地区：上海市 宝山区
关键词：广西科学院
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000001989
成果描述：
| 课题的来源与背景：课题来源：该课题来源于国家自然基金项目“利用木糖发酵产乙醇的酵母菌种研究（31160023）”。课题背景：纤维素是地球上最丰富的生物质资源，纤维素水解液中木糖的含量仅次于葡萄糖，促进木糖向乙醇转化是降低纤维素乙醇的重要环节。酿酒酵母是工业上生产乙醇的优良菌株，但不能发酵木糖产生酒精。异源表达细菌木糖异构酶使其具有代谢木糖产生酒精的能力，由于木糖异构酶的温度不适应性和催化效率不高及而易受副产物抑制等，酵母菌在发酵过程中存在糖醇转化效率不高；野生酵母菌还存在不耐受水解液抑制因子的问题。需要选育耐受性强、产量高的利用木糖发酵的酿酒酵母工程菌，而国内该方面研究较少。技术原理及性能指标：技术原理：该课题从非理性和理性两个方面着手对木糖异构酶进行分子改造，重点解决温度和底物的广谱适应性，研究其适应机理，使其符合人工环境变化的需要；采用驯化、比较基因组学、比较蛋白组学、基因改造等方法改造酿酒酵母，选育、构建出能利用蔗渣酶解液为碳源快速发酵生产乙醇的酿酒酵母菌株。性能指标：获得表达产物在温度为50-60℃、pH值为4.0-6.5的条件下具有高活力的木糖异构酶；选育构建出利用木糖的酵母基因工程菌、适合蔗渣酶解液乙醇发酵的酿酒酵母菌株2～3株，使发酵醪液的乙醇含量5%以上，发酵时间小于72小时；发表论文4篇，其中3篇国内核心期刊，1篇国外期刊，申请专利1项。技术的创造性与先进性：利用穿梭质粒p426H7构建的重组载体转化酿酒酵母Y09，以木糖为唯一碳源筛选得到重组酿酒酵母Y09-xyl。运用随机突变技术对木糖异构酶进行分子改造，获得了底物亲和力提高0.9倍、酶活力提高1.8倍的突变酶。利用计算机软件计算pKa值和B-Factor值，选取187F、K341和V162三个位点进行定向进化累积突变，筛选得到了低温条件下的活性较野生酶提高了2.5倍突变酶。利用同源基因重组的研究策略，将能利用木糖产乙醇的毕赤酵母菌株K9与高抗性菌株MF1001的基因进行融合，获得遗传性状稳定的、高抗性工程菌株MK-1。构建酿酒酵母整合型质粒YPKR-xyl，将其转化酵母菌Y49和MK-1，整合至酵母菌的rDNA片段，获得能够利用木糖的重组菌Y49-xyl和MK-xyl。木糖利用实验结果显示，在有氧/厌氧条件下重组菌都能很好的利用木糖生长，并同时发酵木糖和葡萄糖产生乙醇。蔗渣纤维素水解糖液的乙醇发酵实验表明，发酵40h的乙醇浓度达到了7.20%（V/V），残留还原糖浓度为0.98%，发酵效率为理论值的91.84%，显示所构建的酿酒酵母菌株能够发酵蔗渣纤维素水解液中的葡萄糖和木糖为碳源快速发酵生产乙醇。在项目实施期，发表论文7篇，其中SCI论文3篇，国内核心期刊论文4篇。申请专利2项，获得授权1项。培养了2名博士生和2名硕士生。因此该项目处于国内领先水平。技术的成熟程度，适用范围和安全性：该项目的研究成果还处于实验室小试阶段，主要应用于纤维素原料发酵产乙醇，无安全问题。应用情况及存在的问题：主要存在近几年石油价格持续走低，以及淀粉质原料成本持续走高，导致生物质能源产品无法与石油基产品竞争，随着石油价格上涨，燃料乙醇会强势复苏，该项目产品将具有良好的经济效益和社会效益。经济和社会效益尚还不明显，历年获奖情况：该项目尚未获得相关奖项。 |
