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由于2,3-丁二醇結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，化學(xué)合成2,3丁二醇成本較高，而不像1,4－丁二醇用乙炔合成那樣具有成熟簡(jiǎn)單的工藝，所以一直很難實(shí)現(xiàn)大工業(yè)化生產(chǎn)。用生物法來(lái)制備2,3丁二醇既符合綠色化工的要求，又可避免化學(xué)合成的困難，受到了廣泛的關(guān)注。 本項(xiàng)目從2,3－丁二醇生物合成途徑和整體代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)著手，在系統(tǒng)分析粘質(zhì)沙雷氏菌（Serratia marcescens）細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用代分子生物學(xué)技術(shù)合理修飾細(xì)胞代謝途徑，使整體代謝網(wǎng)絡(luò)與中心代謝有機(jī)結(jié)合，提高代謝途徑的物質(zhì)定向流量，提高2,3－丁二醇的生物合成量，最后根據(jù)基因工程菌株的細(xì)胞特點(diǎn)，確定了大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)2,3－丁二醇新型工業(yè)化發(fā)酵調(diào)控策略。 我們通過(guò)基因改造、培養(yǎng)基及調(diào)控策略的優(yōu)化，目前發(fā)酵水平BD的產(chǎn)量達(dá)到130g/L，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。同時(shí)我們采取萃取/高真空精細(xì)分餾的分離方法已獲得了純度達(dá)95%結(jié)構(gòu)為內(nèi)消旋的2,3-丁二醇。該項(xiàng)目?00?年獲國(guó)家科技部“863”產(chǎn)品導(dǎo)向課題資助。

低聚果糖是由果糖基連接生成的多糖，微生物來(lái)源的果聚糖是含有β (2→6) 糖苷鍵及少量β (2→1)側(cè)鏈的果聚糖，低聚果糖具有改善腸道菌群平衡的作用。低聚果糖特有的理化特性和生理功效如水溶性膳食纖維、雙歧桿菌增殖因子等是以高純度低聚果糖為原料作實(shí)驗(yàn)而得結(jié)論。除了具有天然多糖共同的特點(diǎn)如生物相容性、生物降解性、安全無(wú)毒，還具有抗腫瘤、抗糖尿病、免疫增強(qiáng)、降血脂等多種重要的生物學(xué)功能，而且可用于制備納米材料，在生物醫(yī)藥和功能食品等方面具有巨大的應(yīng)用潛能，體現(xiàn)出巨大的潛在市場(chǎng)價(jià)值。 國(guó)內(nèi)目前以酶轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)的低聚果糖執(zhí)行國(guó)家低聚果糖標(biāo)準(zhǔn) GB/T 23528-2009，產(chǎn)品是蔗糖-果糖或果糖-果糖聚合度為 2-9 的功能性低聚糖，分子量為 342-1476。 新一代低聚果糖采用菌體發(fā)酵法合成生產(chǎn)，美國(guó)市售產(chǎn)品分子量約 5000。是很好的益生元產(chǎn)品。 項(xiàng)目特色和創(chuàng)新之處： 南開(kāi)大學(xué)環(huán)境微生物與微生物制造研究室從發(fā)酵食品中分離得到一株解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens LL3），它能夠利用蔗糖合成低聚果糖。為了提高低聚果糖的產(chǎn)量和純度，項(xiàng)目組采用溫敏質(zhì)粒結(jié)合反向篩選標(biāo)記-------無(wú)痕基因敲除法對(duì)菌株的其他胞外產(chǎn)物和六個(gè)胞外蛋白基因以及 3 個(gè)細(xì)菌胞外多糖基因（簇）進(jìn)行了敲除；5 L 罐分批發(fā)酵低聚果糖的產(chǎn)量（42 h）達(dá)到 43.34 g/L。為了進(jìn)一步提高蔗糖酶的分泌表達(dá)，項(xiàng)目組整合強(qiáng)啟動(dòng)子和信號(hào)肽對(duì)菌種進(jìn)行改造，在 5 L 發(fā)酵罐采用補(bǔ)料分批發(fā)酵工藝，菌株低聚果糖產(chǎn)量達(dá) 101.7g/L。分子量約 5000 Dal，純度 95%以上。 項(xiàng)目特色： 1. 菌種（Bacillus amyloliquefaciens）LL3 是分離自傳統(tǒng)發(fā)酵食品，生產(chǎn)主要原料為蔗糖；菌種改造采用無(wú)痕基因編輯技術(shù)，具有安全性 2. 補(bǔ)料分批發(fā)酵產(chǎn)量為：101.7 g/L;分子量約為 5000；純度大于95.0%; 3. 授權(quán)專(zhuān)利號(hào)為：ZL201410405975.2 市場(chǎng)應(yīng)用前景： 目前,低聚果糖的應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大，除了生產(chǎn)人類(lèi)保健品口服制劑之外，在中老年?duì)I養(yǎng)品、中老年專(zhuān)用奶粉、嬰兒奶粉、部分營(yíng)養(yǎng)飲料等中實(shí)施添加；某些化妝品中也需要加入低聚果糖。還是替代抗生素在飼料中添加的主要成分之一。隨著腸道菌群影響人類(lèi)健康研究新成果的不斷報(bào)道，低聚果糖----益生元/膳食纖維越來(lái)越受到人們的青睞。開(kāi)展該產(chǎn)品的生產(chǎn)將會(huì)獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。另外，生產(chǎn)中實(shí)施廢菌體回用技術(shù)工藝，可使發(fā)酵做到近零排放，具有綠色生態(tài)效益.

石油作為一種非再生的化石資源和能源，世界范圍內(nèi)采收率在30%~60%之間。為提高油藏中的石油采出率，目前我國(guó)多數(shù)油田主要經(jīng)歷的依靠天然能量采油、注水注氣保持地層壓力采油和強(qiáng)化采油等技術(shù)無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的石油需求，殘留在地層中的石油資源占到了50%以上，需要更有效和環(huán)保的采收方法。微生物提高石油采收率技術(shù)（Microbial Enhanced Oil Recovery, MEOR）是目前公認(rèn)的開(kāi)采油藏中剩余油和開(kāi)發(fā)利用稠油油藏的最有效的采油方法之一，具有成本低、污染小、開(kāi)發(fā)效率高、過(guò)程控制簡(jiǎn)單、代謝產(chǎn)物不殘留等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為世界各國(guó)研究進(jìn)一步開(kāi)采剩余油藏的技術(shù)手段。表面活性物質(zhì)對(duì)原油進(jìn)行降解和分散乳化，最終使固態(tài)石油變?yōu)橐簯B(tài)而被開(kāi)采，是MEOR 技術(shù)最重要的作用機(jī)理之一，但目前工業(yè)化應(yīng)用很少，主要原因在于我國(guó)油藏及儲(chǔ)集層類(lèi)型多，原油性質(zhì)變化大，地質(zhì)條件復(fù)雜，沒(méi)有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的菌株應(yīng)用于石油生產(chǎn)，因而對(duì)內(nèi)源微生物激活劑和生物乳化劑復(fù)配驅(qū)油劑研究是工業(yè)化應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。 本項(xiàng)目的生物復(fù)配驅(qū)油劑在環(huán)境適應(yīng)性方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，該復(fù)配驅(qū)油劑具有一定的黏度，可定向激活油藏內(nèi)源采油功能菌，在溫度（20~100℃）、鹽度（1~20%）、乳化穩(wěn)定性等方面，展現(xiàn)了較強(qiáng)的工業(yè)化應(yīng)用潛力，可望能大幅度提高水驅(qū)后剩余油的采收率（5~30%）。 市場(chǎng)應(yīng)用前景： 從我國(guó)的石油市場(chǎng)需求來(lái)看，2012 年，我國(guó)成品油消費(fèi) 1.5 億噸以上，石油消費(fèi)超過(guò) 2.3 億噸，目前原油價(jià)格在 5000~5500 元/噸，國(guó)內(nèi)化學(xué)驅(qū)油成本在 3000~5000 元/噸不等，而 MEOR 平均在 1200 元/噸以下，還具有無(wú)污染，能耗低等優(yōu)勢(shì)。目前，該技術(shù)已達(dá)到中試階段，成功應(yīng)用于多個(gè)油田區(qū)塊，投入產(chǎn)出比大于 1:5。

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球變暖、能源危機(jī)以及白色污染等問(wèn)題日趨嚴(yán)重，應(yīng)對(duì)這些全球關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，生物降解塑料發(fā)揮著無(wú)可替代的積極作用。目前商業(yè)化的生物降解塑料主要有 PLA、PBAT、PHA、PBS 等，由于價(jià)格居高不下，這大大地制約了其大規(guī)模應(yīng)用。本技術(shù)將生物降解塑料和成本低廉的淀粉進(jìn)行共混改性，一方面降低其成本，另一方面維持生物降解塑料較高的力學(xué)性能。本技術(shù)制備的復(fù)合材料成本低、性能好（可滿足多種用途）。 創(chuàng)新要點(diǎn)：淀粉含量高（>40wt%），性能好。 效益分析：可根據(jù)用戶具體需要分析。

番茄紅素具有強(qiáng)抗氧化作用，有卓越的防癌、抗癌、預(yù)防心血管疾病等功效，在食品、保健品、化妝品以及醫(yī)藥領(lǐng)域具有重要用途。目前，國(guó)外已將這一產(chǎn)品廣泛用于食品添加劑、功能性食品、醫(yī)藥原料等方面。2003 年，美國(guó)《時(shí)代》雜志把番茄紅素列在“對(duì)人類(lèi)健康貢獻(xiàn)最大的食品”之首，番茄紅素由于其優(yōu)越的功能和防癌、抗癌作用，被譽(yù)為“植物黃金”，成為“二十一世紀(jì)醫(yī)藥保健制品新寵”。 本項(xiàng)目采用生物發(fā)酵法生產(chǎn)番茄紅素，具備了工業(yè)化開(kāi)發(fā)的條件，生產(chǎn)工藝成熟，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，番茄紅素產(chǎn)量可達(dá) 1.5-2.5g/L，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。 創(chuàng)新要點(diǎn) 采用三孢布拉酶菌發(fā)酵生產(chǎn)番茄紅素，其合成水平高于多種生物體，而且具有生產(chǎn)原料易獲得，不受自然條件限制，周期短和適用工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。 

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球變暖、能源危機(jī)以及白色污染等問(wèn)題日趨嚴(yán)重，應(yīng)對(duì)這些全球關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，生物降解塑料發(fā)揮著無(wú)可替代的積極作用。目前商業(yè)化的生物降解塑料主要有 PLA、PBAT、PHA、PBS 等，由于價(jià)格居高不下，這大大地制約了其大規(guī)模應(yīng)用。本技術(shù)將生物降解塑料和成本低廉的淀粉進(jìn)行共混改性，一方面降低其成本，另一方面維持生物降解塑料較高的力學(xué)性能。本技術(shù)制備的復(fù)合材料成本低、性能好（可滿足多種用途）。

選育高產(chǎn)菌種和發(fā)展賴(lài)氨酸生產(chǎn)對(duì)于提高食品中蛋白質(zhì) 利用率,增強(qiáng)人民體質(zhì)以及發(fā)展家禽飼養(yǎng)業(yè)等具有十分重要的意義,對(duì)于以谷物為主要食物的我國(guó)尤為重要。本實(shí)驗(yàn)室通過(guò)誘變選育和基因工程手段對(duì)大腸桿菌進(jìn)行改造，獲得一株高產(chǎn)賴(lài)氨酸生產(chǎn)菌株，發(fā)酵培養(yǎng) 36 h，賴(lài)氨酸鹽酸鹽產(chǎn)量高達(dá) 193 g/L，葡萄糖得率為 74%左右。 關(guān)鍵技術(shù) (1)本研究以玉米漿為氮源，有效的降低了發(fā)酵成本； (2)以葡萄糖為原料生產(chǎn) L-脯氨酸的高轉(zhuǎn)化率發(fā)酵，該法綠色、環(huán)保、可持續(xù)，具有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，有很好的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景； (3)以大腸桿菌為宿主，不僅縮短了發(fā)酵周期，而且也降低了染菌幾率。 

通過(guò)基因工程手段，構(gòu)建了高產(chǎn) L-天冬氨酸酶和 L-天冬氨酸-α-脫羧酶共表達(dá)重組菌株。主要技術(shù)指標(biāo)： 在轉(zhuǎn)化體系中，濕菌體添加量 20 g/L，底物 富馬酸 158.0 g/L，轉(zhuǎn)化周期 12~14 h，β-丙氨酸產(chǎn)量 118.6 g/L，底物摩爾轉(zhuǎn)化率 98%；(2) 濕菌體添加量 30 g/L，底物富馬酸 216.0 g/L，轉(zhuǎn)化 12~14 h，β-丙氨酸產(chǎn)量 162.1 g/L，底物摩爾轉(zhuǎn)化率 98%。 關(guān)鍵技術(shù) 以大腸桿菌為宿主，生長(zhǎng)快，周期短，催化效率高；(2)以廉價(jià)的富馬酸為底物生產(chǎn)高附加值β-丙氨酸，成本低，收益高；(3)微生物轉(zhuǎn)化具有專(zhuān)一性強(qiáng)、條件溫和的優(yōu)點(diǎn)，該法綠色、環(huán)保、可持續(xù)，具有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，有很好的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景。 

L-纈氨酸是生命有機(jī)體的重要組成部分，在生命體內(nèi)物質(zhì)代謝調(diào)控和信息傳遞等許多方面扮演著重要角色。L-纈氨酸屬于八種必需氨基酸之一，也是三種支鏈氨基酸之一。L-纈氨酸發(fā)酵是典型的代謝控制發(fā)酵。國(guó)內(nèi)雖有天然蛋白質(zhì)水解液分離提取 L-纈氨酸的產(chǎn)品，但由于其產(chǎn)量很低，質(zhì)量不佳，純度不高，所以無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。利用微生物發(fā)酵法生產(chǎn) L-纈氨酸具有原料成本低，反應(yīng)條件溫和及易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方法。但是， 以微生物發(fā)酵法生產(chǎn) L-纈氨酸，國(guó)內(nèi)大多數(shù)菌株的產(chǎn)酸水平不高，特別是 L-纈氨酸的生產(chǎn)水平和產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。因此，開(kāi)展發(fā)酵法生產(chǎn) L-纈氨酸的研究具有極其重要的意義。本研究室通過(guò)高通量篩選策略，獲得一株高產(chǎn)纈氨酸的黃色短桿菌。 

 細(xì)胞死亡是最重要和普遍存在的生命現(xiàn)象之一。目前我們所認(rèn)知的細(xì)胞死亡的兩種主要方式是：細(xì)胞壞死（necrosis）和細(xì)胞凋亡（apoptosis）。長(zhǎng)期以來(lái)，細(xì)胞壞死被認(rèn)為是不被調(diào)控的，然而近些年研究表明某些細(xì)胞壞死也是一種程序性的細(xì)胞死亡，受到基因嚴(yán)格調(diào)控。細(xì)胞壞死參與很多重要的生理過(guò)程中，并與許多人類(lèi)疾病的發(fā)生密切相關(guān)，如：腫瘤、急性胰腺炎、缺血性心腦管疾病、以及神經(jīng)退行性疾病等。因此，深入研究細(xì)胞壞死的分子機(jī)制和與之相關(guān)疾病的治療方法具有重要的科學(xué)意義和社會(huì)意義。然而，由于許多和細(xì)胞死亡相關(guān)的調(diào)控基因都存在“致命性”，而且相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路非常復(fù)雜，目前經(jīng)典生物學(xué)研究方法遇到了很大瓶頸。因此，開(kāi)發(fā)出通過(guò)運(yùn)用小分子探針，且具有高效、可視、可控、和定量化的化學(xué)方法來(lái)研究細(xì)胞死亡的生物作用機(jī)制和調(diào)控方法具有重要意義。