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行业领域

生物与新医药技术

需求背景

1微生物转化植物甾醇为雄烯二酮（AD）技术改进在工业化生产中我们发现，在微生物转化植物甾醇生成AD的过程，同时产生了ADD、9α-OH-AD和4-BNA等杂质，使目标产物AD在发酵液中的纯度为85 %左右，给目标产物AD的分离提取带来了极大地困难，严重影响了AD的质量和收率。我们希望利用先进的代谢工程等手段来改造目前的生产菌株，比如：通过敲除菌株中甾体1,2位脱氢酶基因，使产物AD不会进一步转化为ADD，减少副产物ADD的积累；敲除甾体9α羟基化酶基因，使产物AD不会进一步转化为9α-OH-AD，减少副产物9α-OH-AD的积累；过表达AD合成途径中的关键酶酰基-CoA脱氢酶和烯酰-CoA 水合酶基因，使甾醇降解产物尽可能生成目前产物AD，减少副产物4-BNA的生成。希望改造后的基因工程菌株的发酵液中AD的纯度达到95 %以上， AD的质量收率提高10%以上。

需解决的主要技术难题

1. 微生物代谢途径的复杂性：微生物的代谢途径是一个复杂的网络，涉及到多个酶、底物和产物的相互作用。对代谢途径进行改造时，需要充分了解微生物的代谢机制和相关酶的作用，这增加了技术研发的难度。
2. 目标产物浓度的提高：在代谢工程中，提高目标产物的浓度是重要的研发目标之一。然而，这需要精确地调控代谢途径中的各种酶和底物浓度，以确保目标产物的合成和释放。
3. 副产物的抑制：在微生物合成关键甾体药物中间体的过程中，可能会产生一些副产物。这些副产物可能会抑制微生物的生长和代谢，从而影响目标产物的产量。因此，如何减少副产物的产生也是代谢工程改造微生物制备关键甾体药物中间体技术研发的难题之一。
4. 代谢通量的调控：代谢通量是指微生物在代谢过程中，底物和产物的流量。对代谢通量的调控可以影响目标产物的产量和纯度。然而，如何精确地调控代谢通量是一个技术难题，需要深入研究。
5. 微生物遗传多样性和环境变化的影响：不同种类的微生物具有不同的遗传背景和代谢特性，这增加了代谢工程改造的复杂性。此外，环境因素如温度、湿度和营养条件的变化也可能影响微生物的生长和代谢过程。
6. 安全性与可持续性：在开发新的微生物代谢工程策略时，需要考虑到产品的安全性、可持续性和环境影响。这些因素可能会对技术的实际应用产生限制和挑战。

期望实现的主要技术目标

1. 确定生物合成途径：首先需要了解微生物合成甾体药物中间体的生物合成途径及其调控机制，包括关键酶和代谢途径的确定以及相关基因的克隆和表达。
2. 基因敲除和敲入：通过基因敲除技术，删除微生物中与目标中间体合成无关的基因，以减少副反应和提高产率。同时，通过基因敲入技术，引入外来基因或修饰现有基因，以引入或提高关键酶的活性，促进目标中间体的合成。
3. 代谢流优化：通过代谢流分析，了解微生物在合成目标中间体过程中的物质和能量代谢情况，寻找瓶颈步骤并对其进行优化，以提高整体的代谢效率和产率。
4. 强化细胞膜通透性：通过遗传或化学方法增强细胞膜的通透性，使细胞内的代谢物能够更容易地进入外部环境，从而降低细胞内代谢物的积累和毒副作用，提高目标中间体的产量。
5. 优化培养条件：通过优化培养条件，包括营养物质浓度、温度、pH值、氧气供应等，为微生物提供最佳的生长和代谢环境，以提高目标中间体的产量。
6. 生物传感器开发：开发能够实时监测目标中间体浓度的生物传感器，以便及时了解微生物的生长状况和目标中间体的合成情况，为后续的工艺优化提供支持。
7. 安全性与可持续性：确保经过代谢工程改造的微生物不具有生态和健康危害，同时考虑使用可持续性资源和减少碳排放，以符合绿色化学的原则。
8. 技术拓展与应用：将此技术应用于其他甾体药物的生产以及其他类型的药物和化合物的生产中，以拓展其应用范围。

需求解析

解析单位：湖北省襄阳市 解析时间：2023-10-31

赵亮

襄阳市科协

主任

综合评价

该技术需求背景介绍和需要解决的主要技术难题分析比较清晰，研发内容和期望实现的技术目标明确。企业综合实力较好、研发实力较强、发展前景好。技术需求真实，市场潜力大。但该需求研发有一定难度，建议请相关领域专家协同研发代谢工程改造微生物制备关键甾体药物中间体技术。

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处理进度