芽孢杆菌的热可塑性与进化限制：对气候变化适应的启示
全球变暖预计会使地表升温2–4℃，土壤芽孢杆菌主导养分循环，其热适应能力直接影响生态系统稳定。本研究选取蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌共7株野生菌株开展实验室渐进高温进化实验，持续约1000代，设置37℃恒温对照、43–47℃梯度升温两组培养体系，结合生长动力学、全基因组测序解析热适应表型与遗传机制。
异源表达苹果酸代谢相关基因对葡萄汁酵母产葡萄酒风味物质的影响
传统葡萄酒酿造需分两步，先酵母酒精发酵，再乳酸菌苹果酸乳酸发酵（MLF）；乳酸菌在高酒精度、低pH、高SO₂葡萄汁环境生长受阻，易出现发酵停滞，还会生成生物胺等不良副产物。葡萄汁酵母产香表现优于酿酒酵母，但天然转运、降解苹果的能力不足。本研究将裂殖酵母MAE1、MAE2，乳球菌/植物乳杆菌/酒球菌来源mleS、mleA基因分别单基因、双基因串联导入野生工业葡萄汁酵母WY1，构建多株工程菌株；模拟葡萄汁体系实现酒精发酵与苹果酸降解同步进行，系统检测有机酸、高级醇、酯类香气物质。
养分状态改变合成菌群内部细菌互作关系
微生物种间互作决定群落稳定与生态位格局，但驱动互作转变的核心调控因子尚不清晰。本研究从西瓜根际分离16个不同属菌株构建人工合成菌群，利用31种碳源梯度单菌、两两共培养体系，以资源可获得性、代谢相似度为变量探究菌群互作变化规律。结果表明代谢相似度是生态位形变核心驱动力；资源匮乏条件下菌株竞争抑制作用增强，负面互作占比提升；资源充足时71%菌株配对表现互利促进效应，生态位发生扩张。
新型核糖体生物发生抑制剂地衣酸阻断核仁内60S前核糖体成熟
核糖体生物合成是细胞增殖必需过程，肿瘤细胞会过度激活该通路，核糖体合成抑制剂具备抗癌潜力。地衣酸（Usnic acid）是地衣天然次生代谢物，已知有抗肿瘤活性，但作用分子机制尚不清晰。本研究以酿酒酵母为模式，通过荧光示踪、亲和纯化、定量质谱、单颗粒冷冻电镜联合证实
不同代偿突变抑制大肠杆菌rnpA49条件致死表型
RNase P是所有生物必需核糖核蛋白复合物，负责前体tRNA 5'端成熟加工。大肠杆菌rnpA49突变是经典温度敏感突变，编码C5蛋白发生R46H替换，高温下C5可溶性大幅下降，难以与M1 RNA组装形成功能全酶，菌株42℃无法生长。过往研究仅通过质粒过表达、人工敲除等人工手段回补该致死缺陷，缺乏菌株自发代偿突变的系统研究。
利用葡萄种植废弃物提取物绿色合成银纳米颗粒及其生物活性研究
针对临床耐药菌与生物膜感染难题，本研究以葡萄修剪枝条农业废弃物乙醇提取物为还原剂与封盖剂，绿色制备两种银纳米颗粒：单分散mAgNPs（平均12±5 nm）、多分散pAgNPs（平均19±14 nm），两种纳米颗粒常温避光储存一年粒径分布仍保持稳定。体外抑菌实验表明二者仅对革兰氏阴性菌与念珠类酵母菌具备良好杀菌、抑生物膜活性，对革兰氏阳性菌抑制效果微弱；其中多分散pAgNPs抗菌整体性能更优，推测与其尺寸、形貌多样性带来更广作用模式有关。
利用地衣芽孢杆菌甘露聚糖酶BlMan26B将椰干饼渣转化功能性β-甘露寡糖
椰榨副产物椰干饼渣富含甘露聚糖，多廉价用作饲料或废弃填埋，资源化潜力巨大。本研究建立预处理+酶解整套工艺，采用重组GH26家族甘露聚糖酶BlMan26B水解脱脂椰干饼渣，高效制备β-甘露寡糖（β-MOS）。工艺最优条件下寡糖总得率36.7%，产物以二糖至六糖为主。体外功能验证表明β-MOS具备益生元活性，可显著促进多种益生菌增殖；细胞毒性实验证实该寡糖对人皮肤成纤维细胞、单核细胞无损伤；首次证实低剂量β-MOS可剂量依赖性抑制LPS诱导巨噬细胞分泌促炎因子IL-1β，拥有抗炎活性。
基于群体感应遗传回路改造提升工业大肠杆菌低pH下生长与生产稳健性
有机酸发酵过程中代谢产物持续累积会降低发酵液pH，酸性环境抑制菌体生长、降低产物得率，持续加碱中和会提升生产成本、产生大量废水。现有耐酸改造多为全局调控或静态耐酸模块，静态持续表达耐酸基因会消耗细胞资源，低pH工况下功能受限。本研究构建Esa型群体感应动态遗传回路，时序调控DsrA-Hfq耐酸模块仅对数期表达、稳定期自动关闭；原始启动子PesaS存在pH交叉干扰，通过截除间隔序列改造得到无酸响应的PBD启动子，搭配低拷贝质粒优化得到Esa-PBD(L)最优回路。
工程化葡萄汁酵母用于构建高效降苹果酸、低双乙酰生物合成通路研究
葡萄酒酿造分为酵母酒精发酵与乳酸菌苹果酸乳酸发酵两步，乳酸菌发酵极易产生过量双乙酰，带来黄油异味，破坏酒体风味；现有单一改造降双乙酰或降苹果酸菌株无法兼顾两项需求。本研究以工业葡萄汁酵母WY1为底盘，组合改造双乙酰代谢基因（ILV2/ILV6敲除、ILV3/ILV5/BDH1/BDH2过表达、植物乳源aldB异源表达）与苹果酸代谢基因（粟酒裂殖酵母mae1、乳酸乳球菌mleS共表达），构建系列联合工程菌株。
原料多样性对酪丁酸梭菌与工程恶臭假单胞菌转化玉米秸秆糖、木质素料液的影响
木质纤维素生物炼制过程中原料批次差异会改变水解液化学组成，干扰微生物发酵效率，目前缺少可用于工艺放大的微生物性能预测工具。本研究选取12批产地、破碎方式、腐熟程度、解剖组分各不相同的玉米秸秆，统一采用脱乙酰-机械细化-酶解（DMR-EH）工艺处理，分别得到富木质素黑液与糖水解液；以工程恶臭假单胞菌CJ781转化木质素合成粘康酸，野生酪丁酸梭菌发酵糖类生成丁酸。
工程酵母菌群通过组分与时序分工调控混合糖发酵
传统单一工程酵母存在葡萄糖阻遏效应，无法同步高效利用木质纤维素水解液中的葡萄糖、木糖，改造多通路又会带来沉重代谢负担。本研究构建专业化人工酿酒酵母菌群实现代谢分工，一株专一利用葡萄糖、一株专一利用木糖，通过调控菌群初始接种比例（组分分工）、不同菌株接种时序（时序分工）双重策略，灵活调控混合糖消耗动力学与乙醇产出。
工程大肠杆菌醋酸盐适应性实验室进化对葡萄糖发酵琥珀酸合成的影响
琥珀酸是高价值生物基平台化学品，工程大肠杆菌ML（MG1655 ΔpflB ΔldhA）敲除乳酸、甲酸旁路，厌氧条件下利用葡萄糖产琥珀酸能力极弱。两段发酵工艺中好氧阶段以乙酸为唯一碳源可显著提升菌株后续厌氧葡萄糖消耗与琥珀酸合成能力。本研究以乙酸为筛选压力开展适应性实验室进化（ALE），筛选获得进化菌株ML46-05。该菌株乙酸耐受、生长能力大幅提升，两段厌氧发酵中对高葡萄糖底物、高琥珀酸产物抑制抗性显著增强。
从实验室培养数据推导微生物生长速率的难点与误区
百年来微生物学界普遍使用分批培养生长曲线表征菌株生长与适合度，但目前行业没有统一标准的生长速率测算方法。本文系统梳理现有分析手段，区分两类核心生长参数：机理模型拟合得到本征生长速率μ，现象/无模型方法实测最大生长速率μₘₐₓ。数学模拟证明二者不能等价混用，若直接用μₘₐₓ替代μ，不仅绝对生长速率测算存在偏差，计算突变株相对适合度时甚至会出现“有益突变误判为有害突变”的致命错误。
工程化假单胞菌（Pseudomonas putida）提取的玉米秸瓴衍生的糖和木质素流的生物转化
木质纤维素生物炼制中不同批次秸秆原料成分差异会严重干扰后续微生物发酵效率，但原料组分如何影响菌株生长与产物合成缺乏系统定量研究。本文采用脱乙酰化-机械细化-酶解（DMR-EH）工艺处理12批不同产地、破碎方式、腐熟程度的玉米秸秆，分别获得富木质素黑液、糖水解液两类底物；选用工程恶臭假单胞菌CJ781转化木质素生成粘康酸，酪酸梭菌发酵糖类生产丁酸。
剪接两步催化转换过程中Prp16 ATP酶介导Cwc2、U6 snRNA、Prp8互作解离机制解析
剪接体依靠单一催化中心完成两步转酯反应，Prp16 ATP酶负责打破第一步构象相关分子互作，推动向第二步转换。本研究以酿酒酵母prp16-302低温缺陷突变株为筛选工具，鉴定三类抑制突变：Cwc2、U6 snRNA（41–46 AACAAU区域）、Prp8 N端结构域突变。冷冻电镜结构显示上述突变位点空间紧密靠近；Cwc2与U6仅稳定第一步催化构象，不参与第二步中心维持；Prp8 N端同时结合两步催化核心元件，对两步构象均至关重要。
遗传互作图谱定位揭示肽聚糖内肽酶与羧肽酶的功能关联
肽聚糖（PG）是细菌细胞壁核心骨架，合成与重塑动态平衡决定菌体形态、渗透压耐受能力。内肽酶（EP）剪切肽聚糖交联链，为新细胞壁插入提供空间，活性必须严格管控，过度降解会导致细胞裂解，但内肽酶调控机制尚不清晰。本研究以霍乱弧菌为材料，通过转座子测序（TnSeq）筛选内肽酶激活突变体ShyA^L109K的遗传调控因子，鉴定出羧肽酶DacA1（PBP5）可缓解内肽酶过度降解带来的细胞毒性。
基于靶点的酵母筛选平台用于间日疟原虫脱氧羟腐胺合酶抑制剂筛选
脱氧羟腐胺合酶（DHS）催化真核翻译因子eIF5A的关键翻译后修饰，该酶是疟原虫生存必需蛋白，且人源与疟原虫DHS序列结构存在明显差异，具备选择性抗疟药物开发潜力，但目前尚无靶向疟原虫的特异性DHS抑制剂。由于间日疟原虫体外持续培养体系缺失，本研究构建酵母替代遗传筛选平台，改造酿酒酵母内源DHS编码基因，分别替换为人源HsDHS或间日疟原虫PvDHS，同时敲除药物外排基因、整合荧光报告基因、采用可调控MET启动子微调DHS表达，改造后菌株对小分子抑制剂灵敏度提升约60倍。
丁香假单胞菌B728a中合成高丝氨酸内酯必需的非典型3-酮酰ACP合酶III
脂肪酸合成II型通路（FAS II）不仅合成细胞膜脂质前体，还会为群体感应信号AHL、脂肽类生物表面活性剂提供酰基中间体。丁香假单胞菌B728a基因组编码两种KAS III型FabH蛋白PssFabH1、PssFabH2。体外酶活实验显示PssFabH1优先以乙酰-CoA为底物，和大肠杆菌FabH特性相近；PssFabH2可利用C4-C10中长链酰基-CoA/酰基-ACP。单、双基因敲除菌株仍可正常生长，说明二者均不是菌体从头脂肪酸合成必需基因。
嗜盐碱古菌法老纳氏菌中类细菌一氧化氮合酶
一氧化氮合酶（NOS）在细菌生理、抗逆、毒力调控中功能广泛，真核与细菌NOS研究已较为透彻，但古菌NOS相关研究十分匮乏。本研究通过基因组生物信息筛查发现，类细菌NOS同源蛋白仅存在于盐古菌纲，选取模式嗜盐碱古菌法老纳氏菌npNOS开展系统表征。体外重组蛋白实验证实npNOS可依托过氧化氢催化NO前体NOHA生成亚硝酸盐，具备典型NOS催化活性；改造同源重组体系敲除nos基因获得突变菌株，全基因组重测序发现突变株额外存在乙酸转运蛋白移码突变。
脂肪酸延长酶多样性：恶臭假单胞菌F1中长链β-酮酰ACP合成酶FabB启动脂肪酸合成
传统大肠杆菌模型认为细菌II型脂肪酸合成（FAS II）仅依靠FabH（KAS III）或MadA丙二酰ACP脱羧酶启动合成，本研究在恶臭假单胞菌F1发现全新起始通路。该菌拥有两种K III型酶PpFabH1、PpFabH2，PpFabH1为经典FabH，催化乙酰-CoA与丙二酰ACP缩合；PpFabH2仅利用中短链酰基-CoA，但两种FabH单敲、双敲菌株均可正常生长，证明二者均非脂肪酸合成必需。