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本研究構(gòu)建一種谷氨酸棒桿菌基因工程菌，使其同時(shí)發(fā)酵生產(chǎn)兩種產(chǎn)品：聚羥基脂肪酸酯和異亮氨酸；前者是胞內(nèi)產(chǎn)品，后者是胞外產(chǎn)品。該基因工程菌可以降低生產(chǎn)成本，具有工業(yè)應(yīng)用前景。研究結(jié)果顯示：將 phaCAB 基因簇導(dǎo)入 WM001后，WM001/pDXW-8-phaCAB 96h 產(chǎn)量為 9.58 g/L，而 WM001/pDXW-8 96h 產(chǎn)量為6.65 g/L，產(chǎn)率提高 65%達(dá)到 0.15g 異亮氨酸/g 葡萄糖。PHA 產(chǎn)量達(dá)到 28.7%(w/w)。關(guān)鍵技術(shù) 聚羥基脂肪酸酯（PHAs）是部分微生物生存在具有較高碳源與氮源的條件下，生成的一類微生物自身碳源、能源儲(chǔ)備物的胞內(nèi)聚酯。根據(jù)相關(guān)報(bào)道，將 PHB 合成代謝基因簇導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)，可實(shí)現(xiàn) PHB 與某些代謝產(chǎn)物的聯(lián)產(chǎn)和增產(chǎn)，提高底物的利用率。L-異亮氨酸是一種人體必需氨基酸，因其在醫(yī)藥、食品和健康保健領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，而使其近幾年的生產(chǎn)能力發(fā)展迅速，目前國際上比較先進(jìn)的主流生產(chǎn)方式為發(fā)酵法生產(chǎn) L-異亮氨酸。谷氨酸棒桿菌(Corynebacteriumglutamicum)是一種小棒狀、革蘭氏陽性的食品安全生產(chǎn)菌，目前已經(jīng)用于工業(yè)生產(chǎn) L-異亮氨酸，本成果構(gòu)建能高產(chǎn) PHAs 的 C. glutamicum 菌株，具有工業(yè)化應(yīng)用潛力。 

研發(fā)階段/n成果簡介：聚-ε-L-賴氨酸（Poly-ε-L-Lysine，ε-PLL）是自然界中微生物發(fā)酵產(chǎn)生的陽離子型多聚氨基酸，由L型賴氨酸通過α-羧基和ε-氨基以肽鍵形式形成的高分子聚合物，是一種新型的生物合成的營養(yǎng)型天然食品防腐劑。美國、日本、韓國正式批準(zhǔn)ε-PLL作為天然食品添加劑。與化學(xué)防腐劑相比，ε-PLL具有安全性、高效性、營養(yǎng)保健性、天然化、用量少等特點(diǎn)。與國外一些發(fā)達(dá)國家批準(zhǔn)使用的代表性微生物食品防腐劑，如乳酸鏈球菌素(Nisin)和納他霉素(Natamycin)相比，ε-PLL

γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是谷氨酸單體以γ-羧基與氨基相縮合的一種聚氨基酸，γ-PGA主鏈上有大量游離羧基存在，使聚谷氨酸具有水溶性聚羧酸的性質(zhì)，如強(qiáng)吸水保濕性能，可用于化妝品、食品、分散劑、螯合劑、建筑涂料、防塵等領(lǐng)域，主鏈上的大量羧基易于修飾，為材料的功能化提供了條件，利于改性制備一系列功能材料。γ-PGA同時(shí)亦具有優(yōu)良的生物可降解性和生物相容性，對(duì)環(huán)境無污染，對(duì)人體無毒害，用作醫(yī)藥、生物醫(yī)用材料、化妝品、食品和環(huán)保等領(lǐng)域有明顯優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)室篩選得到一株γ-PGA高產(chǎn)菌株（已獲專利授權(quán)：γ-聚谷氨酸及其鹽的制備方法，CN0112787.2），并對(duì)合成工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化；采用提純新工藝，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，還開展了γ-PGA吸水材料的制備、綠色水處理劑、肥料增效等領(lǐng)域的應(yīng)用研究。本項(xiàng)目已申請(qǐng)4項(xiàng)國家發(fā)明專利。

包裝與儲(chǔ)存本品用塑料桶包裝，每桶25Kg或250Kg，固體用牛皮紙袋或紙板桶包裝；也可根據(jù)用戶需要而定，貯存于通風(fēng)的庫房內(nèi)，貯存期十二個(gè)月安全防護(hù)本品應(yīng)避免與眼睛、皮膚或衣服接觸，一旦濺到身上，應(yīng)立即用大量清水沖洗。 項(xiàng)  目 PASP 液體 PASP 固體 外 觀 黃色至紅棕色液體 黃色至棕色粉末 固體含量/% ≥40.0 ≥96 pH值(1%水溶液) 9.0～11.0 <10.5 密度(20℃)/g·cm3 ≥1.20 N/A 堆積密度(Kg/Liter) N/A >0.5

聚天門冬氨酸（PASP）為氨基酸的聚合物，屬于生物高分子材料，是一種無毒、無污染、易降解的環(huán)境友好型化學(xué)品，用途極為廣泛。自1850年出現(xiàn)關(guān)于PASP合成的報(bào)導(dǎo)以來，逐漸受到世界上各大化學(xué)公司的關(guān)注。北京化工大學(xué)生物化工系自1998年開始研究聚天門冬氨酸的生產(chǎn)技術(shù)。首先利用富馬酸合成天門冬氨酸，然后采用新型天門冬氨酸聚合工藝，成功地制備了分子量從4000到18萬的聚天門冬氨酸，且分子量可控。富馬酸轉(zhuǎn)化率達(dá)95%，天門冬氨酸的收率達(dá)92%；聚天門冬氨酸鈉對(duì)天門冬氨酸的收率達(dá)80%以上。 PASP 除具有一般聚羧酸的特點(diǎn)外，還具有很好的生物相容性及生物降解性，這些特點(diǎn)使得PASP 具有十分廣泛的應(yīng)用：①在水處理方面用作緩蝕劑、阻垢劑；②可作為肥料，吸收和富集植物根部周圍土壤中有用的元素；③PASP 具有良好的殺蟲、滅菌和分散能力，可用于農(nóng)藥；④PASP 鹽對(duì)無機(jī)物、有機(jī)物都具有良好的分散作用，可在顏料、涂料、無機(jī)化工、及油田化學(xué)等領(lǐng)域獲得應(yīng)用；⑤用于可降解高效吸水材料及日用化學(xué)；⑥用于醫(yī)藥等。 PASP 是一種性能優(yōu)越、無毒無污染、極易降解的水溶性高分子材料，其原料易得，價(jià)格不高。我國PASP 的研究和生產(chǎn)正處于起步階段，近年來脫色技術(shù)及淺色產(chǎn)品的開發(fā)成功拓寬了其廣泛的產(chǎn)品市場，因此開發(fā)PASP 產(chǎn)品前途遠(yuǎn)大。 建立年產(chǎn)2000 噸的聚天門冬氨酸工業(yè)化裝置，總投資1500 萬元。其中，若以富馬酸為原料生產(chǎn)，固定資產(chǎn)需1200 萬元；若以天門冬氨酸為原料，固定資產(chǎn)需600 萬元。年產(chǎn)值5000 萬元，成本3500 萬元，利稅1500 萬元，具有非常好的經(jīng)濟(jì)效益。

本項(xiàng)目獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、中國專利獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)，江蘇省專利獎(jiǎng)金獎(jiǎng)等； 十一五國家科技支撐立項(xiàng)。 項(xiàng)目簡介 以玉米芯為原料，采用蒸汽爆破、酶解、集成膜分離（微濾除雜、納濾脫鹽、 超濾脫色、納濾濃縮）技術(shù)制備低聚木糖，得到低聚木糖含量（對(duì)總糖）為>70% 和>90%的兩種型號(hào)的糖漿和糖粉產(chǎn)品，其中木二糖~木四糖含量≥70%。生產(chǎn)成本 為 60000 元/噸，顯著低于國內(nèi)外同類產(chǎn)品。項(xiàng)目技術(shù)具有節(jié)能、高效、環(huán)保的 優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)線居國內(nèi)外領(lǐng)先水平。已先后在新疆、山東等地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，最 大規(guī)模為年產(chǎn) 2000 噸低聚木糖

本項(xiàng)目技術(shù)通過生物煉制技術(shù)對(duì)大米草等多種海洋源生物質(zhì)進(jìn)行組分分離，獲取纖維素、半纖維素與木質(zhì)素，并通過木聚糖酶將半纖維素轉(zhuǎn)化為低聚木糖。項(xiàng)目科學(xué)意義如下：（1）通過大米草中纖維素、半纖維素與木質(zhì)素組分分離，闡明大米草等海洋源生物質(zhì)纖維素、半纖維素與木質(zhì)素組成與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（2）通過木聚糖酶及半纖維素側(cè)鏈酶（如阿拉伯糖苷酶、阿魏酸酯酶、乙酰酯酶、葡萄糖醛酸酶等）對(duì)大米草半纖維素特異性酶解，解構(gòu)海洋源生物質(zhì)半纖維素素的分子結(jié)構(gòu)特征。

γ-聚谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid）是一種重要的天然聚合物，由 于其具有良好的性質(zhì)已被廣泛應(yīng)用于食品，化妝品，醫(yī)藥，材料等領(lǐng) 域。解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）LL3 是一株谷氨酸 非依賴型 γ-PGA 合成菌。為了提高其 γ-PGA 產(chǎn)量，項(xiàng)目組采用無痕 基因編輯技術(shù)對(duì)菌株進(jìn)行了代謝工程改造。包括三部分：模塊化代謝 通路改造；蔗糖代謝途徑改造；谷氨酸合成途徑改造。 B. amyloliquefaciens LL3 是項(xiàng)目組從發(fā)酵食品中分離得到，它能 夠從蔗糖出發(fā)合成 γ-PGA。利用模塊化通路改造策略對(duì) γ-PGA 合成 相關(guān)的八個(gè)代謝通路進(jìn)行改造包括：γ-PGA 降解相關(guān)途徑；細(xì)胞呼吸 鏈；胞外蛋白及胞外蛋白酶合成途徑；細(xì)菌多糖合成途徑；次級(jí)小分 子代謝產(chǎn)物合成途徑；細(xì)胞自誘導(dǎo)因子合成途徑；谷氨酸合成途徑以 及 γ-PGA 合成途徑。最終整合獲得的最優(yōu)基因工程菌株 NK-anti-rocG （敲除了 epsA-O 操縱子（負(fù)責(zé)胞外多糖合成），sac 操縱子（負(fù)責(zé)果 聚糖合成），lps（脂多糖合成相關(guān)），pta（乙酸合成相關(guān)），pgdS（γ-PGA 降解酶），cwlO（細(xì)胞壁水解酶），luxS（AI-2 合成）以及表達(dá) anti-rocG sRNA（抑制谷氨酸脫氫酶表達(dá)））γ-PGA 搖瓶發(fā)酵產(chǎn)量從 3.8 g/L 提高到 11.04 g/L，較對(duì)照菌株提高了 2.91 倍。γ-PGA 產(chǎn)物純度也 從 78.6%提高到 95.2%。5-L 罐補(bǔ)料分批發(fā)酵實(shí)驗(yàn)得到 NK-anti-rocG 菌株產(chǎn)量可達(dá) 20.3 g/L。分子量 450,000 Dal，純度 95%以上。 項(xiàng)目特色： 1. 菌種（Bacillus amyloliquefaciens）LL3 是谷氨酸非依賴型 γ-聚谷 氨酸合成菌株；發(fā)酵生產(chǎn)主要原料為蔗糖； 2. 補(bǔ)料分批發(fā)酵產(chǎn)量為：20.3 g/L。 3. 授權(quán)專利號(hào)為：ZL200810053900.7 市場應(yīng)用前景： γ-聚谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid）是一種重要的天然聚合物，由 于其具有良好的性質(zhì)已被廣泛應(yīng)用于食品，化妝品，醫(yī)藥，材料等領(lǐng) 域。本項(xiàng)目采用谷氨酸非依賴型 γ-聚谷氨酸合成菌做為發(fā)酵菌種，以 蔗糖為原料發(fā)酵法生產(chǎn) γ-聚谷氨酸，可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效 益。

主要由 D-谷氨酸和 L-谷氨酸通過酰胺鍵聚合而成。作為一種高分子聚合物，γ-聚谷氨酸具有一些獨(dú)特的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性如良好的水溶性，超強(qiáng)的吸附性，能徹底被生物降解，無毒無害，可食用等。在農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、化妝品，環(huán)保，合成纖維和涂膜等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，因此極具開發(fā)價(jià)值。 微生物絮凝劑是繼無機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑之后出現(xiàn)的一種新型的、可自然降解的水處理劑，具有高效、無毒、無二次污染的特點(diǎn)。微生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生并分泌到細(xì)胞外具有絮凝活性的代謝產(chǎn)物，一般由多糖、蛋白質(zhì)、DNA、纖維素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物質(zhì)構(gòu)成，分子中含有多種官能團(tuán)，能使水中膠體懸浮物相互凝聚、沉淀。在傳統(tǒng)的絮凝劑中，無機(jī)絮凝劑投加量大，效果不佳，還會(huì)把大量金屬離子帶入最終產(chǎn)物中，對(duì)環(huán)境造成危害；有機(jī)合成高分子絮凝劑生物難降解，殘留單體有毒，會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。而微生物絮凝劑最突出的特點(diǎn)是具有生物降解性，而且高效、無毒、易降解、無二次污染且用途廣泛，是環(huán)境友好型絮凝劑，因而引起世界各國學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究

中試階段/n成果簡介：目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)減肥增效、節(jié)能降耗、減少環(huán)境污染是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。聚γ-谷氨酸（簡稱“γ-PGA”）作為一種綠色生物大分子材料，不僅可使作物增產(chǎn)10-30％，節(jié)肥10-20％，還可提高作物品質(zhì)和作物抗病耐旱能力。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)微生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室率先在國際上開展了γ-PGA在農(nóng)作物栽培中的應(yīng)用，已申請(qǐng)γ-PGA發(fā)酵及γ-PGA在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用等5項(xiàng)中國發(fā)明專利，其中獲得3項(xiàng)發(fā)明專利授權(quán)。三項(xiàng)相關(guān)課題鑒定成果分別于2007年，2008年，2009年通過湖北省科技廳組織的專家鑒定