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由于2,3-丁二醇結構較為復雜，化學合成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單的工藝，所以一直很難實現大工業化生產。用生物法來制備2,3丁二醇既符合綠色化工的要求，又可避免化學合成的困難，受到了廣泛的關注。 本項目從2,3－丁二醇生物合成途徑和整體代謝調控網絡著手，在系統分析粘質沙雷氏菌（Serratia marcescens）細胞代謝網絡的基礎上，運用代分子生物學技術合理修飾細胞代謝途徑，使整體代謝網絡與中心代謝有機結合，提高代謝途徑的物質定向流量，提高2,3－丁二醇的生物合成量，最后根據基因工程菌株的細胞特點，確定了大規模發酵生產2,3－丁二醇新型工業化發酵調控策略。 我們通過基因改造、培養基及調控策略的優化，目前發酵水平BD的產量達到130g/L，達到國際先進水平。同時我們采取萃取/高真空精細分餾的分離方法已獲得了純度達95%結構為內消旋的2,3-丁二醇。該項目?00?年獲國家科技部“863”產品導向課題資助。

低聚果糖是由果糖基連接生成的多糖，微生物來源的果聚糖是含有β (2→6) 糖苷鍵及少量β (2→1)側鏈的果聚糖，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驗而得結論。除了具有天然多糖共同的特點如生物相容性、生物降解性、安全無毒，還具有抗腫瘤、抗糖尿病、免疫增強、降血脂等多種重要的生物學功能，而且可用于制備納米材料，在生物醫藥和功能食品等方面具有巨大的應用潛能，體現出巨大的潛在市場價值。 國內目前以酶轉化法生產的低聚果糖執行國家低聚果糖標準 GB/T 23528-2009，產品是蔗糖-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酵法合成生產，美國市售產品分子量約 5000。是很好的益生元產品。 項目特色和創新之處： 南開大學環境微生物與微生物制造研究室從發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量和純度，項目組采用溫敏質粒結合反向篩選標記-------無痕基因敲除法對菌株的其他胞外產物和六個胞外蛋白基因以及 3 個細菌胞外多糖基因（簇）進行了敲除；5 L 罐分批發酵低聚果糖的產量（42 h）達到 43.34 g/L。為了進一步提高蔗糖酶的分泌表達，項目組整合強啟動子和信號肽對菌種進行改造，在 5 L 發酵罐采用補料分批發酵工藝，菌株低聚果糖產量達 101.7g/L。分子量約 5000 Dal，純度 95%以上。 項目特色： 1. 菌種（Bacillus amyloliquefaciens）LL3 是分離自傳統發酵食品，生產主要原料為蔗糖；菌種改造采用無痕基因編輯技術，具有安全性 2. 補料分批發酵產量為：101.7 g/L;分子量約為 5000；純度大于95.0%; 3. 授權專利號為：ZL201410405975.2 市場應用前景： 目前,低聚果糖的應用領域逐步擴大，除了生產人類保健品口服制劑之外，在中老年營養品、中老年專用奶粉、嬰兒奶粉、部分營養飲料等中實施添加；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健康研究新成果的不斷報道，低聚果糖----益生元/膳食纖維越來越受到人們的青睞。開展該產品的生產將會獲得巨大的經濟效益和社會效益。另外，生產中實施廢菌體回用技術工藝，可使發酵做到近零排放，具有綠色生態效益.

石油作為一種非再生的化石資源和能源，世界范圍內采收率在30%~60%之間。為提高油藏中的石油采出率，目前我國多數油田主要經歷的依靠天然能量采油、注水注氣保持地層壓力采油和強化采油等技術無法滿足日益增長的石油需求，殘留在地層中的石油資源占到了50%以上，需要更有效和環保的采收方法。微生物提高石油采收率技術（Microbial Enhanced Oil Recovery, MEOR）是目前公認的開采油藏中剩余油和開發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、開發效率高、過程控制簡單、代謝產物不殘留等優點，逐漸成為世界各國研究進一步開采剩余油藏的技術手段。表面活性物質對原油進行降解和分散乳化，最終使固態石油變為液態而被開采，是MEOR 技術最重要的作用機理之一，但目前工業化應用很少，主要原因在于我國油藏及儲集層類型多，原油性質變化大，地質條件復雜，沒有環境適應能力強的菌株應用于石油生產，因而對內源微生物激活劑和生物乳化劑復配驅油劑研究是工業化應用技術開發的熱點。 本項目的生物復配驅油劑在環境適應性方面具有無可比擬的優勢，該復配驅油劑具有一定的黏度，可定向激活油藏內源采油功能菌，在溫度（20~100℃）、鹽度（1~20%）、乳化穩定性等方面，展現了較強的工業化應用潛力，可望能大幅度提高水驅后剩余油的采收率（5~30%）。 市場應用前景： 從我國的石油市場需求來看，2012 年，我國成品油消費 1.5 億噸以上，石油消費超過 2.3 億噸，目前原油價格在 5000~5500 元/噸，國內化學驅油成本在 3000~5000 元/噸不等，而 MEOR 平均在 1200 元/噸以下，還具有無污染，能耗低等優勢。目前，該技術已達到中試階段，成功應用于多個油田區塊，投入產出比大于 1:5。

隨著世界經濟的發展，全球變暖、能源危機以及白色污染等問題日趨嚴重，應對這些全球關注的焦點問題，生物降解塑料發揮著無可替代的積極作用。目前商業化的生物降解塑料主要有 PLA、PBAT、PHA、PBS 等，由于價格居高不下，這大大地制約了其大規模應用。本技術將生物降解塑料和成本低廉的淀粉進行共混改性，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性能。本技術制備的復合材料成本低、性能好（可滿足多種用途）。 創新要點：淀粉含量高（>40wt%），性能好。 效益分析：可根據用戶具體需要分析。

番茄紅素具有強抗氧化作用，有卓越的防癌、抗癌、預防心血管疾病等功效，在食品、保健品、化妝品以及醫藥領域具有重要用途。目前，國外已將這一產品廣泛用于食品添加劑、功能性食品、醫藥原料等方面。2003 年，美國《時代》雜志把番茄紅素列在“對人類健康貢獻最大的食品”之首，番茄紅素由于其優越的功能和防癌、抗癌作用，被譽為“植物黃金”，成為“二十一世紀醫藥保健制品新寵”。 本項目采用生物發酵法生產番茄紅素，具備了工業化開發的條件，生產工藝成熟，產品質量穩定，番茄紅素產量可達 1.5-2.5g/L，處于國內領先水平。 創新要點 采用三孢布拉酶菌發酵生產番茄紅素，其合成水平高于多種生物體，而且具有生產原料易獲得，不受自然條件限制，周期短和適用工業生產等優點。 

隨著世界經濟的發展，全球變暖、能源危機以及白色污染等問題日趨嚴重，應對這些全球關注的焦點問題，生物降解塑料發揮著無可替代的積極作用。目前商業化的生物降解塑料主要有 PLA、PBAT、PHA、PBS 等，由于價格居高不下，這大大地制約了其大規模應用。本技術將生物降解塑料和成本低廉的淀粉進行共混改性，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性能。本技術制備的復合材料成本低、性能好（可滿足多種用途）。

選育高產菌種和發展賴氨酸生產對于提高食品中蛋白質 利用率,增強人民體質以及發展家禽飼養業等具有十分重要的意義,對于以谷物為主要食物的我國尤為重要。本實驗室通過誘變選育和基因工程手段對大腸桿菌進行改造，獲得一株高產賴氨酸生產菌株，發酵培養 36 h，賴氨酸鹽酸鹽產量高達 193 g/L，葡萄糖得率為 74%左右。 關鍵技術 (1)本研究以玉米漿為氮源，有效的降低了發酵成本； (2)以葡萄糖為原料生產 L-脯氨酸的高轉化率發酵，該法綠色、環保、可持續，具有經濟競爭力，有很好的產業應用前景； (3)以大腸桿菌為宿主，不僅縮短了發酵周期，而且也降低了染菌幾率。 

通過基因工程手段，構建了高產 L-天冬氨酸酶和 L-天冬氨酸-α-脫羧酶共表達重組菌株。主要技術指標： 在轉化體系中，濕菌體添加量 20 g/L，底物 富馬酸 158.0 g/L，轉化周期 12~14 h，β-丙氨酸產量 118.6 g/L，底物摩爾轉化率 98%；(2) 濕菌體添加量 30 g/L，底物富馬酸 216.0 g/L，轉化 12~14 h，β-丙氨酸產量 162.1 g/L，底物摩爾轉化率 98%。 關鍵技術 以大腸桿菌為宿主，生長快，周期短，催化效率高；(2)以廉價的富馬酸為底物生產高附加值β-丙氨酸，成本低，收益高；(3)微生物轉化具有專一性強、條件溫和的優點，該法綠色、環保、可持續，具有經濟競爭力，有很好的產業應用前景。 

L-纈氨酸是生命有機體的重要組成部分，在生命體內物質代謝調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-纈氨酸發酵是典型的代謝控制發酵。國內雖有天然蛋白質水解液分離提取 L-纈氨酸的產品，但由于其產量很低，質量不佳，純度不高，所以無法實現大規模工業化生產。利用微生物發酵法生產 L-纈氨酸具有原料成本低，反應條件溫和及易實現大規模生產等優點，是一種非常經濟的生產方法。但是， 以微生物發酵法生產 L-纈氨酸，國內大多數菌株的產酸水平不高，特別是 L-纈氨酸的生產水平和產量遠不能滿足國內市場的需求。因此，開展發酵法生產 L-纈氨酸的研究具有極其重要的意義。本研究室通過高通量篩選策略，獲得一株高產纈氨酸的黃色短桿菌。 

 細胞死亡是最重要和普遍存在的生命現象之一。目前我們所認知的細胞死亡的兩種主要方式是：細胞壞死（necrosis）和細胞凋亡（apoptosis）。長期以來，細胞壞死被認為是不被調控的，然而近些年研究表明某些細胞壞死也是一種程序性的細胞死亡，受到基因嚴格調控。細胞壞死參與很多重要的生理過程中，并與許多人類疾病的發生密切相關，如：腫瘤、急性胰腺炎、缺血性心腦管疾病、以及神經退行性疾病等。因此，深入研究細胞壞死的分子機制和與之相關疾病的治療方法具有重要的科學意義和社會意義。然而，由于許多和細胞死亡相關的調控基因都存在“致命性”，而且相關信號轉導通路非常復雜，目前經典生物學研究方法遇到了很大瓶頸。因此，開發出通過運用小分子探針，且具有高效、可視、可控、和定量化的化學方法來研究細胞死亡的生物作用機制和調控方法具有重要意義。