第一章环境生物技术概述课件

大家好大家好第一章第一章 环境生物技术概述环境生物技术概述课时：课时：课时：课时：3 3 学时学时学时学时 授课方式：讲授讨论授课方式：讲授讨论授课方式：讲授讨论授课方式：讲授讨论授课教师：王爱杰授课教师：王爱杰授课教师：王爱杰授课教师：王爱杰 开课时间：开课时间：开课时间：开课时间：20162016年春季学期年春季学期年春季学期年春季学期第一章提纲第一章提纲第一节第一节第一节：环境生物技术内涵环境生物技术内涵环境生物技术内涵、特点、研究范畴、特点、研究范畴、特点、研究范畴第二节：第二节：第二节：环境生物技术环境生物技术环境生物技术发展趋势与发展趋势与发展趋势与热点问题热点问题热点问题第三节：典型第三节：典型第三节：典型环境生物技术环境生物技术环境生物技术简介简介简介第一节第一节环境生物技术内涵、特点及研究范畴环境生物技术内涵、特点及研究范畴1.1 1.1 生物技术生物技术生物技术生物技术1.2 1.2 环境生物技术源起环境生物技术源起环境生物技术源起环境生物技术源起1.3 1.3 环境环境环境环境生物生物生物生物技术内涵、特点和研究范畴技术内涵、特点和研究范畴技术内涵、特点和研究范畴技术内涵、特点和研究范畴1.1 生物技术生物技术生物技术定义：生物技术定义：生物技术定义：生物技术定义：生物技术定义：生物技术定义：以现代生命科学为基础以现代生命科学为基础以现代生命科学为基础,结合先进的工程技结合先进的工程技结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理术手段和其他基础学科的科学原理术手段和其他基础学科的科学原理,按照预期目标按照预期目标按照预期目标，设计改设计改设计改造生物体，合成所需产品等造生物体，合成所需产品等造生物体，合成所需产品等生物技术包括生物技术包括生物技术包括基因工程、酶工程、细胞工程和发酵基因工程、酶工程、细胞工程和发酵基因工程、酶工程、细胞工程和发酵工程等，工程等，工程等，已广泛应用于农业已广泛应用于农业已广泛应用于农业、医药、化工、食品、医药、化工、食品、医药、化工、食品、环境保护等领域环境保护等领域环境保护等领域植物生物技术植物生物技术植物生物技术植物生物技术农业生物技术农业生物技术农业生物技术农业生物技术医学生物技术医学生物技术医学生物技术医学生物技术食品生物技术食品生物技术食品生物技术食品生物技术工业生物技术工业生物技术工业生物技术工业生物技术动物生物技术动物生物技术动物生物技术动物生物技术环境生物技术环境生物技术环境生物技术环境生物技术生物技术生物技术生物技术生物技术1.1 生物技术生物技术生物技术应用领域生物技术应用领域生物技术应用领域生物技术应用领域生物技术应用领域生物技术应用领域第一节第一节环境生物技术内涵、特点及研究范畴环境生物技术内涵、特点及研究范畴1.1 1.1 生物技术生物技术生物技术生物技术1.2 1.2 环境生物技术源起环境生物技术源起环境生物技术源起环境生物技术源起1.3 1.3 环境环境环境环境生物生物生物生物技术内涵、特点和研究范畴技术内涵、特点和研究范畴技术内涵、特点和研究范畴技术内涵、特点和研究范畴1.2 环境生物技术源起环境生物技术源起环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重大问题大问题大问题大问题大问题大问题Nature,2009,461:472污染重污染重威胁健康威胁健康损失巨大损失巨大毒性大毒性大中国涉工业水污染中国涉工业水污染“癌症村癌症村”流域水流域水污染污染 化工企业排放污水化工企业排放污水 1.2 环境生物技术源起环境生物技术源起环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重大问题（如：难降解工业废水处理：世界性难题）大问题（如：难降解工业废水处理：世界性难题）大问题（如：难降解工业废水处理：世界性难题）大问题（如：难降解工业废水处理：世界性难题）大问题（如：难降解工业废水处理：世界性难题）大问题（如：难降解工业废水处理：世界性难题）我国地表水体污染严重我国地表水体污染严重1.2 环境生物技术源起环境生物技术源起环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重大问题（如：我国地表水体水质型缺水问题严峻）大问题（如：我国地表水体水质型缺水问题严峻）大问题（如：我国地表水体水质型缺水问题严峻）大问题（如：我国地表水体水质型缺水问题严峻）大问题（如：我国地表水体水质型缺水问题严峻）大问题（如：我国地表水体水质型缺水问题严峻）1.2 环境生物技术源起环境生物技术源起环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显环境污染问题日益凸显，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重，成为制约人类可持续发展的重大问题（如：我国土壤污染问题严重）大问题（如：我国土壤污染问题严重）大问题（如：我国土壤污染问题严重）大问题（如：我国土壤污染问题严重）大问题（如：我国土壤污染问题严重）大问题（如：我国土壤污染问题严重）Environment International 77(2015)515第一节第一节环境生物技术内涵、特点及研究范畴环境生物技术内涵、特点及研究范畴1.1 1.1 生物技术生物技术生物技术生物技术1.2 1.2 环境生物技术源起环境生物技术源起环境生物技术源起环境生物技术源起1.3 1.3 环境环境环境环境生物生物生物生物技术内涵、特点和研究范畴技术内涵、特点和研究范畴技术内涵、特点和研究范畴技术内涵、特点和研究范畴1.3 环境生物技术内涵、特点、范畴环境生物技术内涵、特点、范畴环环环环环环境境境境境境生生生生生生物物物物物物技技技技技技术术术术术术内内内内内内涵涵涵涵涵涵：诞诞诞生生生于于于202020世世世纪纪纪808080年年年代代代末末末期期期，以以以高高高新新新技技技术术术为为为主主主体体体，包包包括括括对对对传传传统统统生生生物物物技技技术术术的的的强强强化化化与与与创创创新新新广广广广广广义义义义义义上上上上上上讲讲讲讲讲讲,凡凡凡是是是自自自然然然界界界涉涉涉及及及环环环境境境污污污染染染控控控制制制的的的、与与与生生生物物物技术有关的技术体系技术有关的技术体系技术有关的技术体系,均可称为环境生物技术均可称为环境生物技术均可称为环境生物技术狭狭狭狭狭狭义义义义义义上上上上上上讲讲讲讲讲讲,环环环境境境生生生物物物技技技术术术指指指直直直接接接或或或间间间接接接利利利用用用生生生命命命系系系统统统或或或生生生物物物系系系统统统某某某些些些组组组成成成部部部件件件的的的特特特定定定功功功能能能,建建建立立立高高高效效效净净净化化化环环环境境境污污污染染染、修修修复复复受受受损损损生生生态态态环环环境境境、以以以及及及制制制取取取有有有用用用物物物质质质的工程技术系统的工程技术系统的工程技术系统环境生物技术特点：环境生物技术特点：环境生物技术特点：环境生物技术特点：环境生物技术特点：环境生物技术特点：三三三三三三个层次个层次个层次个层次个层次个层次1.3 环境生物技术内涵、特点、范畴环境生物技术内涵、特点、范畴第一层第一层第一层第一层次次次次：以基因工程为主导的现代污染防治生物技术以基因工程为主导的现代污染防治生物技术,如基因工程菌构建、如基因工程菌构建、抗污染型转基因植物培育等抗污染型转基因植物培育等第二层次第二层次第二层次第二层次：生物处理技术：生物处理技术,如活性污泥法、生物膜法如活性污泥法、生物膜法,及其在及其在新的理论和技术背景下产生的强化生物处理技术和工艺等新的理论和技术背景下产生的强化生物处理技术和工艺等第三层第三层第三层第三层次次次次：利用天然（生态）处理系统进行污染治理的技术：利用天然（生态）处理系统进行污染治理的技术,如氧化塘、如氧化塘、人工湿地系统等，其特点人工湿地系统等，其特点 是最大限度地发挥是最大限度地发挥自自然界的生物净化功能然界的生物净化功能COB,2014,27:79871.3 环境生物技术内涵、特点、范畴环境生物技术内涵、特点、范畴三个层次中各种工艺与技术之间存在着相互渗透或交叉应三个层次中各种工艺与技术之间存在着相互渗透或交叉应用用的现象。为了解决日益严重的环境污染问题的现象。为了解决日益严重的环境污染问题,需要配合使用需要配合使用三个层三个层次的技术次的技术,针对针对不同的问题不同的问题,采用特定的技术或工艺技采用特定的技术或工艺技术组合术组合环境生物技术涉及生物技术环境生物技术涉及生物技术、工程学、环境学、生态学、工程学、环境学、生态学、地地球化学等多学科领域球化学等多学科领域，是生物技术与环境污染防治工程以及是生物技术与环境污染防治工程以及其他工程技术紧密结合形成的交叉领域。因此，既具有较强其他工程技术紧密结合形成的交叉领域。因此，既具有较强的基础理论特征的基础理论特征,又具有鲜明的技术应用特点又具有鲜明的技术应用特点环境生物技术特点：环境生物技术特点：环境生物技术特点：环境生物技术特点：环境生物技术特点：环境生物技术特点：三三三三三三个层次个层次个层次个层次个层次个层次Current Opinion in Biotechnology 2012,23(3):483-490环境生物技术特点：环境生物技术特点：环境生物技术特点：环境生物技术特点：环境生物技术特点：环境生物技术特点：宏观宏观宏观宏观宏观宏观微观微观微观微观微观微观生态系统水平生态系统水平群落水平群落水平种群水平种群水平单细胞水平单细胞水平蛋白、脂类和代谢物水平蛋白、脂类和代谢物水平核酸核酸(DNA&RNA)(DNA&RNA)水平水平1.3 环境生物技术内涵、特点、范畴环境生物技术内涵、特点、范畴环境生物技术的主要范畴环境生物技术的主要范畴环境生物技术的主要范畴环境生物技术的主要范畴环境生物技术的主要范畴环境生物技术的主要范畴1.3 环境生物技术内涵、特点、范畴环境生物技术内涵、特点、范畴污染污染控制生物控制生物技术技术（如水、气、固污染防治）（如水、气、固污染防治）环境污染环境污染生物修复技术生物修复技术（如水体生物修复、土壤生物修复）（如水体生物修复、土壤生物修复）污染预防生物技术污染预防生物技术（如生物农药、环境友好材料等）如生物农药、环境友好材料等）环境环境生物检测生物检测/监测监测技术技术生物处理资源化技术生物处理资源化技术（如有机废水、有机废弃物等）（如有机废水、有机废弃物等）。环境生物技术范畴：环境生物技术范畴：涉及环境污染控制和生产有用物质（能源、涉及环境污染控制和生产有用物质（能源、资源）的、与生物技术有关的工程技术资源）的、与生物技术有关的工程技术（方法、（方法、工艺、技术等）工艺、技术等）1.4 本本课程的主要内容课程的主要内容第第1 1章：环境生物技术概论（王爱杰，章：环境生物技术概论（王爱杰，3 3学时）学时）第第2 2章：微生物学基础（庄国强，章：微生物学基础（庄国强，6 6学时）学时）第第3 3章：微生物代谢（庄国强章：微生物代谢（庄国强,6,6学时）学时）第第4 4章：基因工程原理（战爱斌，章：基因工程原理（战爱斌，9 9学时）学时）第第5 5章：酶工程原理（战爱斌，章：酶工程原理（战爱斌，6 6学时）学时）第第6 6章章：环境微生物群落分子检测技术环境微生物群落分子检测技术（邓晔邓晔，6 6学时学时）第第7 7章章：环境微生物群落分析方法环境微生物群落分析方法（邓晔邓晔，9 9学时学时）第第8 8章：典型环境污染物的生物降解与转化（王爱杰，章：典型环境污染物的生物降解与转化（王爱杰，9 9学时）学时）第第9 9章：生物处理资源化与能源化（王爱杰，章：生物处理资源化与能源化（王爱杰，6 6学时）学时）1.4 本本课程的主要内容课程的主要内容第二章第二章第二章第二章第二章第二章、第三章第三章第三章第三章第三章第三章授课教师：庄国强授课教师：庄国强授课教师：庄国强授课教师：庄国强授课教师：庄国强授课教师：庄国强 研究员研究员研究员研究员研究员研究员授课时间：授课时间：授课时间：授课时间：授课时间：授课时间：3 3 3月月月月月月3 3 3日日日日日日333月月月月月月151515日日日日日日核核核核核核心心心心心心内内内内内内容容容容容容：围围围绕绕绕着着着环环环境境境污污污染染染控控控制制制的的的微微微生生生物物物学学学原原原理理理，第第第二二二章章章重重重点点点介介介绍绍绍微微微生生生物物物的的的基基基础础础知知知识识识，如如如微微微生生生物物物的的的形形形态态态、细细细胞胞胞结结结构构构及及及功功功能能能。第第第三三三章章章重重重点点点介介介绍绍绍微微微生生生物物物的的的碳碳碳代代代谢谢谢与与与氮代谢，氮代谢，氮代谢，为理解污染物生物降解转化奠定知识基础为理解污染物生物降解转化奠定知识基础为理解污染物生物降解转化奠定知识基础1.4 本本课程的主要内容课程的主要内容第四章第四章第四章第四章第四章第四章、第五章第五章第五章第五章第五章第五章授课教师：战爱斌授课教师：战爱斌授课教师：战爱斌授课教师：战爱斌授课教师：战爱斌授课教师：战爱斌 研究员研究员研究员研究员研究员研究员授课时间：授课时间：授课时间：授课时间：授课时间：授课时间：3 3 3月月月月月月171717日日日日日日333月月月月月月313131日日日日日日核核核核核核心心心心心心内内内内内内容容容容容容：围围围绕绕绕着着着环环环境境境生生生物物物技技技术术术广广广泛泛泛采采采用用用的的的基基基因因因工工工程程程及及及酶酶酶工工工程程程的的的主主主要要要方方方法法法，第第第四四四章章章重重重点点点介介介绍绍绍基基基因因因工工工程程程概概概念念念、基基基本本本技技技术术术及及及其其其生生生物物物学学学原原原理理理和和和技技技术术术方方方法法法，第第第五五五章章章重重重点点点介介介绍绍绍介介介绍绍绍酶酶酶的的的提提提取取取与与与分分分离离离纯纯纯化化化、酶酶酶分分分子子子修修修饰饰饰、酶酶酶的的的固固固定定定化化化、酶酶酶的的的非非非水水水相相相催催催化化化等等等，从从从而而而对对对分分分子子子水水水平平平常常常用用用的的的生物技术及原理建立系统性认识生物技术及原理建立系统性认识生物技术及原理建立系统性认识1.4 本本课程的主要内容课程的主要内容第六章第六章第六章第六章第六章第六章、第七章第七章第七章第七章第七章第七章授课教师：邓晔授课教师：邓晔授课教师：邓晔授课教师：邓晔授课教师：邓晔授课教师：邓晔 研究员研究员研究员研究员研究员研究员授课时间：授课时间：授课时间：授课时间：授课时间：授课时间：4 4 4月月月月月月5 5 5日日日日日日444月月月月月月191919日日日日日日核心内容：在核心内容：在核心内容：在核心内容：在核心内容：在核心内容：在生物群落和生态系统层面上介绍微生物生物群落和生态系统层面上介绍微生物生物群落和生态系统层面上介绍微生物群落结构与功能解析所需要的相关知识。群落结构与功能解析所需要的相关知识。群落结构与功能解析所需要的相关知识。第六章重点第六章重点第六章重点介绍微生物介绍微生物介绍微生物群落的分子检测技术群落的分子检测技术群落的分子检测技术；第七章重点介绍微第七章重点介绍微第七章重点介绍微生物分子鉴定和分析技术方法，生物分子鉴定和分析技术方法，生物分子鉴定和分析技术方法，从而对微生物从而对微生物从而对微生物群落的群落的群落的分析和应用建立系统性认识分析和应用建立系统性认识分析和应用建立系统性认识1.4 本本课程的主要内容课程的主要内容核核核核核核心心心心心心内内内内内内容容容容容容：围围围绕绕绕着着着环环环境境境污污污染染染控控控制制制的的的生生生物物物学学学原原原理理理与与与相相相应应应的的的工工工艺艺艺技技技术术术，第第第八八八章章章重重重点点点介介介绍绍绍典典典型型型的的的有有有机机机/无无无机机机污污污染染染物物物的的的生生生物物物降降降解解解转转转化化化途途途径径径及及及去去去除除除工工工艺艺艺，第第第九九九章章章重重重点点点介介介绍绍绍污污污染染染物物物达达达标标标治治治理理理过过过程程程中中中实实实现现现资资资源源源/能能能源源源循循循环环环利利利用用用的的的生生生物物物学学学原原原理理理及工艺技术，从而对课程的全部知识点建立整体性认识及工艺技术，从而对课程的全部知识点建立整体性认识及工艺技术，从而对课程的全部知识点建立整体性认识第八章第八章第八章第八章第八章第八章、第九章第九章第九章第九章第九章第九章授课教师：王爱杰授课教师：王爱杰授课教师：王爱杰授课教师：王爱杰授课教师：王爱杰授课教师：王爱杰 研究员研究员研究员研究员研究员研究员授课时间：授课时间：授课时间：授课时间：授课时间：授课时间：4 4 4月月月月月月212121日日日日日日555月月月月月月5 5 5日日日日日日主要内容之间的相关性主要内容之间的相关性主要内容之间的相关性主要内容之间的相关性主要内容之间的相关性主要内容之间的相关性生态系统水平生态系统水平群落水平群落水平种群水平种群水平单细胞水平单细胞水平蛋白、脂类和代谢物水平蛋白、脂类和代谢物水平核酸核酸(DNA&RNA)(DNA&RNA)水平水平第二章、第三章第二章、第三章第二章、第三章第二章、第三章第二章、第三章第二章、第三章第四章、第五章第四章、第五章第四章、第五章第四章、第五章第四章、第五章第四章、第五章第六章、第七章第六章、第七章第六章、第七章第六章、第七章第六章、第七章第六章、第七章第八章、第九章第八章、第九章第八章、第九章第八章、第九章第八章、第九章第八章、第九章1.4 本本课程的主要内容课程的主要内容1.4 课程参考教材课程参考教材环境生物技术原理与应用翻译版，环境生物技术原理与应用翻译版，环境生物技术原理与应用翻译版，环境生物技术原理与应用翻译版，环境生物技术原理与应用翻译版，环境生物技术原理与应用翻译版，(美美美美美美)Bruce E.)Bruce E.)Bruce E.RittmannRittmannRittmann，清华大学，清华大学，清华大学，清华大学，清华大学，清华大学出版社出版社出版社出版社出版社出版社Environmental Biotechnology:Theory and Environmental Biotechnology:Theory and Environmental Biotechnology:Theory and ApplicationApplicationApplication,John Wiley&Sons Inc.,Gareth M.,John Wiley&Sons Inc.,Gareth M.,John Wiley&Sons Inc.,Gareth M.Evans,Judith C.Furlong.Evans,Judith C.Furlong.Evans,Judith C.Furlong.200320032003现代环境生物技术（第现代环境生物技术（第现代环境生物技术（第现代环境生物技术（第现代环境生物技术（第现代环境生物技术（第2 2 2版），王建龙版），王建龙版），王建龙版），王建龙版），王建龙版），王建龙 主编，清主编，清主编，清主编，清主编，清主编，清华大学出版社，华大学出版社，华大学出版社，华大学出版社，华大学出版社，华大学出版社，200820082008第二节第二节环境生物技术环境生物技术发展趋势与热点问题发展趋势与热点问题2.1 2.1 环境生物技术发展趋势环境生物技术发展趋势环境生物技术发展趋势环境生物技术发展趋势2.2 2.2 环境生物技术热点问题环境生物技术热点问题环境生物技术热点问题环境生物技术热点问题19931993年年,美国美国面向面向2121世纪的生物技术世纪的生物技术:环境生物技环境生物技术术和医学生物技术并列为重点发展领域和医学生物技术并列为重点发展领域19951995年年,美国美国2121世纪的生物技术：新方向世纪的生物技术：新方向:农业、农业、环环境、境、生物制造生物制造/生物处理和海洋将成为生物处理和海洋将成为“第二次浪潮第二次浪潮”19961996年年,瑞典制定优先发展战略瑞典制定优先发展战略:生物、信息、材料、生物、信息、材料、环境环境等等8 8个领域个领域日本第三个科技计划：生命、纳米、信息、日本第三个科技计划：生命、纳米、信息、环境环境发达国家：环境生物技术是国家发展战发达国家：环境生物技术是国家发展战略略2.1 环境生物技术发展趋势环境生物技术发展趋势成为世界各国竞争的战略重点之一成为世界各国竞争的战略重点之一 2009 2009年年2121世纪的世纪的“新生物学新生物学”：如何确保美国引领即将到：如何确保美国引领即将到 来的生物学革命来的生物学革命：粮食、能源：粮食、能源、环境、环境和健康和健康4 4个领域个领域成为解决人类重大问题的突破点之一成为解决人类重大问题的突破点之一 健康、粮食、能源、健康、粮食、能源、环境环境成为生物安全的支撑点之一成为生物安全的支撑点之一 医药、农业、医药、农业、环境环境等生物技术等生物技术2.1 环境生物技术发展趋势环境生物技术发展趋势-十二五生物技术发展规划十二五生物技术发展规划十二五生物技术发展规划国科发社国科发社国科发社201120112011588588588号号号环境生物环境生物技术技术地球科学地球科学生态学生态学环境科学环境科学环境工程环境工程能源能源目前，环境生物技术已渗透到多个学科领域，成目前，环境生物技术已渗透到多个学科领域，成为知识创新的重要源头之一为知识创新的重要源头之一超级细菌：降解特定环境污染物超级细菌：降解特定环境污染物生物菌剂：突发污染事故、环境修复生物菌剂：突发污染事故、环境修复水质及病原微生物快速诊断：两虫、军团菌、水质及病原微生物快速诊断：两虫、军团菌、新型污染物监测：生物污染物、非生物污染、新型污染物监测：生物污染物、非生物污染、.解决重大环境问题凸显出特有的优势解决重大环境问题凸显出特有的优势解决重大环境问题凸显出特有的优势解决重大环境问题凸显出特有的优势环境生物技术科技热点问题环境生物技术科技热点问题环境生物技术科技热点问题环境生物技术科技热点问题环境污染的生物处理环境污染的生物处理技术：技术：废水、废气、固废废水、废气、固废环境污染的高通量诊断与监测：环境污染的高通量诊断与监测：生物芯片生物芯片微生物制剂：微生物制剂：突发污染事故突发污染事故生物调控与污染场地生物修复生物调控与污染场地生物修复:土壤、土壤、地下水等地下水等污染物转化与资源循环利用污染物转化与资源循环利用2.2 环境生物技术热点问题环境生物技术热点问题-十二五生物技术发展规划十二五生物技术发展规划十二五生物技术发展规划国科发社国科发社国科发社201120112011588588588号号号生物过程优化与调控生物过程优化与调控煤炭、烟气、工业废气生物脱硫煤炭、烟气、工业废气生物脱硫生物检测与高通量诊断生物检测与高通量诊断废弃生物质的资源化废弃生物质的资源化及能源化及能源化环保生物新技术、新工艺、新设备环保生物新技术、新工艺、新设备高性能污染治理生物制剂、絮凝剂等高性能污染治理生物制剂、絮凝剂等我我我我国国国国急急急急需需需需发发发发展展展展的的的的环环环环境境境境生生生生物物物物技技技技术术术术污染场地生物修复与生态重建污染场地生物修复与生态重建2.2 我国环境生物技术热点问题我国环境生物技术热点问题第三节第三节典型典型环境生物技术简介环境生物技术简介3.1 3.1 典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与技术技术技术技术3 3.2.2 典型重金属生物转化典型重金属生物转化典型重金属生物转化典型重金属生物转化/吸附吸附吸附吸附/富集原理与技术富集原理与技术富集原理与技术富集原理与技术3 3.3.3 土壤土壤土壤土壤/底泥底泥底泥底泥/湿地湿地湿地湿地/地下水地下水地下水地下水生物生物生物生物修复修复修复修复技术技术技术技术3.43.4 废废废废水水水水/废物生物处理资源化与能源化废物生物处理资源化与能源化废物生物处理资源化与能源化废物生物处理资源化与能源化3.1 3.1 典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与技术技术技术技术真菌生物降解有机污染物如多环芳烃潜力大真菌生物降解有机污染物如多环芳烃潜力大运用组学手段可以揭示降解机制、预测修复过程运用组学手段可以揭示降解机制、预测修复过程子囊菌门子囊菌门Current Opinion in Biotechnology 2016,38:1-8细胞水平细胞水平分子机制水平分子机制水平有机污染物微生物有机污染物微生物有机污染物微生物有机污染物微生物（真菌）降解真菌）降解真菌）降解真菌）降解Current Opinion in Biotechnology 2016,38:1-8理解真菌胞内代谢转化多环理解真菌胞内代谢转化多环芳烃（扩展到其它类有机污芳烃（扩展到其它类有机污染物）分子机制，可以为生染物）分子机制，可以为生物修复有机污染环境提供理物修复有机污染环境提供理论指导论指导LB：脂质体：脂质体ER：内质网：内质网M：膜：膜CM：细胞壁：细胞壁V：液泡：液泡G：高尔基体：高尔基体P：过氧化物酶体：过氧化物酶体N：细胞核：细胞核CYP：细胞色素：细胞色素P450EH：环氧化物酶：环氧化物酶ST：磺基转移酶：磺基转移酶QR：醌还原酶：醌还原酶真菌胞内代谢转化多环芳烃机制真菌胞内代谢转化多环芳烃机制真菌胞内代谢转化多环芳烃机制真菌胞内代谢转化多环芳烃机制3.1 3.1 典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与技术技术技术技术有机污染物微生物有机污染物微生物有机污染物微生物有机污染物微生物有机污染物微生物有机污染物微生物（真菌）降解真菌）降解真菌）降解真菌）降解真菌）降解真菌）降解完全脱卤产物完全脱卤产物二苯醚二苯醚Sphingomonas sp.PH-07 菌存菌存在好氧矿化途径在好氧矿化途径脱卤拟球菌脱卤拟球菌Dehalococcoides 是厌氧脱卤主导者是厌氧脱卤主导者Current Opinion in Biotechnology.2016,38:14-23还原脱卤后还原脱卤后还原脱卤后还原脱卤后溴代阻燃剂生物降解途径溴代阻燃剂生物降解途径持久性卤代污染物微生物降解持久性卤代污染物微生物降解持久性卤代污染物微生物降解持久性卤代污染物微生物降解持久性卤代污染物微生物降解持久性卤代污染物微生物降解3.1 3.1 典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与技术技术技术技术3.1 3.1 典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与技术技术技术技术卤代联苯醚细菌降解途径卤代联苯醚细菌降解途径持久性卤代污染物微生物降解持久性卤代污染物微生物降解持久性卤代污染物微生物降解持久性卤代污染物微生物降解持久性卤代污染物微生物降解持久性卤代污染物微生物降解Current Opinion in Biotechnology 2013,24:467473典型有机污染物细菌降解途径典型有机污染物细菌降解途径典型有机污染物细菌降解途径典型有机污染物细菌降解途径典型有机污染物细菌降解途径典型有机污染物细菌降解途径甲苯甲苯联苯联苯六六六六六六菲菲&萘萘阿特拉津阿特拉津3.1 3.1 典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与技术技术技术技术硝基酚类细菌降解矿化途径硝基酚类细菌降解矿化途径硝基酚类细菌降解矿化途径硝基酚类细菌降解矿化途径硝基酚类细菌降解矿化途径硝基酚类细菌降解矿化途径3.1 3.1 典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与技术技术技术技术PNAS,2014,111:12103-12108基于基因组、比较基因基于基因组、比较基因组和转录组学方法揭示组和转录组学方法揭示多氯联苯厌氧脱卤呼吸多氯联苯厌氧脱卤呼吸菌菌Dehalococcoides Dehalococcoides mccartyimccartyi的还原脱卤酶的还原脱卤酶编码新基因编码新基因多氯联苯生物降解分子机制多氯联苯生物降解分子机制多氯联苯生物降解分子机制多氯联苯生物降解分子机制多氯联苯生物降解分子机制多氯联苯生物降解分子机制3.1 3.1 典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与技术技术技术技术芳香化合物细菌降解分子机制芳香化合物细菌降解分子机制芳香化合物细菌降解分子机制芳香化合物细菌降解分子机制芳香化合物细菌降解分子机制芳香化合物细菌降解分子机制Current Opinion in Biotechnology 2013,24:431442调控网络调控网络调控网络调控网络代谢网络代谢网络代谢网络代谢网络吸收吸收吸收吸收趋化趋化趋化趋化中心代谢中心代谢中心代谢中心代谢产能和生物量产能和生物量产能和生物量产能和生物量全局调节子和特定调节子全局调节子和特定调节子全局调节子和特定调节子全局调节子和特定调节子降解基因簇降解基因簇降解基因簇降解基因簇代谢途径代谢途径代谢途径代谢途径应激响应应激响应应激响应应激响应外排泵外排泵外排泵外排泵3.1 3.1 典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与技术技术技术技术烷烃化合物细菌降解分子机制烷烃化合物细菌降解分子机制烷烃化合物细菌降解分子机制烷烃化合物细菌降解分子机制烷烃化合物细菌降解分子机制烷烃化合物细菌降解分子机制Nature Communications,2014,5:5755.3.1 3.1 典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与技术技术技术技术第三节第三节典型典型环境生物技术简介环境生物技术简介3.1 3.1 典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与技术技术技术技术3 3.2.2 典型重金属生物转化原理与技术典型重金属生物转化原理与技术典型重金属生物转化原理与技术典型重金属生物转化原理与技术3 3.3.3 土壤土壤土壤土壤/底泥底泥底泥底泥/湿地湿地湿地湿地/地下水地下水地下水地下水生物生物生物生物修复修复修复修复技术技术技术技术3.43.4 废废废废水水水水/废物生物处理资源化与能源化废物生物处理资源化与能源化废物生物处理资源化与能源化废物生物处理资源化与能源化（地下地下地下地下地下地下）水中铀水中铀水中铀水中铀水中铀水中铀、铬污染的原位生物铬污染的原位生物铬污染的原位生物铬污染的原位生物铬污染的原位生物铬污染的原位生物转化转化转化转化转化转化Current Opinion in Biotechnology 2013,24:489ES&T,2015,49,1292212931机机机机制制制制地下水环境直接注入有机缓释碳源刺激微生物固定重金属地下水环境直接注入有机缓释碳源刺激微生物固定重金属难点：难点：微生物还原固定的微生物还原固定的U(IV)U(IV)和和Cr(III)Cr(III)被地下水环境中残存被地下水环境中残存O O2 2、NONO3 3-或或FeFe3+3+再氧化变为可溶解态再氧化变为可溶解态U(VI)U(VI)和和Cr(VI)Cr(VI)3 3.2.2 典型典型典型典型重金属生物转化原理与技术重金属生物转化原理与技术重金属生物转化原理与技术重金属生物转化原理与技术生物电化学技术还原回收水中重金属生物电化学技术还原回收水中重金属生物电化学技术还原回收水中重金属生物电化学技术还原回收水中重金属生物电化学技术还原回收水中重金属生物电化学技术还原回收水中重金属可可回回收收金金属属:Cr(VI)Cr(VI)、Se(VI)Se(VI)、Se(IV)Se(IV)、Pd(II)Pd(II)、Au(III)Au(III)、U(VI)U(VI)、As(V)As(V)、V(V)V(V)、Ag(I)Ag(I)、Fe(III)Fe(III)、Mn(IV)Mn(IV)、Hg(II)Hg(II)、Mo(VI)Mo(VI)、Cu(II)Cu(II)、Cd(II)Cd(II)工工程程难难点点：工工艺艺如如何何放放大大？针针对对复复杂杂污染水体的应用要点？污染水体的应用要点？Water Res.2014,66:219232生物电化学辅助金属回收方式生物电化学辅助金属回收方式生物电化学辅助金属回收方式生物电化学辅助金属回收方式A:A:无需外加电压非生物阴极直接回收金属无需外加电压非生物阴极直接回收金属无需外加电压非生物阴极直接回收金属无需外加电压非生物阴极直接回收金属B:B:外加电压非生物阴极直接回收金属外加电压非生物阴极直接回收金属外加电压非生物阴极直接回收金属外加电压非生物阴极直接回收金属C:C:无需外加电压生物阴极直接回收金属无需外加电压生物阴极直接回收金属无需外加电压生物阴极直接回收金属无需外加电压生物阴极直接回收金属D:D:外加电压生物阴极直接回收金属外加电压生物阴极直接回收金属外加电压生物阴极直接回收金属外加电压生物阴极直接回收金属根据金属还原电位的差异梯级回收根据金属还原电位的差异梯级回收根据金属还原电位的差异梯级回收根据金属还原电位的差异梯级回收ES&T.2015,49:991499243 3.2.2 典型典型典型典型重金属生物转化原理与技术重金属生物转化原理与技术重金属生物转化原理与技术重金属生物转化原理与技术第三节第三节典型典型环境生物技术简介环境生物技术简介3.1 3.1 典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与技术技术技术技术3 3.2.2 典型重金属生物转化典型重金属生物转化典型重金属生物转化典型重金属生物转化/吸附吸附吸附吸附/富集原理与技术富集原理与技术富集原理与技术富集原理与技术3 3.3.3 土壤土壤土壤土壤/底泥底泥底泥底泥/湿地湿地湿地湿地/地下水地下水地下水地下水生物生物生物生物修复修复修复修复技术技术技术技术3.43.4 废废废废水水水水/废物生物处理资源化与能源化废物生物处理资源化与能源化废物生物处理资源化与能源化废物生物处理资源化与能源化基于微生物代谢（生物降解）降低或消除环境中污基于微生物代谢（生物降解）降低或消除环境中污基于微生物代谢（生物降解）降低或消除环境中污基于微生物代谢（生物降解）降低或消除环境中污基于微生物代谢（生物降解）降低或消除环境中污基于微生物代谢（生物降解）降低或消除环境中污染物，潜力大，具有经济可行和环境友好性染物，潜力大，具有经济可行和环境友好性染物，潜力大，具有经济可行和环境友好性染物，潜力大，具有经济可行和环境友好性染物，潜力大，具有经济可行和环境友好性染物，潜力大，具有经济可行和环境友好性Current Opinion in Biotechnology 2015,33:287295;2014,27:17;2015,33:142148;2014,27:168175 底泥原位生物修复底泥原位生物修复底泥原位生物修复底泥原位生物修复农田土壤微生物农田土壤微生物农田土壤微生物农田土壤微生物-植物联合修复植物联合修复植物联合修复植物联合修复地下水原位地下水原位地下水原位地下水原位 生物强化修复生物强化修复生物强化修复生物强化修复包气带土壤原包气带土壤原包气带土壤原包气带土壤原位生物修复位生物修复位生物修复位生物修复3.3 土壤土壤/底泥底泥/湿地湿地/地下水地下水生物生物修复修复技术技术植物植物植物植物植物植物(根际根际根际根际根际根际)-)-)-微生物联合修复关注的科学问题微生物联合修复关注的科学问题微生物联合修复关注的科学问题微生物联合修复关注的科学问题微生物联合修复关注的科学问题微生物联合修复关注的科学问题3.3 土壤土壤/底泥底泥/湿地湿地/地下水地下水生物生物修复修复技术技术Current Opinion in Biotechnology 2013,24:467473植物分泌植物分泌植物分泌植物分泌化学信号化学信号化学信号化学信号污染物降解污染物降解污染物降解污染物降解根际细菌根际细菌根际细菌根际细菌降解和调控基因鉴定降解和调控基因鉴定降解和调控基因鉴定降解和调控基因鉴定根际修复区根际修复区根际修复区根际修复区群落结构群落结构群落结构群落结构植物内植物内植物内植物内生菌生菌生菌生菌细菌细菌细菌细菌-植物植物植物植物相互作用关系相互作用关系相互作用关系相互作用关系根际、内生菌和降根际、内生菌和降根际、内生菌和降根际、内生菌和降解菌间水平基因转解菌间水平基因转解菌间水平基因转解菌间水平基因转移强化修复效率移强化修复效率移强化修复效率移强化修复效率几种常见修复模式几种常见修复模式几种常见修复模式几种常见修复模式几种常见修复模式几种常见修复模式Ex situ bioremediation异位生物修复异位生物修复,机械混合机械混合,引入氧气引入氧气Trends in Biotechnology,2013,31(6):329-332In situ biosparging原位生物曝气原位生物曝气In situ bioreactive barrier原位生物反应栅栏原位生物反应栅栏Bioventing，生物通气生物通气,增加增加包气带氧化生物降解效率包气带氧化生物降解效率3.3 土壤土壤/底泥底泥/湿地湿地/地下水地下水生物生物修复修复技术技术土壤土壤土壤土壤土壤土壤/底泥中有机污染物原位微生物电修复底泥中有机污染物原位微生物电修复底泥中有机污染物原位微生物电修复底泥中有机污染物原位微生物电修复底泥中有机污染物原位微生物电修复底泥中有机污染物原位微生物电修复Current Opinion in Biotechnology,2011,22(3),441单纯厌氧生物修复缺乏持续电子供体单纯厌氧生物修复缺乏持续电子供体/受体受体基于微生物电极呼吸原理修复底质中有机污染物基于微生物电极呼吸原理修复底质中有机污染物微生物电修复系统具有环境友好、电子供体和受体可持续等优势微生物电修复系统具有环境友好、电子供体和受体可持续等优势实际修复可采用电极模块矩阵化，产生电流指示修复进程实际修复可采用电极模块矩阵化，产生电流指示修复进程底质微生物电化学系统工作原理底质微生物电化学系统工作原理3.3 土壤土壤/底泥底泥/湿地湿地/地下水地下水生物生物修复修复技术技术土壤土壤土壤土壤土壤土壤/底泥底泥底泥底泥底泥底泥/湿地中有机污染物原位微生物电修复湿地中有机污染物原位微生物电修复湿地中有机污染物原位微生物电修复湿地中有机污染物原位微生物电修复湿地中有机污染物原位微生物电修复湿地中有机污染物原位微生物电修复Biotechnology Advances,2015,33:112引入电极后可以调控并强化微生物氧化还原降解有机污染物过程引入电极后可以调控并强化微生物氧化还原降解有机污染物过程阳极表面和周边区域功能微生物进行的代谢反应包括：水解酸化、阳极表面和周边区域功能微生物进行的代谢反应包括：水解酸化、硫酸盐还原、微生物电极呼吸（将电子传递给电极）、产甲烷硫酸盐还原、微生物电极呼吸（将电子传递给电极）、产甲烷（电极呼吸抑制产甲烷过程）（电极呼吸抑制产甲烷过程）3.3 土壤土壤/底泥底泥/湿地湿地生物生物修复修复技术技术湿地环境中污染物原位微生物电修复工艺（植物湿地环境中污染物原位微生物电修复工艺（植物湿地环境中污染物原位微生物电修复工艺（植物湿地环境中污染物原位微生物电修复工艺（植物湿地环境中污染物原位微生物电修复工艺（植物湿地环境中污染物原位微生物电修复工艺（植物-微微微微微微生物生物生物生物生物生物-电化学系统）电化学系统）电化学系统）电化学系统）电化学系统）电化学系统）Water Research,2015,85:38-45序批式序批式序批式序批式连续升流式连续升流式连续升流式连续升流式连续升流式连续升流式连续升流式连续升流式连续升流式连续升流式连续升流式连续升流式同时升同时升同时升同时升/降流式降流式降流式降流式水平推流式水平推流式水平推流式水平推流式石墨板石墨板石墨板石墨板&玻璃丝玻璃丝玻璃丝玻璃丝颗粒活性炭颗粒活性炭颗粒活性炭颗粒活性炭&不锈钢网不锈钢网不锈钢网不锈钢网石墨板石墨板石墨板石墨板石墨颗粒石墨颗粒石墨颗粒石墨颗粒&玻璃丝玻璃丝玻璃丝玻璃丝3.3 土壤土壤/底泥底泥/湿地湿地/地下水地下水生物生物修复修复技术技术地下水有机污染物原位微生物电修复（以地下水中地下水有机污染物原位微生物电修复（以地下水中地下水有机污染物原位微生物电修复（以地下水中地下水有机污染物原位微生物电修复（以地下水中地下水有机污染物原位微生物电修复（以地下水中地下水有机污染物原位微生物电修复（以地下水中频繁检出频率较高的氯乙烯为例频繁检出频率较高的氯乙烯为例频繁检出频率较高的氯乙烯为例频繁检出频率较高的氯乙烯为例频繁检出频率较高的氯乙烯为例频繁检出频率较高的氯乙烯为例）耦合生物电化学过程连续还原和氧化地下水中氯乙烯类污染物耦合生物电化学过程连续还原和氧化地下水中氯乙烯类污染物Lab-scaleLab-scale试验证实地下水中连续阴极还原和阳极氧化的可行性试验证实地下水中连续阴极还原和阳极氧化的可行性ES&T.2011,45(15):6491-64973.3 土壤土壤/底泥底泥/湿地湿地/地下水地下水生物生物修复修复技术技术地下水中有机污染物原位持续微生物电修复（引入可地下水中有机污染物原位持续微生物电修复（引入可地下水中有机污染物原位持续微生物电修复（引入可地下水中有机污染物原位持续微生物电修复（引入可地下水中有机污染物原位持续微生物电修复（引入可地下水中有机污染物原位持续微生物电修复（引入可持续太阳光能，以氯乙烯为例）持续太阳光能，以氯乙烯为例）持续太阳光能，以氯乙烯为例）持续太阳光能，以氯乙烯为例）持续太阳光能，以氯乙烯为例）持续太阳光能，以氯乙烯为例）Current Opinion in Biotechnology,2011,22(3),4414483.3 土壤土壤/底泥底泥/湿地湿地/地下水地下水生物生物修复修复技术技术Current Opinion in Biotechnology 2016,38:3338地下水原位生物修复效能评估与监测：提高修复效率地下水原位生物修复效能评估与监测：提高修复效率地下水原位生物修复效能评估与监测：提高修复效率地下水原位生物修复效能评估与监测：提高修复效率地下水原位生物修复效能评估与监测：提高修复效率地下水原位生物修复效能评估与监测：提高修复效率预测自然衰减预测自然衰减修复策略修复策略水文化学评估水文化学评估氧化还原条件氧化还原条件污染物和污染物和产物浓度产物浓度多元素化合物特多元素化合物特异稳定性同位素异稳定性同位素检测生物标检测生物标记物（如特记物（如特定降解基因）定降解基因）3.3 土壤土壤/底泥底泥/湿地湿地/地下水地下水生物生物修复修复技术技术Trends in Biotechnology,2013,31(6):329-332Lab-scaleLab-scale生物降解与实际原位生物修复过程有较大区别生物降解与实际原位生物修复过程有较大区别实际生物修复涉及更多层面的因素，而不仅仅是单细胞生物降实际生物修复涉及更多层面的因素，而不仅仅是单细胞生物降解水平（降解基因、操纵子、调节子、降解酶）解水平（降解基因、操纵子、调节子、降解酶）如何让生物修复过程可控与可持续化？需考虑菌株生理学和微如何让生物修复过程可控与可持续化？需考虑菌株生理学和微生物生态学生物生态学3.3 土壤土壤/底泥底泥/湿地湿地/地下水地下水生物生物修复修复技术技术第三节第三节典型典型环境生物技术简介环境生物技术简介3.1 3.1 典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与典型有机污染物生物降解原理与技术技术技术技术3 3.2.2 典型重金属生物转化典型重金属生物转化典型重金属生物转化典型重金属生物转化/吸附吸附吸附吸附/富集原理与技术富集原理与技术富集原理与技术富集原理与技术3 3.3.3 土壤土壤土壤土壤/底泥底泥底泥底泥/湿地湿地湿地湿地/地下水地下水地下水地下水生物生物生物生物修复修复修复修复技术技术技术技术3.43.4 废废废废水水水水/废物生物处理资源化与能源化废物生物处理资源化与能源化废物生物处理资源化与能源化废物生物处理资源化与能源化Comment.Nature.2015.528.29-31 限制因素限制因素：低浓度：低浓度有有机物、温度等机物、温度等l能源能源回收回收：油脂、甲烷：油脂、甲烷，氢气氢气 -推荐技术推荐技术：AnMBR，MXCsl营养物回收营养物回收：Struvite -推荐技术：推荐技术：离子交换、电渗析离子交换、电渗析经济性和可行性：经济性和可行性：l适宜的废水获得目标性资源适宜的废水获得目标性资源l政府政府支持，政企结合支持，政企结合废水处理过程回收碳、氮、磷、硫等资源废水处理过程回收碳、氮、磷、硫等资源废水处理过程回收碳、氮、磷、硫等资源废水处理过程回收碳、氮、磷、硫等资源废水处理过程回收碳、氮、磷、硫等资源废水处理过程回收碳、氮、磷、硫等资源富含富含富含富含C/N/PC/N/P生物生物生物生物污泥回用土壤污泥回用土壤污泥回用土壤污泥回用土壤灌溉灌溉灌溉灌溉深度纯化深度纯化深度纯化深度纯化工业和服务用水工业和服务用水工业和服务用水工业和服务用水饮用水饮用水饮用水饮用水3.4 生物生物处理资源化与能源化处理资源化与能源化废水生物处理过程回收碳、氮、硫、磷等资源废水生物处理过程回收碳、氮、硫、磷等资源废水生物处理过程回收碳、氮、硫、磷等资源废水生物处理过程回收碳、氮、硫、磷等资源废水生物处理过程回收碳、氮、硫、磷等资源废水生物处理过程回收碳、氮、硫、磷等资源分子水平揭示废水生物处理过程中碳、磷资源积累与释放过程分子水平揭示废水生物处理过程中碳、磷资源积累与释放过程Current Opinion in Biotechnology 2015,33:2602673.4 生物生物处理资源化与能源化处理资源化与能源化废水生物处理资源化回收磷废水生物处理资源化回收磷废水生物处理资源化回收磷废水生物处理资源化回收磷废水生物处理资源化回收磷废水生物处理资源化回收磷通过鸟粪石形式回收磷资源，富含磷剩余污泥可以考虑回用农田通过鸟粪石形式回收磷资源，富含磷剩余污泥可以考虑回用农田通过厌氧消化回收磷比较成熟，最大程度消除金属干扰非常重要通过厌氧消化回收磷比较成熟，最大程度消除金属干扰非常重要Current Opinion in Biotechnology 2012,23:87