《高产1,3-二羟基丙酮重组基因工程菌的构建及推广应用》

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1、项目基本情况:项目属于生物医药技术领域,系国际最前沿的重组基因工程菌合成目标精细化学品创制技术范畴。通过多学科多技术的综合应用,利用基因重组和质粒再造等技术,以克雷伯杆菌基因组DNA为模板,运用PCR 扩增到甘油脱氢酶的基因,获得重组基因,并在大肠杆菌中成功表达,构建甘油脱氢合成1,3-二羟基丙酮的工程菌,经发酵和过滤、有机溶剂萃取及组合溶剂重结晶等获得产品1,3-二羟基丙酮。填补了国内基因工程菌法的空白,其综合技术达到国际先进水平。该研究攻克了该类产品生产技术、产品质量成本和环境保护三大难题。来源于安徽省重大产业技术开发项目。共申请中国发明专利11项,已授权7项,并成功实现推广应用1,3-二羟基丙酮、3-羟基丙酸和丁二酸等产品的产业化。2、主要研究内容:以克雷伯杆菌基因组DNA为模板,运用PCR扩增到编码甘油脱氢酶(GDH)的基因(gldA),获得重组基因,并克隆到大肠杆菌表达载体PET28a上,并采用超分子自组装模板法固定化,在含有甘油的培养基中发酵合成1,3-二羟基丙酮,通过过滤、有机溶剂萃取和组合溶剂重结晶等获得产品1,3-二羟基丙酮,并推广应用:(1)设计和创制重组基因:设计基因重组的工艺技术路线,研究实现的技术条件,并对重组基因测序、鉴定和标识,通过发酵验证重组的有效性和进行优化改进;(2)工程菌的构建:将重组基因克隆到大肠杆菌,获得成功表达,并固定化,构建高产1,3-二羟基丙酮等的工程菌;(3)发酵:设计高效的发酵路线和实现的条件,包括培养基的组成、发酵工艺技术参数和适宜的设备条件等;(4)发酵液的后处理和产品提纯:通过过滤发酵液、有机溶剂萃取和组合溶剂重结晶等获得产品1,3-二羟基丙酮等。3、项目的成果特点:(1)成果具有国际学术的前沿特性:重组基因工程菌法合成高端精细化学品的研究,属于国际前沿热点研究课题,代表了微生物合成法未来发展的主流方向,在我国的应用研究才刚起步,研究成果填补了国内合成路线和产品的空白。(2)突破性的技术具有前瞻性和实用性:通过重组基因工程菌的构建和发酵的工艺路线,解决了该类产品的合成难题;通过发酵液分离、萃取和组合溶剂重结晶提纯等方法,解决产品分离提纯等难题。(3)研究成果具有了可推广性:能应用于医农药、生物化工、功能性材料和其它精细化工等行业,促进形成庞大的经济技术产业链,带来巨大的经济和社会效益。4、技术经济指标:公司于2011年6月,投资5563万元,建成年产500吨1,3-二羟基丙酮产业化装置,截止到2013年底,累计实现销售24306万元,缴税3359万元,净利润5039万元。该成果成功推广:徐州瑞赛科技实业有限公司200t/a 3-羟基丙酸,累计实现销售10640万元,缴税1110万元,净利润1603万元;徐州恒源生物工程有限公司500t/a丁二酸,累计实现销售收入12649万元,缴税1300万元,净利润1944万元。该成果总计实现销售47595万元,缴税5769万元,净利润8586万元。5、推广应用情况:①项目的研究成果得到了推广应用,在本公司成功完成500t/a 1,3-二羟基丙酮产业化装置,将于2015年扩大产能到1000t/a产业化装置; ②项目成果已成功推广另外2个产品的产业化:徐州瑞赛科技实业有限公司200t/a 3-羟基丙酸和徐州恒源生物工程有限公司500t/a丁二酸。目前,正在计划向其它产品和行业推广应用;③1,3-二羟基丙酮处于相关产业链的重要位置,可以促进基础生物基原料、医药原料、农药、化妆品、多功能添加剂等快速发展,形成庞大高新技术产品群和巨大经济产业链。

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