系统生物学与发酵工程（生物工程理论与应用前沿丛书）

本书主要内容包括系统生物学资源库和研究工具；重要发酵工业微生物的全基因组规模网络模型的构建与应用；系统生物学在维生素C、燃料乙醇、丙酮酸发酵、益生菌生产、白酒酿造中的应用级系统生物学在毕赤酵母生产外源蛋白中的应用。

刘立明，男，1976年3月出生，长江学者，江南大学生物工程学院毕业，博士学位，江南大学食品科学与技术国家重点实验室教授，博士生导师，中国微生物学会会员，中国生物工程学会会员。

第一章 绪 论 第一节 系统生物学的发展概况 一、 系统生物学的产生和发展 二、 系统生物学的研究内容和方法 三、 系统生物学的实践 第二节 系统生物学在发酵工程中的应用与发展趋势 一、 工业系统生物学与系统代谢工程 二、 工业系统生物学的应用 三、 工业系统生物学的发展趋势 参考文献 第二章 系统生物学资源库和研究工具 第一节 综合性组学数据库 一、 美国国家生物技术信息中心 二、 欧洲生物信息研究所数据库 三、 日本 DNA 数据库 四、 中国国家基因库 第二节 生物途径网络数据库 一、 综合性代谢途径数据库 二、 转录调控途径数据库 三、 细胞信号通路数据库 第三节 蛋白质结构与相互作用数据库 一、 蛋白质结构数据库 二、 蛋白与蛋白相互作用数据库 第四节 生物系统建模和模拟工具 一、 系统生物模型标记语言和图注 二、 系统生物网络模型类型 三、 生物网络模拟编辑工具 四、 Cytoscape 数据整合及网络显示平台软件 参考文献 第三章 重要发酵工业微生物的全基因组规模网络模型的构建与应用 第一节 基因组规模生物网络概述 一、 基于组学大数据构建基因组规模生化模型 二、 基因组规模生物网络模型解析微生物生理特性 三、 基于基因组规模生物网络发展菌种生产性能优化策略 第二节 基因组规模代谢网络模型 一、 基因组规模代谢网络模型的进展 二、 基因组规模代谢网络模型的构建 三、 基因组规模代谢网络数据库平台 第三节 基因组规模辅因子网络模型的构建 一、 基因组规模辅因子网络模型 icmNX6434 的构建 二、 基于模型 icmNX6434 解析辅因子代谢途径 三、 基于模型 icmNX6434 解析工业微生物生产发酵特性 第四节 基因组规模转录调控网络模型的构建 一、 转录调控网络的数学表述 二、 转录调控网络的构建方法 第五节 蛋白质互作网络模型的构建 一、 蛋白质和蛋白质相互作用 二、 蛋白质和小分子相互作用 第六节 基因组酶约束互作网络模型的构建 一、 基因组规模酶约束模型研究进展 二、 大肠杆菌酶约束模型 ec_ iML1515 的构建 第七节 微生物全细胞模型 一、 微生物全细胞模型研究进展 二、 酿酒酵母全细胞模型 参考文献 第四章 系统生物学在维生素 C 发酵中的应用 第一节 维生素 C 生产菌株基因组学研究 一、 普通生酮基古龙酸菌的全基因组测序和功能基因分析 二、 巨大芽孢杆菌的全基因组测序和分析 第二节 K. vulgare 基因组规模代谢网络模型的构建与应用 一、 K. vulgare 基因组规模代谢网络模型的构建和基本特征 二、 基于模型 iWZ663 对 K. vulgare 的生理性能分析 三、 基于模型 iWZ663 解析 K. vulgare 合成 2-酮基-L-古龙酸 第三节 巨大芽孢杆菌基因组规模代谢网络模型的构建与应用 一、 巨大芽孢杆菌基因组规模代谢网络模型的构建和基本特征 二、 基于模型 iMZ1055 对巨大芽孢杆菌生理特性的解析 第四节 两菌代谢互作网络模型的构建与应用 一、 基于已有组学数据对两菌关系的解析 二、 两菌代谢互作网络模型 iWZ-KV-663-BM-1055 的构建 三、 基于 iWZ-KV-663-BM-1055 解析两菌相互作用 第五节 基于 GSMMs 优化营养供给提高维生素 C 生产效率 一、 基于 GSMMs 确定 K. vulgare 的最小合成培养基 二、 基于 K. vulgare 生长营养谱优化维生素 C 生产 三、 基于 GSMMs 评价山梨糖对 B. megaterium 裂解形成芽孢的影响 参考文献 第五章 系统生物学在燃料乙醇发酵中的应用 第一节 单双倍体酵母对乙醇耐受性的组学研究 一、 单双倍体酵母细胞对乙醇响应的转录组学分析 二、 单双倍体酵母细胞对乙醇响应的代谢物组学分析 三、 单双倍体酵母细胞对乙醇响应的蛋白组学分析 四、 单双倍体酵母细胞对乙醇响应的比较脂组学研究 第二节 酿酒酵母对糠醛和乙酸?响应转录组学研究 一、 酿酒酵母对糠醛的转录组水平响应 二、 酿酒酵母耐受菌对糠醛的转录组水平响应 三、 酿酒酵母对乙酸的转录组水平响应 四、 酿酒酵母耐受菌对乙酸的转录组水平响应 第三节 糠醛和苯酚对酿酒酵母的作用定量蛋白质组学 一、 酿酒酵母及糠醛耐受菌株的比较蛋白质组学研究 二、 酿酒酵母及苯酚耐受菌株的比较蛋白质组学研究 第四节 乙醇发酵过程中的比较脂组学研究 一、 酿酒酵母普通菌株和木糖利用菌在不同培养基中的发酵情况 二、 膜上磷脂的变化与酵母菌株乙醇发酵的关系 参考文献 第六章 系统代谢工程在丙酮酸发酵生产中的应用 第一节 光滑球拟酵母全基因组解析 一、 丙酮酸工业菌株光滑球拟酵母全基因组测序 二、 光滑球拟酵母基因组规模代谢模型的构建和基本特征 三、 基于全基因组代谢模型解析光滑球拟酵母高产丙酮酸的生产性能 第二节 光滑球拟酵母生产丙酮酸中 NADH 的生理功能解析 一、 基于组学技术解析光滑球拟酵母异源 NAD+/ H 再生系统 二、 异源 NAD+/ H 再生系统对丙酮酸合成途径的影响 三、 异源 NAD+/ H 再生系统对丙酮酸分解途径的影响 第三节 光滑球拟酵母耐受高渗透压胁迫的生理机制研究 一、 高渗胁迫对光滑球拟酵母生长和发酵性能的影响 二、 高渗胁迫对光滑球拟酵母基因表达的影响 三、 高渗胁迫对光滑球拟酵母蛋白质表达的影响 四、 基于组学技术提高 C. glabrata 抵御高盐胁迫能力的策略 第四节 光滑球拟酵母应答酸胁迫的生理机制 一、 转录因子 Asg1p 和 Ha19p 应答酸胁迫的生理机制 二、 转录因子 Crz1p 调控光滑球拟酵母应答酸胁迫的生理机制 三、 中介体亚基 CgMED3 调控光滑球拟酵母适应酸环境的生理机制 四、 中介体亚基 CgMED15B 调控光滑球拟酵母适应酸环境的生理机制 参考文献 第七章 系统生物学在益生菌 Lactobacillus casei Zhang发酵中的应用 第一节 益生菌 L. casei Zhang 的基因组学研究 一、 L. casei Zhang 基因组的基本特征 二、 L. casei Zhang 代谢功能基因分析 三、 L. casei Zhang 与环境的相互作用 第二节 L. casei Zhang 比较转录组学研究 一、 L. casei Zhang 在牛乳发酵过程中的不同基因表达谱 二、 L. casei Zhang 在豆乳发酵过程中的不同基因表达谱 第三节 益生菌 L. casei Zhang 比较蛋白质组学研究益生菌 一、 蛋白质组学分析 L. casei Zhang 在牛乳和豆乳中的生长差异 二、 不同酸性环境对 L. casei Zhang 蛋白质组表达谱的影响 三、 胆盐胁迫蛋白质组研究 第四节 益生菌 L. casei Zhang 连续传代中的基因组稳定性研究 一、 微生物遗传稳定性研究 二、 L. casei Zhang 传代期间的基因组稳定性 参考文献 第八章 系统生物学在白酒酿造中的应用 第一节 白酒酿造中的微生物群落及其结构演变规律 一、 中国白酒微生物菌群结构的分子生态学分析方法的建立 二、 浓香型白酒微酒醅中微生物群落的研究 三、 清香型白酒微生物群落结构演变规律的研究 四、 酱香型白酒发酵中微生物群落结构的研究 第二节 基于代谢组学的白酒风味物质研究 一、 风味物质研究的技术方法体系 二、 不同香型白酒风味活性物质 三、 生物活性新物质的发现 第三节 基于基因组学的特征风味强化及不良风味消除技术 一、 不同香型白酒特征风味活性物质的产生 二、 基于基因组学的白酒微生物发酵风味调控 三、 基于分子生物学的不良风味消除技术 参考文献 第九章 系统生物学在毕赤酵母生产外源蛋白中的应用 第一节 巴斯德毕赤酵母基因组学研究 一、 巴斯德毕赤酵母的全基因组测序 二、 巴斯德毕赤酵母的基因组注释 第二节 巴斯德毕赤酵母的全基因组规模代谢模型 一、 毕赤酵母模型 iRY1243 的构建和基本特征 二、 毕赤酵母代谢网络模型的验证和应用 第三节 毕赤酵母转录组学优化 一、 基于 RNA-Seq 对毕赤酵母转录结构的分析 二、 毕赤酵母不同碳源诱导下基因差异表达分析 三、 提高目的基因转录水平增加人胰岛素前体产量 第四节 高表达外源蛋白的毕赤酵母细胞的蛋白表达分析 一、 基于 iTRAQ 技术的毕赤酵母蛋白质组学 二、 不同碳源下毕赤酵母蛋白表达分析 三、 降低目的蛋白降解 参考文献