地区：上海市 宝山区
关键词：上海交通大学;湖北工业大学;华东理工大学;上海应用技术学院
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000004566
成果描述：
| 该项目属于发酵工程学科。次生代谢产物对人类健康有重大意义，其发酵过程是典型生态友好绿色加工过程，开展其发酵工程基础理论研究具重要科学价值。该项目以灵芝、三七、红豆杉等的细胞发酵过程为对象，针对其次生代谢物含量低、细胞生长慢、不耐剪切力等制约发酵过程生产效率的瓶颈，围绕次生代谢发酵过程调控的若干关键科学问题，运用生物化学和化学工程的理论和方法，开展了历时19年、系统深入的科学研究，取得了如下重要科学发现：1)创建了先搅拌-后静置的动静耦合发酵模式，突破了传统发酵工程概念。发现了先搅拌-后静置发酵促进次生代谢物积累的规律，由此建立了巧妙抑制细胞呼吸强度、把碳源有效转化为生物量和次生代谢产物的理论方法，超越了液体发酵持续搅拌或固态静置发酵等发酵工程传统方法；并揭示了该动静耦合发酵过程中钙信号参与调控具抗肿瘤活性的次生代谢物-灵芝酸的生物合成，阐明了其调控的分子机制。2)率先提出了细胞生长和次生代谢物合成的双重强化方法。发现细胞生长和次生代谢物合成对营养和发酵条件需求不一致的规律，建立了营养物质流加和多阶段培养方法；创制了强化次生代谢的茉莉酮酸类信号物质，揭示了细胞次生代谢对诱导子响应机制及时效性规律，建立了间歇刺激强化方法。细胞生长和次生代谢的双重强化提高了生产率，成为次生代谢发酵定向调控的新途径。3)建立了一套定制式研发生物反应器及其发酵过程放大的理论和方法。为高等真菌和植物细胞发酵过程的反应器规模调控，创制了多层平板式静置反应器和离心式搅拌桨反应器，揭示了发酵过程放大规律，建立了其反应器规模的次生代谢发酵过程调控示范，突破了制约发酵过程生产效率的瓶颈。以上工作构建了高等真菌和植物细胞反应器规模发酵过程的一整套调控理论方法，被同行广泛采用和正面评价，如，动静耦合发酵模式、新颖信号物质和离心式搅拌桨反应器被境外多个实验室所采用；新颖信号物质被美国ML Shuler院士评价为“像茉莉酮酸2-羟基乙酯这些人工合成的茉莉酮酸酯衍生物会对今后研究具有重要意义”，离心式搅拌桨反应器获美国和日本等国院士高度评价：“创新性的反应器设计”、“这一新颖反应器…具巨大应用潜力”。8篇代表性论著和20篇主要论著，分别被Nat Chem Biol, Nat Prod Rep等SCI他引453次和1005次。获发明专利授权6项。该项目为次生代谢发酵工程提供重要理论指导，为高等真菌和植物细胞发酵生产次生代谢物起引领作用，为工业应用奠定了重要理论基础。 |
