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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，如強吸水保濕性能，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同時亦具有優良的生物可降解性和生物相容性，對環境無污染，對人體無毒害，用作醫藥、生物醫用材料、化妝品、食品和環保等領域有明顯優點。本實驗室篩選得到一株γ-PGA高產菌株（已獲專利授權：γ-聚谷氨酸及其鹽的制備方法，CN0112787.2），并對合成工藝條件進行了優化；采用提純新工藝，降低了生產成本，提高了產品質量。同時，還開展了γ-PGA吸水材料的制備、綠色水處理劑、肥料增效等領域的應用研究。本項目已申請4項國家發明專利。

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已被廣泛應用于食品，化妝品，醫藥，材料等領 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 產量，項目組采用無痕 基因編輯技術對菌株進行了代謝工程改造。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 是項目組從發酵食品中分離得到，它能 夠從蔗糖出發合成 γ-PGA。利用模塊化通路改造策略對 γ-PGA 合成 相關的八個代謝通路進行改造包括：γ-PGA 降解相關途徑；細胞呼吸 鏈；胞外蛋白及胞外蛋白酶合成途徑；細菌多糖合成途徑；次級小分 子代謝產物合成途徑；細胞自誘導因子合成途徑；谷氨酸合成途徑以 及 γ-PGA 合成途徑。最終整合獲得的最優基因工程菌株 NK-anti-rocG （敲除了 epsA-O 操縱子（負責胞外多糖合成），sac 操縱子（負責果 聚糖合成），lps（脂多糖合成相關），pta（乙酸合成相關），pgdS（γ-PGA 降解酶），cwlO（細胞壁水解酶），luxS（AI-2 合成）以及表達 anti-rocG sRNA（抑制谷氨酸脫氫酶表達））γ-PGA 搖瓶發酵產量從 3.8 g/L 提高到 11.04 g/L，較對照菌株提高了 2.91 倍。γ-PGA 產物純度也 從 78.6%提高到 95.2%。5-L 罐補料分批發酵實驗得到 NK-anti-rocG 菌株產量可達 20.3 g/L。分子量 450,000 Dal，純度 95%以上。 項目特色： 1. 菌種（Bacillus amyloliquefaciens）LL3 是谷氨酸非依賴型 γ-聚谷 氨酸合成菌株；發酵生產主要原料為蔗糖； 2. 補料分批發酵產量為：20.3 g/L。 3. 授權專利號為：ZL200810053900.7 市場應用前景： 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已被廣泛應用于食品，化妝品，醫藥，材料等領 域。本項目采用谷氨酸非依賴型 γ-聚谷氨酸合成菌做為發酵菌種，以 蔗糖為原料發酵法生產 γ-聚谷氨酸，可產生巨大的經濟效益和社會效 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特的物理、化學和生物學特性如良好的水溶性，超強的吸附性，能徹底被生物降解，無毒無害，可食用等。在農業、食品、醫藥、化妝品，環保，合成纖維和涂膜等領域具有廣泛的應用前景，因此極具開發價值。 微生物絮凝劑是繼無機絮凝劑和有機絮凝劑之后出現的一種新型的、可自然降解的水處理劑，具有高效、無毒、無二次污染的特點。微生物絮凝劑是一類由微生物產生并分泌到細胞外具有絮凝活性的代謝產物，一般由多糖、蛋白質、DNA、纖維素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物質構成，分子中含有多種官能團，能使水中膠體懸浮物相互凝聚、沉淀。在傳統的絮凝劑中，無機絮凝劑投加量大，效果不佳，還會把大量金屬離子帶入最終產物中，對環境造成危害；有機合成高分子絮凝劑生物難降解，殘留單體有毒，會對環境造成二次污染。而微生物絮凝劑最突出的特點是具有生物降解性，而且高效、無毒、易降解、無二次污染且用途廣泛，是環境友好型絮凝劑，因而引起世界各國學者的廣泛關注和研究

中試階段/n成果簡介：目前，農業生產減肥增效、節能降耗、減少環境污染是人們關注的熱點。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10-30％，節肥10-20％，還可提高作物品質和作物抗病耐旱能力。華中農業大學農業微生物學國家重點實驗室率先在國際上開展了γ-PGA在農作物栽培中的應用，已申請γ-PGA發酵及γ-PGA在農業領域的應用等5項中國發明專利，其中獲得3項發明專利授權。三項相關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

微生物合成的γ-聚谷氨酸為均聚氨基酸化合物，分子量在100－1000kDa之間，相當于500－5000個左右的谷氨酸單體，具有優良的成膜性、成纖維性、阻氧性、可塑性、粘結性和極其強的吸水性，從而在高分子材料工程中具有增稠、乳化、凝膠、成膜、保溫、緩釋、助溶、粘結和強吸水等功能。作為一種生物材料，γ-PGA又具有生物可降解性好、可食、對人體和環境無毒害等優點，因而在食品、化妝品、醫藥、農業和水處理等領域具有廣泛的應用前景。南開大學專利技術：一種提高水溶性高聚物發酵產率的方法（公開號： CN1

本項目由細消型連續等電結晶、基于熱變性的菌體絮凝及谷氨酸二次蒸發結晶等關鍵技術組成，經過技術與裝備集成，形成了完整的“谷氨酸雙結晶綠色制造”技術。（1）谷氨酸提取收率≥94.0%，產品純度≥98.0%；（2）硫酸消耗降低54%，液氨消耗降低 100%；（3）菌體蛋白去除率從 80%提高到 99%以上；（4）生產性高濃度廢水減少 90%以上，無中低濃度廢水。 創新要點 從谷氨酸生產全局出發，綜合考慮原輔材料消耗、產品收率與質量、環境污染治理及廢棄物綜合利用等因素對生產成本的影響，從而形成整體最優的谷氨酸生產技術。 

谷氨酸棒桿菌(Corynebacterium glutamicum)被廣泛用于食品工業生產，是一種安全性很高的工業菌株；具有包括 Sec 和 Tat 分泌途徑在內完善的蛋白分泌系統；沒有類似于大腸桿菌(E. coli)所帶來的內毒素和宿主細胞蛋白污染等問題。這些顯著優點使它成為一種有吸引力的外源蛋白表達生產用的底盤細胞。目前國內生物醫藥領域主要依賴于 E.coli 表達體系生產醫藥蛋白，原創性外源蛋白表達體系的缺失，在知識產權方面將制約到我國生物醫藥產業的發展。該項成果有望為我國生物醫藥產業提供一個具有自主知識 產權的谷氨酸棒桿菌安全高效外源蛋白表達體系。

成果簡介： 肥料工業的發展對保障糧食安全具有重要作用，而化肥的超量使用引起了土壤板結、農產品污染等系列問題，因此開發高效、生態的肥料已成為必然趨勢。與現有肥料增效措施相比，聚谷氨酸是生物技術制備的，具有高效、生物可降解和環境友好等優點，是新一代的高效肥料增效劑。 本團隊針對目前肥料增效劑使用

成果簡介： L-賴氨酸L-谷氨酸鹽作為一種氨基酸復合鹽，與氨基酸衍生物不同，它同時具有兩種氨基酸的生物作用，甚至相互增強對方的生物作用，又比單體氨基酸的理化性質更優越，可以更好的應用在醫藥、食品和化妝品等方面。L-賴氨酸L-谷氨酸鹽可

研發階段/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酵產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型天然食品防腐劑。美國、日本、韓國正式批準ε-PLL作為天然食品添加劑。與化學防腐劑相比，ε-PLL具有安全性、高效性、營養保健性、天然化、用量少等特點。與國外一些發達國家批準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