《結合合成生物學和反應器技術的生物制氫研究》是依託上海交通大學，由鐘建江擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：結合合成生物學和反應器技術的生物制氫研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鐘建江
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
化石能源是人類當前的主要能源，然而其在地球上的儲量有限且不可再生，發展潔淨、可再生的能源是各國均關注的一個熱點話題。合成生物學是將科學與工程結合起來的新興學科，用於設計製造新型生物功能和系統，目前被套用到包括製藥、材料等諸多領域。合成生物學在能源領域的套用引人關注，它所創立的人工合成體系可將可再生的生物質能高效轉化、生產多種我們所需要的新型生物燃料。基於已報導的人工酶耦合體系進行生物制氫的途徑仍有兩個主要的技術障礙：（1）相對較低的反應速率；（2）反應起始底物、酶及輔因子的高成本。本課題將對人工酶耦合體系制氫途徑進行重新設計並對途徑中的基本元件進行挖掘，構建體外多酶耦合體系作為最基本的功能模組，並結合反應器技術，在實驗室規模反應器中探索實施該反應體系，並在人造功能器件的幫助下進行最佳化組裝，提高生物制氫的工作效率。相關技術和思路也可為採用該技術進行其他能源產品和化學品及醫藥品的高效製造提供借鑑。
結題摘要
化石能源是人類當前的主要能源，然而其在地球上的儲量有限且不可再生，發展潔淨、可再生的能源是各國均關注的一個熱點話題。合成生物學是將科學與工程結合起來的新興學科，用於設計製造新型生物功能和系統，目前被套用到包括製藥、材料等諸多領域。合成生物學在能源領域的套用引人關注，它所創立的人工合成體系可將可再生的生物質能高效轉化、生產多種我們所需要的新型生物燃料。基於已報導的人工酶耦合體系進行生物制氫的途徑仍有主要技術障礙：相對較低的反應速率，反應起始底物、酶及輔因子的高成本。本課題設計了從半纖維素到生物氫氣生產的合成途徑，其中涉及到13種酶，重點構建和表征了其中三個重要的酶元件，即，木酮糖激酶，轉酮酶，轉醛酶。這三個酶的獲得及它們的優異的耐熱性能使得它們在無細胞生物制氫及其他無細胞合成重要的生物化學品和能源產品等方面具有重要套用潛力。通過元件挖掘、製備條件最佳化等，通過合作研究，實現了體外生物制氫過程。 將合成生物學技術與反應器技術的結合這一思路套用於高附加值的藥物中間體的製備，包括7-磷酸景天庚酮糖、2表5表有效醇酮，驗證了設計思路，初步獲得了目標產物。 同時，考慮生物能源套用的多樣性和現實需求，從生物制氫拓展到燃料乙醇的製備，開展了從木質纖維素到生物乙醇的研究，利用本實驗室篩選獲得的一株畢赤酵母菌，取得了利用玉米芯水解液直接高效率產乙醇的良好結果。 進一步套用體內合成生物學的概念，人工設計了已二酸的生物合成途徑，並獲得了實驗驗證。 上述工作表明，合成生物學與生物反應器工程相結合，可對重要生物化學品、能源產品、藥物前提等製備具有良好的套用潛力；當然，面向工業套用，尚有待開展更多的深入的研發工作。我們期待本項目的相關技術和思路也可為採用該技術進行其他能源產品和化學品及醫藥品的高效製造提供借鑑。
