关于我们

基础方法
微生物细胞工厂

(1)合成途径工程(理性设计)
    面向大肠杆菌、扭脱甲基杆菌等底盘微生物,理性设计、组装、平衡外源合成途径。本课题组关注的途径包括:色氨酸合成途径((双吲哚、紫色杆菌素、蝴蝶霉素等)、萜类合成途径(异戊二烯、倍半萜等)以及吲哚萜合成途径(文多灵、长春碱、长春新碱等)


(2)定向进化育种(非理性改造)
    非理性手段仍然是构建、改造细胞工厂的强有力工具。其核心在于通过非理性手段构建细胞工厂表型多样性库,进而通过高通量筛选、适应性进化等手段获取目的表型。本课题组致力于以下三个方面的工作:
1)多样性突变库构建:利用常压室温等离子体(ARTP)微生物诱变、生物非严谨复制等手段构建多样性表型库;
2)高通量筛选模型与设备:基于生物传感器(转录因子、核开关、转录回路)的高通量筛选模型,开发单细胞水平、单液滴水平微流控高通量筛选设备;
3)进化育种:以适应性进化理论为指导,构建目标表型进化回路,高效获取目的表型。

(3)系统生物学分析平台
    尽力比较基因组、转录组、蛋白组、代谢组分析平台,为细胞工厂的改造提供数据支撑。

特色工作:
(1)常压室温等离子体(ARTP)生物育种
(2)级联代谢酶空间靠近效应
(3)生物传感器


分子酶工程
(1)融合蛋白技术:以融合蛋白连接肽刚柔度为切入点,进行融合蛋白设计与构建研究,构建具有工业用途的多功能融合蛋白、高效辅酶再生融合系统。

(2)功能酶挖掘与分子改造:基于生物信息数据库/宏基因组挖掘功能酶基因,利用理性设计、定向进化等手段改造功能酶分子。

特色工作:
(1)融合肝素酶\硫酸软骨素酶
(2)耐热醇脱氢酶及其辅酶再生系统

    

应用体系
生物医药
(1)(超)低分子量肝素及肝素寡糖
(2)氨基酸衍生物:羟脯氨酸、茶氨酸、GMA、五羟色胺
(3)核苷衍生物:I+G、利巴韦林
(4)药物中间体(API)手性醇
产业化进展:
(1)肝素及低分子量肝素(合作企业:安徽科宝生物科技有限公司、贝奥美康)
(2)酶法合成I+G(合作企业:广东肇庆星湖生物科技有限公司)
(3)羟脯氨酸(合作企业:河北博伦特药业有限公司)

天然产物
(1)双吲哚:紫色杆菌素及其衍生物
(2)萜:倍半萜
(3)吲哚萜:长春碱、长春新碱
产业化进展:
    紫色杆菌素(合作企业:日本长濑株式会社、广东肇庆星湖生物科技有限公司)


生物基化学品与材料
(1)甲醇基异戊二烯(异戊橡胶)
(2)甲醇基烷烃(英国Sheffield大学合作研究)
(2)大宗氨基酸菌种诱变改造
产业化进展:
    氨基酸菌种诱变改造(合作企业:广东肇庆星湖生物科技有限公司)

低劣生物质高值化及污水净化
(1)生物氢烷
(2)生物肥料与基质
(3)分散式污水治理
产业化进展:
    低劣生物质高效转化生物氢烷(合作企业:神华集团低碳清洁能源研究所)
甲烷和氢气的混合燃料简称Hythane(氢烷)又名HCNG, 是将氢气与甲烷按一定比例混合而得到的代用气体燃料,它综合了氢气燃烧速率快、着火极限宽、可再生永久性能源的特点和甲烷体积热值高、储量丰富、排放低等优点。
    通过生物法生产甲烷和氢气混合气(生物氢烷),具有如下优势:
(1)能量回收率更高,以氢气和甲烷两步法生产生物燃气理论能量回收率达到99%上;
(2)分离耗能低,无需像液态生物燃料在产品分离纯化上投入大量能量;
(3)基于厌氧发酵的生物炼制技术适用于更广泛的生物质种类,特别是低品位生物质。
(4)发酵周期大大缩短,更适合规模化生产。
(5)生物氢烷相比单一的氢气或甲烷作为车用燃料在环保和效率方面都具有显著的优势。
     虽然生物氢烷已具有非常有希望的应用前景,农业秸秆等复杂废弃生物质制备生物氢烷的工艺和研究还处于早期,需要从国家和企业等多层次方面进行引导,科研院所则需要系统研究其中的问题,只有这样才能实现生物氢烷的健康发展。
     本课题组和神华集团清洁能源研究中心(NICE)于2011年开始合作,致力于实现低劣生物质高效转化生物氢烷这一全新概念(图1),并开发相应工艺及探索应用模式。


图1 废弃生物质两阶段发酵生产Biohythane的概念设计

目前所取得的阶段性成果如下:
(1)小试水平工艺开发:建立了实验室水平反应装置,打通工艺全流程,以废弃秸秆为原料,实现生物氢烷容积产气率:2.67m3/m3/d,能量收率:35-38%,低劣生物质转化率:135m3/ton TS。以上参数远高于现行沼气发酵产业数据(容积产气率:0.5~1m3/m3/d,能量收率:<20%)
(2)基于小试水平成果,双方合作在北京市昌平区金太阳农产开展中试规模验证研究。设计生物氢烷年产量1000立方,年消耗玉米秸秆15亩(图2)。

图2 中试装置外观

(3)分散式污水治理技术(合作企业:北京思清源生物科技有限公司、日铁集团、法液空)

地址:北京市海淀区清华大学英士楼607 邮编:100084 / 版权所有 版权©2013清华绿色工业生物技术实验室 京公网安备 110402430053号