院院长Wolfgang Liebl教授致开幕辞,中德科学中心中方主任陈乐生教授在闭幕式上讲话。

        生物燃料的进一步发展亟需解决原料供应、微生物高效转化等问题。而代谢工程以及新兴的系统生物学和合成生物学等工业生物技术在解决这些问题上展现了良好的前景。

        研讨会期间,来自德国、英国、俄罗斯、以色列和中国的40余位专家学者围绕产纤维素酶微生物代谢工程、产醇微生物代谢工程、光合微生物代谢工程与生物液体燃料研究、能源植物代谢工程、系统生物学和合成生物学在生物能源领域应用等五个方面进行了深入探讨与交流。

        本次研讨会的成功举办,加深了中德双方在生物代谢工程与先进生物燃料领域的了解,双方将通过进一步合作研究,推动代谢工程技术的发展,加速生物燃料产业化进程。