傳統(tǒng)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)提升

乙醇。纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化的主要瓶頸之一是缺乏能同時(shí)代謝木糖和葡萄糖的酵母。中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心下屬上海工業(yè)生物技術(shù)研發(fā)中心，在諾維信公司和山東大學(xué)的協(xié)助下，在釀酒酵母中導(dǎo)入木糖異構(gòu)酶基因并經(jīng)馴化適配，實(shí)現(xiàn)了玉米秸稈和氣爆處理甘蔗渣的高速發(fā)酵能力。該木糖利用酵母已在美國等多個(gè)國家申請專利，并與國內(nèi)外多個(gè)纖維素乙醇項(xiàng)目簽署酵母供貨協(xié)議。2017?年利用該酵母生產(chǎn)?2?800?萬升纖維素酒精，估計(jì)占全球二代乙醇份額的一半以上。這一成果標(biāo)志著我國的酒精發(fā)酵酵母設(shè)計(jì)與構(gòu)建技術(shù)進(jìn)入國際先進(jìn)行列。

正丁醇。正丁醇是具有多種用途的大宗基礎(chǔ)化工原料，也是一種性能高于乙醇的優(yōu)質(zhì)燃料。以產(chǎn)溶劑梭菌為生產(chǎn)菌的生物法合成正丁醇曾經(jīng)是僅次于乙醇的世界第二大生物制造技術(shù)產(chǎn)業(yè)。中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心最早在國內(nèi)系統(tǒng)性地開展了梭菌正丁醇發(fā)酵研究。通過建立基因編輯的新工具，發(fā)現(xiàn)新的調(diào)控元件和機(jī)制，構(gòu)建高效普適的底盤，以及重構(gòu)新產(chǎn)物途徑等手段，構(gòu)建了新一代能利用多種非糧原料的工程菌株，拓展了梭菌發(fā)酵的底物譜（糖基碳源、木質(zhì)纖維素和氣體碳源），實(shí)現(xiàn)了更高的正丁醇合成能力，表現(xiàn)出優(yōu)良的耐毒和五、六碳糖共發(fā)酵能力。該團(tuán)隊(duì)近期實(shí)現(xiàn)了利用一碳?xì)怏w合成正丁醇的目標(biāo)，并已與企業(yè)開展技術(shù)合作，推進(jìn)新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。

賴氨酸。賴氨酸廣泛用于動(dòng)物飼料、醫(yī)藥健康、化工新材料等。我國是賴氨酸生產(chǎn)大國，2017?年產(chǎn)量達(dá)?157?萬?噸，占全球份額的?56.5%。作為傳統(tǒng)大宗發(fā)酵產(chǎn)品，其生產(chǎn)菌種經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的改造，發(fā)酵水平已經(jīng)很高，繼續(xù)提升難度非常大。但是，由于我國賴氨酸產(chǎn)業(yè)迫切需要升級換代，以提高經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)節(jié)能減排，增加國際競爭力，因此研發(fā)新一代賴氨酸發(fā)酵菌種已經(jīng)迫在眉睫。通過建立計(jì)算機(jī)菌種設(shè)計(jì)、關(guān)鍵酶理性設(shè)計(jì)、代謝途徑重構(gòu)、菌種智能進(jìn)化篩選等一整套核心菌種研發(fā)體系，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所成功開發(fā)新一代賴氨酸合成菌種，轉(zhuǎn)化率居世界領(lǐng)先地位，核心專利在中國、日本、美國等國已獲得授權(quán)。