1.發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化

發(fā)酵過(guò)程是高度非線性復(fù)雜系統(tǒng)，以活細(xì)胞為對(duì)象的生物反應(yīng)器中是多尺度的，即基因分子遺傳、細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)和反應(yīng)器工程特性三個(gè)尺度上相互作用、相互影響。為此提出了微生物過(guò)程多尺度優(yōu)化原理。根據(jù)活細(xì)胞為主體的微生物發(fā)酵過(guò)程中基因分子尺度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、細(xì)胞代謝尺度的網(wǎng)絡(luò)與生物反應(yīng)器系統(tǒng)多尺度的宏觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜系統(tǒng)，提出了跨尺度測(cè)量的多參數(shù)相關(guān)分析與控制方法。從生物反應(yīng)器多尺度的物料流、能量流變化和基因尺度信息流的變化分析細(xì)胞代謝尺度的變化，研究他們之間的關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)跨尺度控制的發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化。

• 優(yōu)化原理與控制圖

發(fā)酵過(guò)程微生物細(xì)胞多尺度原理圖

優(yōu)化過(guò)程示意圖

n????????優(yōu)化方法與裝備：基于代謝流檢測(cè)的發(fā)酵過(guò)程多參數(shù)相關(guān)分析方法與跨尺度測(cè)量

基于代謝流檢測(cè)的多參數(shù)高級(jí)發(fā)酵罐 （具有14個(gè)以上檢測(cè)傳感器）

多參數(shù)分析的數(shù)據(jù)分析軟件

• 優(yōu)化案例
• 五年前優(yōu)化部分產(chǎn)品

2.菌種選育與改造

在工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域，微生物產(chǎn)生菌的遺傳特性往往是工業(yè)規(guī)模高效生產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題之一，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，利用基因工程手段、代謝工程技術(shù)、甚至系統(tǒng)生物學(xué)方法進(jìn)行菌種改造研究的例子越來(lái)越多，不過(guò)由于這些方法要求對(duì)出發(fā)菌有較詳細(xì)的遺傳背景了解，因此，真正在工業(yè)菌種改良中成功的例子不多，常規(guī)的誘變育種目前仍是工業(yè)生物技術(shù)中常用的菌種選育方法之一，常規(guī)的育種方法可分為誘變育種、推理選育和原生質(zhì)體融合等幾種方式。

基因工程改造

利用傳統(tǒng)菌種選育和各種現(xiàn)代生物技術(shù)手段構(gòu)建和篩選得到功能強(qiáng)大的“細(xì)胞工廠”（細(xì)胞株）是提高生物過(guò)程效率的基礎(chǔ)。在構(gòu)建功能細(xì)胞時(shí)，我們所面對(duì)是微生物細(xì)胞內(nèi)由基因、蛋白、代謝物、各種信號(hào)分子及它們之間相互作用組成的復(fù)雜動(dòng)態(tài)代謝網(wǎng)絡(luò)，面臨的問(wèn)題往往是必須對(duì)細(xì)胞代謝途徑或網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)基因表達(dá)進(jìn)行有效的調(diào)控，同時(shí)還需考慮細(xì)胞能量、前體、輔因子的供應(yīng)以及產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)和進(jìn)一步代謝等多方面因素。

近年來(lái)，在國(guó)家有關(guān)科研計(jì)劃的支持下，我國(guó)科技工作者應(yīng)用各種傳統(tǒng)和現(xiàn)代生物技術(shù)手段，以工業(yè)生物過(guò)程為應(yīng)用目標(biāo)，取得了多項(xiàng)突破。如：以促進(jìn)紅霉素D轉(zhuǎn)化為紅霉素有效成分A為主要目的，在工業(yè)生產(chǎn)菌中開(kāi)展代謝工程研究，調(diào)節(jié)紅霉素合成后修飾途徑的羥化酶（eryK）和甲基化酶（eryG）表達(dá)，優(yōu)化紅霉素D轉(zhuǎn)化為紅霉素A兩條代謝途徑的通量分布?？捎行У馗纳萍t霉素組分，使有效成分A的比例達(dá)到98％，并使紅霉素產(chǎn)量提高20％以上^[1]。