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本發(fā)明達(dá)到的技術(shù)效果為工程化釀酒酵母菌可實(shí)現(xiàn)無需添加異源前體物或底物僅通過培養(yǎng)微生物即可從頭合成高效人參皂苷Ro、竹節(jié)參皂苷Ⅳa、姜狀三七苷R1等三種齊墩果烷型稀有人參皂苷以及金盞花苷E。 一、項(xiàng)目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、技術(shù)分析 人參皂苷Ro 是人參的主要活性成分之一，具有多種藥理、生理活性,在人參中含量較低（約0.4%），無法滿足日益增長的市場需求，而利用微生物從頭合成人參皂苷Ro則可以有效解決該問題，顛覆傳統(tǒng)的獲取方式，然而合成途徑未知，目前尚未有利用微生物從頭合成的報(bào)道。 本發(fā)明技術(shù)方案：1.通過生物信息學(xué)分析，對現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫中的多種植物基因組、轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比對，初步篩選候選基因，再結(jié)合前期經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)通過進(jìn)化樹分析、同源建模、分子對接、保守序列分析等手段，確定最終的候選基因；2.通過酶工程等手段，對候選基因進(jìn)行重組表達(dá)、體外酶活驗(yàn)證、底物譜驗(yàn)證等，挑選最合適的酶；3.通過合成生物學(xué)、代謝工程、分子生物學(xué)相關(guān)技術(shù)手段，對相關(guān)酶進(jìn)行質(zhì)粒構(gòu)建、底盤宿主代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控、異源途徑整合，最終成功構(gòu)建人參皂苷Ro微生物細(xì)胞工廠。 本發(fā)明解決了人參皂苷Ro天然代謝途徑未知、異源途徑與底盤宿主適配性、已報(bào)道相關(guān)酶活性低等關(guān)鍵技術(shù)問題。本發(fā)明達(dá)到的技術(shù)效果為工程化釀酒酵母菌可實(shí)現(xiàn)無需添加異源前體物或底物僅通過培養(yǎng)微生物即可從頭合成高效人參皂苷Ro、竹節(jié)參皂苷Ⅳa、姜狀三七苷R1等三種齊墩果烷型稀有人參皂苷以及金盞花苷E。 本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)包括：1.通過基因挖掘手段獲得的關(guān)鍵酶性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于已報(bào)道的酶；2.通過基因挖掘手段獲得的多個關(guān)鍵酶，實(shí)現(xiàn)了人參皂苷Ro的合成途徑構(gòu)建；3.首次實(shí)現(xiàn)了利用微生物從頭合成人參皂苷Ro、竹節(jié)參皂苷Ⅳa、姜狀三七苷R1等三種齊墩果烷型稀有人參皂苷以及金盞花苷E。 齊墩果烷型稀有人參皂苷，由于其豐富且具備一定特殊性的藥理、生理活性，可作為現(xiàn)有人參皂苷市場的強(qiáng)力補(bǔ)充，應(yīng)用前景廣闊。而其天然含量極低，利用微生物對其進(jìn)行從頭合成可大大降低生產(chǎn)成本與產(chǎn)物分離純化難度，減少有機(jī)試劑用量，不依賴植物種植，周期更短，符合國家綠了環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的硬性要求，微生物綠色制造是當(dāng)前的政策導(dǎo)向也是發(fā)展的必然趨勢。

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美國DIGILENT是在全球FPGA、微處理器技術(shù)、便攜式傳感器模塊及虛擬儀器領(lǐng)域具備頂尖設(shè)計(jì)、制造水平的公司。從2000年成立以來，為全球70多個國家、2000多所科研機(jī)構(gòu)及高等院校提供工程電類科研與教學(xué)相關(guān)平臺及解決方案。在工業(yè)領(lǐng)域，DIGILENT為上游的半導(dǎo)體廠商提供高端專業(yè)的OEM服務(wù)，其客戶包括“Xilinx賽靈思”、“TI德州儀器”、“Microchip微芯”、“ADI亞德諾”、“Cypress賽普拉斯”等龍頭企業(yè)。一直以來，DIGILENT借助頂尖半導(dǎo)體行業(yè)圈的核心科技致力于將半導(dǎo)體圈工業(yè)科技以最高效的方式提供給每一個人。 迪芝倫信息技術(shù)（上海）有限公司為美國DIGILENT公司在中國的分公司。DIGILENT在美洲、歐洲及亞洲設(shè)有分公司及研發(fā)中心，并在全球5大洲建有大規(guī)模的分銷與合作伙伴網(wǎng)絡(luò)。在大中華區(qū)，DIGILENT中國公司地處上海張江高科技園區(qū)，集銷售、市場、運(yùn)營、技術(shù)支持、后勤等多部門于一體，致力于為蓬勃發(fā)展的中國本土企業(yè)、高等中等院校以及廣大工程技術(shù)愛好者/創(chuàng)客，提供符合本土需求的FPGA、開源微處理器、模塊化傳感器、高性價(jià)比虛擬儀器等平臺與解決方案。

葡萄糖二酸是一種重要的化合物，在醫(yī)療和工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。目前生產(chǎn)葡萄糖二酸的方法主要以化學(xué)法-葡萄糖化學(xué)氧化法為主，但該方法具有選擇性低、成本高、得率低、要高溫及產(chǎn)生大量氧化反應(yīng)副產(chǎn)物不利于后續(xù)葡萄糖二酸的分離等局限性。目前生物法合成葡萄糖二酸主要是在大腸桿菌中進(jìn)行的，但在大腸桿菌中異源合成葡萄糖二酸被許多因素限制。釀酒酵母因具有耐酸能力強(qiáng)、耐低溫、可低 pH 發(fā)酵、沒有噬菌體感染、適合大規(guī)模發(fā)酵、易分離和高抗逆性等特點(diǎn)，已被廣泛用于產(chǎn)有機(jī)酸的研究，因此釀酒酵母比大腸桿菌更適合葡萄糖二酸的生產(chǎn)并具有更高的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。利用釀酒酵母合成葡糖二酸具有很好的應(yīng)用前景。 創(chuàng)新要點(diǎn) 1) 以釀酒酵母 BY4741 為出發(fā)菌株，將擬南芥的肌醇加氧酶 MIOX4 和丁香假單胞菌的 UDH 基因在 delta 重復(fù)序位點(diǎn)高效表達(dá)，敲除轉(zhuǎn)錄抑制因子OPI1 獲得工程菌 Bga-3，該菌株在分批補(bǔ)料發(fā)酵條件下能夠產(chǎn) 6 g/L 的葡萄糖二酸，為目前報(bào)道的最高值； 2) 通過提高工程菌的轉(zhuǎn)運(yùn)胞外肌醇的能力和工程菌自身合成肌醇的能力，解決提高葡萄糖二酸產(chǎn)量的關(guān)鍵問題； 3) 進(jìn)一步協(xié)調(diào)肌醇用于細(xì)胞自身代謝活動和葡萄糖二酸合成之間的分配關(guān)系，并通過提高葡萄糖二酸合成途徑效率和發(fā)酵優(yōu)化，提高肌醇利用率和葡萄糖二酸合成的產(chǎn)量。 

機(jī)體內(nèi)無機(jī)元素的代謝紊亂是糖尿病發(fā)病原因之一，因?yàn)橐葝u素抵抗而形成大量的Ⅱ型糖尿病。研究證明，鉻和釩元素可以提高靶組織對胰島素的敏感性因此補(bǔ)鉻補(bǔ)釩是提高胰島素利用率，降低胰島素抵抗的有效途徑之一，同時(shí)可以緩解由于胰島素抵抗而引起的眾多糖尿病并發(fā)癥。以酵母菌為載體提供的有機(jī)鉻和有機(jī)釩，有利于人和動物體的吸收利用，減少應(yīng)激性，而且在加工和儲存中更為穩(wěn)定。因此是安全高效的鉻釩元素補(bǔ)充形式。本項(xiàng)目提供鉻釩酵母的生產(chǎn)和鉻釩酵母相關(guān)食品飲料的制造技術(shù)。

可以量產(chǎn)/n針對當(dāng)前工業(yè)發(fā)展對脂肪酶的大量需求與脂肪酶實(shí)際表達(dá)水平較低的技術(shù)瓶頸，突破了脂肪酶超高效表達(dá)技術(shù)關(guān)鍵，建立了真菌脂肪酶高效表達(dá)技術(shù)平臺，構(gòu)建的解酯耶氏酵母脂肪酶Lip2基因工程菌10L發(fā)酵，酶活力可達(dá)6,5000 U/ml以上，比國際報(bào)道的最高值提高4倍以上，具有極強(qiáng)的國際競爭力。產(chǎn)品可用于油脂水解、轉(zhuǎn)酯、食品加工、烘焙、生物柴油制備、飼料添加劑、再生紙脫墨等廣泛用途。建設(shè)其發(fā)酵生產(chǎn)線預(yù)計(jì)需要800-1000萬元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。解酯耶氏酵母脂肪酶Lip2可用于油脂水解、轉(zhuǎn)酯、食品加工、烘