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手性氨基酸作為最重要的原料和中間體，市場(chǎng)規(guī)模也越來(lái)越大。本項(xiàng)目研發(fā)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(jié)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(xué)異構(gòu)體，是一種非天然氨基酸。主要應(yīng)用于手性藥物、手性添加劑和手性助劑等領(lǐng)域，在制藥行業(yè)作為手性合成的手性源，主要用于生產(chǎn)新型光譜抗生素、D-蘇氨醇和多肽合成過(guò)程的蘇氨酸保護(hù)劑。L-天冬酰胺是常見(jiàn)的 20 種氨基酸之一，在食品、醫(yī)藥、化工合成、微生物培養(yǎng)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。L-天冬酰胺可以作為添加劑用于清涼飲料,同時(shí)在腫瘤治療及蛋白質(zhì)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(dǎo)阻滯、疲勞癥等。此外，L-天冬酰胺也是微生物培養(yǎng)和動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)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(duì)稱合成中作為誘導(dǎo)不對(duì)稱的模板。隨著不對(duì)稱合成的發(fā)展, 叔亮氨酸的應(yīng)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(gòu)象, 增加多肽的疏水性和受酶降解的穩(wěn)定性, 因此在藥物和生物應(yīng)用中正迅速地發(fā)展, 用于抗癌、抗艾滋病等藥物和生物抑制劑及肽等。

L-甲硫氨酸廣泛應(yīng)用于飼料業(yè)，是家禽飼料中首選的限制性氨基酸。L-甲硫氨酸是強(qiáng)肝解毒劑、促進(jìn)發(fā)育劑，當(dāng)缺乏時(shí)會(huì)引起食欲減退。甲硫氨酸廣泛應(yīng)用于營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充與畜產(chǎn)飼料，由于甲硫氨酸容易被雞吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)殡u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(zhǎng)健全。L-甲硫氨酸合成方法主要為化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法兩種。因化學(xué)合成法會(huì)產(chǎn)生大量有害物質(zhì)，微生物發(fā)酵法生產(chǎn)甲硫氨酸越來(lái)越受到關(guān)注。本實(shí)驗(yàn)室以谷氨酸棒狀桿菌為出發(fā)菌株，通過(guò)代謝工程技術(shù)手段進(jìn)行基因敲除和敲入，以達(dá) 到“開(kāi)源節(jié)流”，即增強(qiáng) 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(chǎn)率，目前中間菌株產(chǎn)率已達(dá) 21 mmol/L，具有重要的應(yīng)用前景。 

L-蘇氨酸在食品、飼料、醫(yī)藥和化妝品等領(lǐng)域的用量呈長(zhǎng)期穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)，尤其在飼料添加劑中增長(zhǎng)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(dòng)物氨的排放，還能提高家禽的生產(chǎn)性能。而在醫(yī)藥領(lǐng)域，L-蘇氨酸除了用于氨基酸輸液之外，隨著人類保健意 識(shí)的提高，各類氨基酸保健飲品涌現(xiàn)市場(chǎng)，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(fā)展最迅速的氨基酸。因此 L-蘇氨酸產(chǎn)業(yè)迫切需要提高產(chǎn)量，降低成本，以滿足市場(chǎng)需求。本實(shí)驗(yàn)室以谷氨酸棒狀桿菌為出發(fā)菌株，通過(guò)代謝工程技術(shù)手段進(jìn)行基因敲除和敲入，對(duì)關(guān)鍵基因進(jìn)行了測(cè)序、蛋白結(jié)構(gòu)解析及定向改造，以達(dá)到“開(kāi)源節(jié)流”，即增強(qiáng) 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(chǎn)率近 20 倍，具有較好的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)發(fā)酵食品加工過(guò)程中生成的胺(氨)類物質(zhì)，如氨基甲酸乙酯（EC）、生物胺類等是影響發(fā)酵食品安全的重要因素。本成果在國(guó)內(nèi)外率先進(jìn)行了微生物干預(yù)減少發(fā)酵食品中 EC 及其前體的系統(tǒng)研發(fā)。主要技術(shù)內(nèi)容包括： (1) 揭示了醬油發(fā)酵過(guò)程 EC 前體形成的微生物物質(zhì)代謝機(jī)制； (2) 采用高通量篩選方法獲得可在醬油發(fā)酵過(guò)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(yè)規(guī)模將醬油中 EC 含量降至低于 20 ppb，且對(duì)醬油主要理化指標(biāo)和風(fēng)味物質(zhì)未產(chǎn)生影響。本成果已獲授權(quán)核心發(fā)明專利 11 項(xiàng)，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(yù)控制醬油中氨(胺)類有害物的專利群，發(fā)表論文 29 篇。 本技術(shù)對(duì)于解決基于混菌發(fā)酵過(guò)程的傳統(tǒng)發(fā)酵食品安全性的提升，具有普適性意 義和推廣前景；對(duì)于引領(lǐng)生物技術(shù)在傳統(tǒng)發(fā)酵食品中的應(yīng)用、提升傳統(tǒng)發(fā)酵食品生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)水平、實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品工業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和可持續(xù)發(fā)展，具有重大 的科學(xué)意義和工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。 

本發(fā)明公開(kāi)了一種海洋微生物原位富集裝置，包括：開(kāi)式培養(yǎng)艙、閉式培養(yǎng)艙、環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器。開(kāi)式培養(yǎng)艙包括開(kāi)式艙體和上蓋，上蓋能夠在驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)下垂直向上開(kāi)啟，以打開(kāi)開(kāi)式艙體；閉式培養(yǎng)艙包括閉式艙體，所述閉式艙體上設(shè)置有進(jìn)水口和出水口，閉式艙體內(nèi)設(shè)置有蠕動(dòng)泵，實(shí)現(xiàn)閉式艙體內(nèi)與外部海水交換；環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)置有三組，分別位于所述開(kāi)式培養(yǎng)艙內(nèi)、閉式培養(yǎng)艙內(nèi)以及外部環(huán)境中，用于檢測(cè)環(huán)境的PH值、溶解氧、濁度、甲烷等環(huán)境參數(shù)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在海洋原位對(duì)微生物進(jìn)行富集，使微生物富集過(guò)程中的環(huán)境與微生物生長(zhǎng)的環(huán)境相同，提高了微生物的生存適應(yīng)性，避免因環(huán)境的改變?cè)斐晌⑸锏乃劳龌蚧钚越档汀?

已有樣品/n首次實(shí)現(xiàn)利用葡萄糖為原料微生物高效合成紅景天苷，在30升發(fā)酵罐，發(fā)酵60h，紅景天苷產(chǎn)量可達(dá)10克/升，已初步建立了提取工藝。與化學(xué)合成法相比，微生物合成紅景天苷具有反應(yīng)條件溫和、目標(biāo)產(chǎn)物可以發(fā)酵大量生產(chǎn)的特點(diǎn)，紅景天苷主要存在于發(fā)酵液中，提取工藝簡(jiǎn)單。紅景天苷微生物合成技術(shù)，與傳統(tǒng)生產(chǎn)方法相比，降低了生產(chǎn)成本和環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，具有很好的應(yīng)用前景。從植物中提取的紅景天苷成本3萬(wàn)元/公斤，化學(xué)合成紅景天苷成本1萬(wàn)元/公斤。以目前的發(fā)酵水平10克/升計(jì)算，研究所技術(shù)生產(chǎn)的紅景天苷預(yù)

全球氨基酸市場(chǎng)需求增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁，年均增長(zhǎng)5.6%以上。2017年，全球年產(chǎn)量已達(dá)850萬(wàn)噸，總銷售額超百億美元。目前，氨基酸的生產(chǎn)主要有三種方法，包括微生物發(fā)酵法、化學(xué)合成法和酶法水解法等。其中，微生物發(fā)酵法因其產(chǎn)能高、成本低等優(yōu)勢(shì)，作為最主要的方法，生產(chǎn)了全球總產(chǎn)量85%以上的氨基酸。為應(yīng)對(duì)不斷升級(jí)的市場(chǎng)需求，氨基酸發(fā)酵企業(yè)亟需提高發(fā)酵產(chǎn)量和拓展氨基酸品種，而關(guān)鍵在于獲得氨基酸高產(chǎn)菌株?，F(xiàn)有的氨基酸高產(chǎn)菌株篩選方法如氨基酸類似物篩選法，存在毒性高、陽(yáng)性率低及種類受限等問(wèn)題，無(wú)法滿足篩選需求。因此，開(kāi)發(fā)全新的氨基酸高產(chǎn)菌株篩選方法具有十分重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。 項(xiàng)目組通過(guò)增加序列中稀有密碼子的數(shù)量來(lái)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(chǎn)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(chǎn)菌株的篩選提供了新系統(tǒng)，理論上可用于任何一種天然氨基酸高產(chǎn)菌株的篩選，同時(shí)也為氨基酸高產(chǎn)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)提供了新思路，可用于氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)中優(yōu)良菌株的構(gòu)建，進(jìn)而推動(dòng)氨基酸市場(chǎng)的增長(zhǎng)，促進(jìn)氨基酸在飼料、食品、醫(yī)藥等民生領(lǐng)域的應(yīng)用。 目前，微生物細(xì)胞工廠的遺傳改造已經(jīng)基本完成，正在進(jìn)一步的改造。發(fā)酵生產(chǎn)的濃度、產(chǎn)率和速率都達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。進(jìn)一步的提高正在研究進(jìn)行中。

全球氨基酸市場(chǎng)需求增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁，年均增長(zhǎng)5.6%以上。2017年，全球年產(chǎn)量已達(dá)850萬(wàn)噸，總銷售額超百億美元。目前，氨基酸的生產(chǎn)主要有三種方法，包括微生物發(fā)酵法、化學(xué)合成法和酶法水解法等。其中，微生物發(fā)酵法因其產(chǎn)能高、成本低等優(yōu)勢(shì)，作為最主要的方法，生產(chǎn)了全球總產(chǎn)量85%以上的氨基酸。為應(yīng)對(duì)不斷升級(jí)的市場(chǎng)需求，氨基酸發(fā)酵企業(yè)亟需提高發(fā)酵產(chǎn)量和拓展氨基酸品種，而關(guān)鍵在于獲得氨基酸高產(chǎn)菌株?，F(xiàn)有的氨基酸高產(chǎn)菌株篩選方法如氨基酸類似物篩選法，存在毒性高、陽(yáng)性率低及種類受限等問(wèn)題，無(wú)法滿足篩選需求。因此，開(kāi)發(fā)全新的氨基酸高產(chǎn)菌株篩選方法具有十分重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。 項(xiàng)目組通過(guò)增加序列中稀有密碼子的數(shù)量來(lái)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(chǎn)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(chǎn)菌株的篩選提供了新系統(tǒng)，理論上可用于任何一種天然氨基酸高產(chǎn)菌株的篩選，同時(shí)也為氨基酸高產(chǎn)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)提供了新思路，可用于氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)中優(yōu)良菌株的構(gòu)建，進(jìn)而推動(dòng)氨基酸市場(chǎng)的增長(zhǎng)，促進(jìn)氨基酸在飼料、食品、醫(yī)藥等民生領(lǐng)域的應(yīng)用。 目前，微生物細(xì)胞工廠的遺傳改造已經(jīng)基本完成，正在進(jìn)一步的改造。發(fā)酵生產(chǎn)的濃度、產(chǎn)率和速率都達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。進(jìn)一步的提高正在研究進(jìn)行中。

一、成果簡(jiǎn)介 α-酮戊二酸又稱α-膠酮酸（２-氧代戊二酸或α-羰基戊二酸），是三羧酸循環(huán)（TCA）中重要的 中間產(chǎn)物。α-酮戊二酸在生物體內(nèi)參與氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素的合成以及能量代謝，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、有機(jī)合成、化妝品、飼料等行業(yè)。在食品領(lǐng)域，α-酮戊二酸與精氨酸等氨基酸復(fù)配， 能快速幫助運(yùn)動(dòng)員補(bǔ)充能量，可用于開(kāi)發(fā)功能飲料。在醫(yī)藥行業(yè)，服用α-酮戊二酸能減輕腎病患者 

系統(tǒng)開(kāi)展了單增李斯特菌、腸炎沙門氏菌、蠟樣芽胞桿菌、氣單胞菌等食源性致病菌的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，完善了肉類中致病菌的定量暴露評(píng)估研究體系，開(kāi)展了冷卻豬肉中氣單胞菌暴露評(píng)估的不確定性和變異性比較，明確了陰性樣品中致病菌分布對(duì)微生物定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的影響，完善了致病菌不同劑量效應(yīng)模型的構(gòu)建及優(yōu)化，完善了食源性致病菌之一的單增李斯特菌的競(jìng)爭(zhēng)建模、定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及風(fēng)險(xiǎn)管理等?；谝陨祥_(kāi)發(fā)整合設(shè)計(jì)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的食品安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警軟件，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“食品安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警軟件”，進(jìn)一步以微軟 Excel 的加