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微生物代谢工程  061M5026H

学期:2016-2017学年秋 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:张立新等
课程编号: 061M5026H 课时: 30 学分: 2.0
课程属性: 专业普及课 主讲教师:张立新等
英文名称: Microbial Metabolic Engineering

教学目的、要求

微生物代谢工程是一门多学科交叉的课程,该课程主要目的是向学生先容微生物代谢工程的基本原理、实际应用、新近的研究进展及发展方向。授课老师将在先容微生物代谢工程的发展历史、背景常识的基础上,选择在初级代谢和次级代谢过程中产生的工业产品为代表的成功案例展示微生物代谢工程的应用及发展前景,并将从近期发展迅速的合成生物学的角度来分析微生物代谢工程的未来发展方向。

预修课程

教 材

主要内容

1.前沿导论、课程安排和考试框架
    微生物代谢工程发展的历史沿革及中国在这个领域的国际竞争力。合成生物学如何作为一门新兴学科加盟,使之引领生命科学领域乃至整个科学领域的交叉融合?
2.微生物主要代谢途径概况和代谢工程中涉及的研究技术 
    基础性地先容生物的初级代谢途径以及在这些代谢途径中物质和能量的循环,对微生物中存在的一些特殊的代谢途径也将做简单的先容。另外,还会先容微生物代谢工程中常用的一些技术手段,涉及微生物学、分子遗传学、分析化学和生物信息学等学科。
第二讲:代谢基础
	代谢的物质基础和能量概念
	基本代谢途径概况
	微生物代谢工程的常用技术手段

3.代谢流分析和代谢通路调控(组学技术对代谢工程的影响)
代谢流分析及代谢通路调控是代谢工程中优化合成途径的基本工具,利用系统生物学中的组学技术如基因组学,转录组学,蛋白组学及代谢组学可以在全局水平上对工程菌宿主代谢进行分析。还将对几种代谢流分析方法及其在代谢工程中应用加以先容。
第三讲:代谢流分析和代谢通路调控
	代谢网络
	基因组尺度代谢网络的重构与应用
	代谢流分析
	代谢流分析在优化合成途径中的应用
4-5.初级代谢产物相关的代谢工程(如:氨基酸,丁二酸等)
初级代谢产物如乳酸,氨基酸及丁二酸等产品广泛用于民生中,如何构建有效的工程菌株,经济性合成这些产品是代谢工程的重要方向。课程中将着重分析几种初级代谢产品的工程菌株构建的原理,现状及进一步改进的可能性和挑战。另外,还会先容进化代谢工程和反向代谢工程的原理及在这些工程菌株构建中的应用。
第四讲: 乳酸及丁二酸工程菌株构建
	工程菌株构建
	进化代谢工程和反向代谢工程
	进化代谢工程和反向代谢工程在乳酸及丁二酸工程菌株优化中的应用
第五讲:氨基酸生产菌株的代谢工程
	丙氨酸工程菌的构建
	支链氨基酸工程菌的构建
	赖氨酸工程菌的构建
	芳香族氨基酸工程菌的构建
6-7.次级代谢产物的生物合成研究及代谢工程 
    从实际应用的药物、农用抗生素及食品添加剂中选择典型例子先容几大类微生物次级代谢产物的生物合成和代谢调控机制。在此基础上,分析初级代谢和次级代谢之间的联系,先容利用代谢工程手段成功改造微生物生产菌种提高目标化合物产量或产生活性更加优良的新化合物的例子,总结利用代谢工程改造次级代谢产物生产菌种的新思路和新方法。
第六讲: 次级代谢概述
	初级代谢与次级代谢的关系
	次级代谢产品概况
	典型次级代谢生物合成的原理
第七讲:次级代谢产物的代谢工程
	红霉素的代谢工程研究
	达托霉素的代谢工程研究
	利用代谢工程构建高产菌株

8-9.合成生物学与微生物代谢工程中的新技术 
    合成生物学是致力于生命体进行工程化设计和再造的研究,也就是把模块化、标准化的基因元器件可预测地组装成人工生命系统,并用于实行人类预设的功能。经过十余年的发展,合成生物学在生物元件定量化和标准化、基因调控回路设计、代谢通路优化、大片段DNA合成和组装、以及整个基因组的全新合成方面取得显著进展。本课程将先容合成生物学研究的概述,并结合几个经典案例阐述如何利用合成生物学方法优化代谢物合成途径。
10. 试卷解析、总结及测评 (张立新 研究员)

参考文献

参考书目:
Lehninger Principle of Biochemistry (6 e); 
Antibiotics: Actions, Origins, Resistance. 

授课时间: 星期三, 第5、6、7节
授课地点: 教2-106
授课周次: 3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14

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