γ-聚谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid）是一种重要的天然聚合物，由于其具有良好的性质已被广泛应用于食品，化妆品，医药，材料等领域。解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）LL3 是一株谷氨酸非依赖型 γ-PGA 合成菌。为了提高其 γ-PGA 产量，项目组采用无痕基因编辑技术对菌株进行了代谢工程改造。包括三部分：模块化代谢通路改造；蔗糖代谢途径改造；谷氨酸合成途径改造。 B. amyloliquefaciens LL3 是项目组从发酵食品中分离得到，它能够从蔗糖出发合成 γ-PGA。利用模块化通路改造策略对 γ-PGA 合成相关的八个代谢通路进行改造包括：γ-PGA 降解相关途径；细胞呼吸链；胞外蛋白及胞外蛋白酶合成途径；细菌多糖合成途径；次级小分子代谢产物合成途径；细胞自诱导因子合成途径；谷氨酸合成途径以及 γ-PGA 合成途径。最终整合获得的最优基因工程菌株 NK-anti-rocG（敲除了 epsA-O 操纵子（负责胞外多糖合成），sac 操纵子（负责果聚糖合成），lps（脂多糖合成相关），pta（乙酸合成相关），pgdS（γ-PGA 降解酶），cwlO（细胞壁水解酶），luxS（AI-2 合成）以及表达anti-rocG sRNA（抑制谷氨酸脱氢酶表达））γ-PGA 摇瓶发酵产量从 3.8g/L 提高到 11.04 g/L，较对照菌株提高了 2.91 倍。γ-PGA 产物纯度也从 78.6%提高到 95.2%。5-L 罐补料分批发酵实验得到 NK-anti-rocG菌株产量可达 20.3 g/L。分子量 450,000 Dal，纯度 95%以上。 项目特色： 1. 菌种（Bacillus amyloliquefaciens）LL3 是谷氨酸非依赖型 γ-聚谷氨酸合成菌株；发酵生产主要原料为蔗糖； 2. 补料分批发酵产量为：20.3 g/L。 3. 授权专利号为：ZL200810053900.7 市场应用前景： γ-聚谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid）是一种重要的天然聚合物，由于其具有良好的性质已被广泛应用于食品，化妆品，医药，材料等领域。本项目采用谷氨酸非依赖型 γ-聚谷氨酸合成菌做为发酵菌种，以蔗糖为原料发酵法生产 γ-聚谷氨酸，可产生巨大的经济效益和社会效益。

主要由 D-谷氨酸和 L-谷氨酸通过酰胺键聚合而成。作为一种高分子聚合物，γ-聚谷氨酸具有一些独特的物理、化学和生物学特性如良好的水溶性，超强的吸附性，能彻底被生物降解，无毒无害，可食用等。在农业、食品、医药、化妆品，环保，合成纤维和涂膜等领域具有广泛的应用前景，因此极具开发价值。 微生物絮凝剂是继无机絮凝剂和有机絮凝剂之后出现的一种新型的、可自然降解的水处理剂，具有高效、无毒、无二次污染的特点。微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外具有絮凝活性的代谢产物，一般由多糖、蛋白质、DNA、纤维素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物质构成，分子中含有多种官能团，能使水中胶体悬浮物相互凝聚、沉淀。在传统的絮凝剂中，无机絮凝剂投加量大，效果不佳，还会把大量金属离子带入最终产物中，对环境造成危害；有机合成高分子絮凝剂生物难降解，残留单体有毒，会对环境造成二次污染。而微生物絮凝剂最突出的特点是具有生物降解性，而且高效、无毒、易降解、无二次污染且用途广泛，是环境友好型絮凝剂，因而引起世界各国学者的广泛关注和研究

中试阶段/n成果简介：目前，农业生产减肥增效、节能降耗、减少环境污染是人们关注的热点。聚γ-谷氨酸（简称“γ-PGA”）作为一种绿色生物大分子材料，不仅可使作物增产10-30％，节肥10-20％，还可提高作物品质和作物抗病耐旱能力。华中农业大学农业微生物学国家重点实验室率先在国际上开展了γ-PGA在农作物栽培中的应用，已申请γ-PGA发酵及γ-PGA在农业领域的应用等5项中国发明专利，其中获得3项发明专利授权。三项相关课题鉴定成果分别于2007年，2008年，2009年通过湖北省科技厅组织的专家鉴定

微生物合成的γ-聚谷氨酸为均聚氨基酸化合物，分子量在100－1000kDa之间，相当于500－5000个左右的谷氨酸单体，具有优良的成膜性、成纤维性、阻氧性、可塑性、粘结性和极其强的吸水性，从而在高分子材料工程中具有增稠、乳化、凝胶、成膜、保温、缓释、助溶、粘结和强吸水等功能。作为一种生物材料，γ-PGA又具有生物可降解性好、可食、对人体和环境无毒害等优点，因而在食品、化妆品、医药、农业和水处理等领域具有广泛的应用前景。南开大学专利技术：一种提高水溶性高聚物发酵产率的方法（公开号： CN1

本研究构建一种谷氨酸棒杆菌基因工程菌，使其同时发酵生产两种产品：聚羟基脂肪酸酯和异亮氨酸；前者是胞内产品，后者是胞外产品。该基因工程菌可以降低生产成本，具有工业应用前景。研究结果显示：将 phaCAB 基因簇导入 WM001后，WM001/pDXW-8-phaCAB 96h 产量为 9.58 g/L，而 WM001/pDXW-8 96h 产量为6.65 g/L，产率提高 65%达到 0.15g 异亮氨酸/g 葡萄糖。PHA 产量达到 28.7%(w/w)。关键技术 聚羟基脂肪酸酯（PHAs）是部分微生物生存在具有较高碳源与氮源的条件下，生成的一类微生物自身碳源、能源储备物的胞内聚酯。根据相关报道，将 PHB 合成代谢基因簇导入细胞内，可实现 PHB 与某些代谢产物的联产和增产，提高底物的利用率。L-异亮氨酸是一种人体必需氨基酸，因其在医药、食品和健康保健领域有广泛的应用，而使其近几年的生产能力发展迅速，目前国际上比较先进的主流生产方式为发酵法生产 L-异亮氨酸。谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)是一种小棒状、革兰氏阳性的食品安全生产菌，目前已经用于工业生产 L-异亮氨酸，本成果构建能高产 PHAs 的 C. glutamicum 菌株，具有工业化应用潜力。 

目前国内外工业用水处理中对金属材料设备结垢和腐蚀的缓蚀剂和阻垢剂，大部分系含磷（或膦）的药剂，由于排放后对周围水体易引起富营养化。国内外排放水总磷要求小于1mg/L，在这一背景下急需研发不含磷（或膦）的水处理剂。而聚天冬氨酸PASP就是近年来国内外公认的符合环保要求的绿色水处理剂。本项目合成制备采用的原料全部为国产的环保型原料,和国内外其他制备方法不同，采用了单体本体热聚合的一步反应工艺技术，具有创新性，该工艺具有反应时间短，不涉及投加其他化学品等优点，产品不仅可应用于工业水如工业冷却水的阻垢和防腐蚀，由于抑制水垢和腐蚀可提高传热效率并防止跑冒滴漏而取得显著的节能减排效果，经拓展研究后发现应用于农作物，先后对蔬菜类，如青菜、花菜，瓜果类，如西瓜、甜瓜，以及粮油作物等均可取得以下三方面的增效作用：1）促进农作物营养的吸收而提高农作物的产量，不同作物品种可提高5%-15%左右。2）改善了作物的品质，如西瓜的甜度可由原先的10-12%提高到15-16%。3）对肥料起到增效作用，可减少化肥的用量，有利于改善土壤和环境。

聚天冬氨酸具有高生物可降解性，是一种公认的环境友好型水处理药剂，复配的聚天冬氨酸具有较好的缓蚀、阻碳酸钙垢及分散氧化铁作用。目前因其工艺复杂，规模生产受设备投资制约，本技术研制的主要设备固相聚合反应器仅需10万元即可达到年产1000吨的规模，经济效益明显。提供图纸及制备工艺，也可代为加工制作。

本发明公开一种基于γ‑聚谷氨酸的生物可降解材料的制备方法，包括如下步骤：（1）配制低分子量聚谷氨酸水溶液并将pH调节至酸性，得到羧酸基团质子化的聚谷氨酸溶液，然后向其中加入金属离子溶液，搅拌混合均匀得到混合液；（2）边搅拌边调节步骤（1）的得到的混合液的pH至碱性，然后向其中加入交联剂，进行交联固化，得到生物可降解材料。本申请的材料具有机械性能，可以提高其拉伸强度、韧性等，使其更能满足不同应用场景的需求，拓宽了材料的使用范围，同时具有较好的降解性能、吸附性能、抗菌性能和保湿性能，且可利用可再生资源生产，原料来源广泛且可持续，减少了对石油等不可再生资源的依赖。

精氨酸酶它能将精氨酸水解，生产鸟氨酸和尿素，是生物体中参与尿素循环而起作用的酶。基于这个反应机理，目前精氨酸酶一方面可用于功能性氨基酸 L-鸟氨酸的生物制备；另一方面可作为药物用于癌症诸如肝细胞癌、黑色素细胞癌、肾癌等以及一些病毒感染的治疗。鸟氨酸是一种非蛋白质氨基酸，具有保肝护肝、促进垂体分泌生长激素、提 高血清中的胰岛素类生长因子的水平、进而促进肌肉的生成、缓解运动后的身体疲劳及运动后人体内氮的失衡等功能。 本项目通过菌种筛选获得高产精氨酸酶菌株，并将其用于鸟氨酸的生物制备，鸟氨酸产量可达到 70g/L 以上，底物精氨酸的摩尔转化率 96%。