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基于微生物調控的水體原位生態修復技術
氮、磷過度排放導致的水體富營養化成為全球水環境面臨的挑戰之一，特別是由此引發的藍藻爆發、水體生態功能喪失及飲用水資源危機成為各國政府亟待解決的關鍵問題。如何實現氮磷營養鹽的合理分配和調控，成為防止水體富營養化和構建完善的水體生態系統的核心和關鍵。微生物活化設備照片 同濟大學環境科學與工程學院柴曉利教授團隊研發的水體微生物活化技術，突破了傳統旁通水處理工藝、水生動植物修復技術的不足，通過激活土著優勢菌種，使之快速增殖，打破原有水體微生態平衡，用水體本身容積代替傳統的有限生物反應器，大大增加微生物的增殖空間，充分發揮微生物對污染物的削減能力，改善生態系統賴以生存的透明度、營養鹽等不利條件，重組、完善水體微生態系統，恢復水體自凈能力，最終脫離人工干預回歸自然，具有重要的實際應用意義。 基于微生物調控的水體原位修復技術解決了地表水環境輕度污染水體（富營養化）治理的技術瓶頸，引領了低污染負荷飲用水水源地氮素污染控制技術的發展方向，具有重要的社會環境效益。目前該技術已經獲得相關授權專利11項，在全國十幾個省市30多個水生態修復工程項目中得到了推廣應用，累積項目合同額超過3億元。
同濟大學
2021-04-11
利用微生物合成抗菌肽及其發酵生產
抗菌肽( Antibacterial peptides) 是由動植物細胞內特定基因編碼，經外界條件誘導產生的一類對細菌、真菌及病毒等微生物具有殺傷作用的多肽。抗菌肽不同于抗生素的作用機制。抗菌肽對細菌、真菌、病毒和腫瘤等均有作用，尤其對耐藥性細菌有殺滅作用，具有廣譜性。
本項目主要涉及4種不同來源抗菌肽工程菌株以及生產工藝。具體為：美洲擬鰈抗菌肽Pleurocidin、果蠅抗菌肽Metchnikowin、假黑盤菌抗菌肽-菌絲霉素Plectasin以及梭魚娃2-RPLX等4種抗菌肽發酵生產工程菌株及菌株高效發酵生產工藝。
技術指標（創新要點等）：
1. 抗菌肽工程菌株的構建
2. 抗菌肽的分離純化以及活性鑒定；
3. 抗菌肽發酵生產工藝參數及流程。
抗菌肽的生物活性主要有抑制或殺滅細菌作用、抗真菌作用、抗病毒活性、抗寄生蟲作用、免疫調節作用以及抑制或殺傷腫瘤細胞作用。目前主要應用領域包括但不限于作為抗生物替代品用于醫藥產業、飼料工業、食品工業。
安徽大學
2021-05-09
手性氨基酸的微生物高效生產方法
手性氨基酸作為最重要的原料和中間體，市場規模也越來越大。本項目研發的手性氨基酸包含 L-2-氨基丁酸、D-蘇氨酸、L-天冬酰胺、L-叔亮氨酸、L-色氨酸等。2-氨基丁酸是一種非天然的氨基酸，是一種重要的化工原料，被用作為多種手性藥物合成中的重要中間體，包括抗結核藥物乙胺丁醇、布瓦西坦和抗癲癇 藥物左乙拉西坦。D-蘇氨酸是天然氨基酸 L-蘇氨酸的光學異構體，是一種非天然氨基酸。主要應用于手性藥物、手性添加劑和手性助劑等領域，在制藥行業作為手性合成的手性源，主要用于生產新型光譜抗生素、D-蘇氨醇和多肽合成過程的蘇氨酸保護劑。L-天冬酰胺是常見的 20 種氨基酸之一，在食品、醫藥、化工合成、微生物培養等領域廣泛應用。L-天冬酰胺可以作為添加劑用于清涼飲料,同時在腫瘤治療及蛋白質糖基化中扮演重要角色。L-天冬酰胺常用于氨基酸輸液，以及具有降壓、平喘、抗消化性潰瘍、胃功能障礙等功能，并可用于治療心肌梗死、心肌代謝障礙、心力衰竭、心臟傳導阻滯、疲勞癥等。此外，L-天冬酰胺也是微生物培養和動物細胞培養重要的添加劑。L-叔亮氨酸是一種非蛋白原的手性氨基酸, 由于叔丁基的空間位阻大, 叔亮氨酸的衍生物可在不對稱合成中作為誘導不對稱的模板。隨著不對稱合成的發展, 叔亮氨酸的應用也非常廣泛。又由于占空間大的叔丁基鏈及其疏水性, 它在多肽的合成中能夠很好地控制分子構象, 增加多肽的疏水性和受酶降解的穩定性, 因此在藥物和生物應用中正迅速地發展, 用于抗癌、抗艾滋病等藥物和生物抑制劑及肽等。
江南大學
2021-04-11
L-甲硫氨酸的微生物高效生產方法
L-甲硫氨酸廣泛應用于飼料業，是家禽飼料中首選的限制性氨基酸。L-甲硫氨酸是強肝解毒劑、促進發育劑，當缺乏時會引起食欲減退。甲硫氨酸廣泛應用于營養補充與畜產飼料，由于甲硫氨酸容易被雞吸收而轉變為雞肉蛋白，在雞飼料中添加甲硫氨酸，可少耗飼料，并使雞肉生長健全。L-甲硫氨酸合成方法主要為化學合成法和微生物發酵法兩種。因化學合成法會產生大量有害物質，微生物發酵法生產甲硫氨酸越來越受到關注。本實驗室以谷氨酸棒狀桿菌為出發菌株，通過代謝工程技術手段進行基因敲除和敲入，以達 到“開源節流”，即增強 L-甲硫氨酸合成路徑代謝流，抑制或阻斷旁路途徑代謝流，最終提高 L-甲硫氨酸產率，目前中間菌株產率已達 21 mmol/L，具有重要的應用前景。
江南大學
2021-04-11
L-蘇氨酸的微生物高效生產方法
L-蘇氨酸在食品、飼料、醫藥和化妝品等領域的用量呈長期穩定增長趨勢，尤其在飼料添加劑中增長最為迅速。以添加了 L-蘇氨酸的低蛋白配方飼料作為家禽日糧，不但可以緩解天然蛋白的匱乏，減少動物氨的排放，還能提高家禽的生產性能。而在醫藥領域，L-蘇氨酸除了用于氨基酸輸液之外，隨著人類保健意 識的提高，各類氨基酸保健飲品涌現市場，L-蘇氨酸是必不可少的配方成分。L-蘇氨酸有望取代色氨酸，成為繼賴氨酸和甲硫氨酸之后第三大發展最迅速的氨基酸。因此 L-蘇氨酸產業迫切需要提高產量，降低成本，以滿足市場需求。本實驗室以谷氨酸棒狀桿菌為出發菌株，通過代謝工程技術手段進行基因敲除和敲入，對關鍵基因進行了測序、蛋白結構解析及定向改造，以達到“開源節流”，即增強 L-蘇氨酸合成路徑代謝流，抑制或阻斷旁路途徑代謝流，最終提高L-蘇氨酸產率近 20 倍，具有較好的應用前景。
江南大學
2021-04-11
醬油發酵過程微生物代謝危害物控制技術
傳統發酵食品加工過程中生成的胺(氨)類物質，如氨基甲酸乙酯（EC）、生物胺類等是影響發酵食品安全的重要因素。本成果在國內外率先進行了微生物干預減少發酵食品中 EC 及其前體的系統研發。主要技術內容包括： (1) 揭示了醬油發酵過程 EC 前體形成的微生物物質代謝機制； (2) 采用高通量篩選方法獲得可在醬油發酵過程中顯著減少 EC 前體積累的菌株； (3) 采用非基因工程手段在工業規模將醬油中 EC 含量降至低于 20 ppb，且對醬油主要理化指標和風味物質未產生影響。本成果已獲授權核心發明專利 11 項，形成了包括利用 EC 或其前體菌株的篩 選與選育、微生物干預控制醬油中氨(胺)類有害物的專利群，發表論文 29 篇。 本技術對于解決基于混菌發酵過程的傳統發酵食品安全性的提升，具有普適性意 義和推廣前景；對于引領生物技術在傳統發酵食品中的應用、提升傳統發酵食品生產企業的技術水平、實現傳統發酵食品工業產業升級和可持續發展，具有重大 的科學意義和工業應用價值。
江南大學
2021-04-11
一種海洋微生物原位富集裝置
本發明公開了一種海洋微生物原位富集裝置，包括：開式培養艙、閉式培養艙、環境監測傳感器。開式培養艙包括開式艙體和上蓋，上蓋能夠在驅動裝置帶動下垂直向上開啟，以打開開式艙體；閉式培養艙包括閉式艙體，所述閉式艙體上設置有進水口和出水口，閉式艙體內設置有蠕動泵，實現閉式艙體內與外部海水交換；環境監測傳感器設置有三組，分別位于所述開式培養艙內、閉式培養艙內以及外部環境中，用于檢測環境的PH值、溶解氧、濁度、甲烷等環境參數。本發明實現了在海洋原位對微生物進行富集，使微生物富集過程中的環境與微生物生長的環境相同，提高了微生物的生存適應性，避免因環境的改變造成微生物的死亡或活性降低。
青島農業大學
2021-04-13
環境適應藥物紅景天苷的微生物合成
已有樣品/n首次實現利用葡萄糖為原料微生物高效合成紅景天苷，在30升發酵罐，發酵60h，紅景天苷產量可達10克/升，已初步建立了提取工藝。與化學合成法相比，微生物合成紅景天苷具有反應條件溫和、目標產物可以發酵大量生產的特點，紅景天苷主要存在于發酵液中，提取工藝簡單。紅景天苷微生物合成技術，與傳統生產方法相比，降低了生產成本和環境污染，實現可持續發展，具有很好的應用前景。從植物中提取的紅景天苷成本3萬元/公斤，化學合成紅景天苷成本1萬元/公斤。以目前的發酵水平10克/升計算，研究所技術生產的紅景天苷預
中國科學院大學
2021-01-12
飼料用氨基酸的高效微生物制造
全球氨基酸市場需求增長勢頭強勁，年均增長5.6%以上。2017年，全球年產量已達850萬噸，總銷售額超百億美元。目前，氨基酸的生產主要有三種方法，包括微生物發酵法、化學合成法和酶法水解法等。其中，微生物發酵法因其產能高、成本低等優勢，作為最主要的方法，生產了全球總產量85%以上的氨基酸。為應對不斷升級的市場需求，氨基酸發酵企業亟需提高發酵產量和拓展氨基酸品種，而關鍵在于獲得氨基酸高產菌株。現有的氨基酸高產菌株篩選方法如氨基酸類似物篩選法，存在毒性高、陽性率低及種類受限等問題，無法滿足篩選需求。因此，開發全新的氨基酸高產菌株篩選方法具有十分重要的科學意義和應用價值。
項目組通過增加序列中稀有密碼子的數量來提高蛋白翻譯所需氨基酸濃度的“門檻值”，利用必需基因和顏色蛋白編碼基因，建立了氨基酸高產菌株的選擇和篩選體系，并證明了該方法在大腸桿菌和谷氨酸棒狀桿菌中的可行性。本研究為氨基酸高產菌株的篩選提供了新系統，理論上可用于任何一種天然氨基酸高產菌株的篩選，同時也為氨基酸高產機制的發現提供了新思路，可用于氨基酸發酵生產中優良菌株的構建，進而推動氨基酸市場的增長，促進氨基酸在飼料、食品、醫藥等民生領域的應用。
目前，微生物細胞工廠的遺傳改造已經基本完成，正在進一步的改造。發酵生產的濃度、產率和速率都達到國際先進水平。進一步的提高正在研究進行中。
北京理工大學
2023-05-10
飼料用氨基酸的高效微生物制造
全球氨基酸市場需求增長勢頭強勁，年均增長5.6%以上。2017年，全球年產量已達850萬噸，總銷售額超百億美元。目前，氨基酸的生產主要有三種方法，包括微生物發酵法、化學合成法和酶法水解法等。其中，微生物發酵法因其產能高、成本低等優勢，作為最主要的方法，生產了全球總產量85%以上的氨基酸。為應對不斷升級的市場需求，氨基酸發酵企業亟需提高發酵產量和拓展氨基酸品種，而關鍵在于獲得氨基酸高產菌株。現有的氨基酸高產菌株篩選方法如氨基酸類似物篩選法，存在毒性高、陽性率低及種類受限等問題，無法滿足篩選需求。因此，開發全新的氨基酸高產菌株篩選方法具有十分重要的科學意義和應用價值。
項目組通過增加序列中稀有密碼子的數量來提高蛋白翻譯所需氨基酸濃度的“門檻值”，利用必需基因和顏色蛋白編碼基因，建立了氨基酸高產菌株的選擇和篩選體系，并證明了該方法在大腸桿菌和谷氨酸棒狀桿菌中的可行性。本研究為氨基酸高產菌株的篩選提供了新系統，理論上可用于任何一種天然氨基酸高產菌株的篩選，同時也為氨基酸高產機制的發現提供了新思路，可用于氨基酸發酵生產中優良菌株的構建，進而推動氨基酸市場的增長，促進氨基酸在飼料、食品、醫藥等民生領域的應用。
目前，微生物細胞工廠的遺傳改造已經基本完成，正在進一步的改造。發酵生產的濃度、產率和速率都達到國際先進水平。進一步的提高正在研究進行中。
北京理工大學
2022-04-18