中国科学院天津工业生物技术研究所
重点研究领域:天津工业生物所肩负着建立我国工业生物技术创新体系、促进工业绿色升级的历史使命,其战略定位是以新生物学为基础,以生物体的计算与设计为核心,发展生命科学,创新工业生物技术,解决产业发展中生物体功能利用的关键问题,促进产业技术创新与成果转化,服务于天津、环渤海以及全中国的经济社会可持续发展。天津工业生物所以天津市及我国社会经济发展的重大需求为目标,围绕“以可再生碳资源替代化石资源、以清洁生物加工方式替代传统化学加工方式、以现代生物技术提升产业水平”的三大战略主题,重点开展“工业蛋白质科学与生物催化工程、合成生物
所在地:天津市,天津
机构简介:

中国科学院天津工业生物技术研究所(以下简称天津工业生物所)是由中国科学院和天津市人民政府共建的、从事生物技术创新推动工业领域生态发展的科研机构,2012年3月获中央机构编制委员会批准成立,2012年11月29日通过验收,正式成为中国科学院序列研究所。   天津工业生物所肩负着建立我国工业生物技术创新体系、促进工业绿色升级的历史使命,其战略定位是以新生物学为基础,以生物体的计算与设计为核心,发展生命科学,创新工业生物技术,解决产业发展中生物体功能利用的关键问题,促进产业技术创新与成果转化,服务于天津、环渤海以及全中国的经济社会可持续发展。天津工业生物所以天津市及我国社会经济发展的重大需求为目标,围绕“以可再生碳资源替代化石资源、以清洁生物加工方式替代传统化学加工方式、以现代生物技术提升产业水平”的三大战略主题,重点开展“工业蛋白质科学与生物催化工程、合成生物学与微生物制造工程、生物系统与生物工艺工程”三个领域方向的基础研究和应用基础研究,发展新生物学指导下的工业蛋白质科学、工业系统生物学、工业合成生物学、工业发酵科学等学科体系,实行“研究组—总体研究部—平台实验室”三维科技管理机制,构建“科学研究、技术创新、产业培育、研究生教育”四位一体的发展模式,实现“出成果、出人才、出思想”的战略使命。   天津工业生物所现已建设了微生物高通量筛选平台、微生物系统生物技术平台、发酵过程优化与中试平台、蛋白(酶)研究平台、大型公共仪器平台等先进的技术装备体系,以及工业酶国家工程实验室、中国科学院系统微生物工程重点实验室、天津市工业生物系统与过程工程重点实验室、天津市生物催化技术工程中心等创新平台,并启动建设天津市工业生物产业技术研究院。至2016年底,研究所共有研发队伍537人,其中在职职工323人,研究生214人;领域方向带头人40人,90%以上来自海外;国家“青年千人计划”1人,“万人计划”1人,科技部“创新人才推进计划”1人,“高端外国专家”2人,国务院政府特殊津贴1人;天津市“千人计划”10人,天津市“外专千人计划”2人,天津市“青年千人计划”4人,其他天津市人才计划8人,天津市“创新人才推进计划”A类重点领域创新团队1个;中科院“百人计划”18人,“中科院特聘研究员”5人,其他中科院人才计划10人。承担了各类科研项目440余项;与20个省市的108家企业建立合作140余项,建立了16个联合实验室。已获得中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖1项、科技进步二等奖1项,天津市科技进步二等奖1项、三等奖1项,滨海新区技术发明奖1项,中国产学研合作创新与促进奖创新成果优秀奖1项、成果奖3项、产学研合作促进奖1项,海洋工程科学技术奖二等奖1项。天津工业生物所获科技部批准为国家级国际科技合作基地。   依托研究所建设的中国科学院天津产业技术创新与育成中心,作为中科院服务天津市战略布局的“桥头堡”,始终将中科院的优势科技资源和天津的实际需求相结合,努力打造“立足滨海新区、服务天津、辐射环渤海”的成果转化、产业孵化和创新企业培育基地,目前已经成功引进高科技创业公司12家,9家已经毕业。由天津工业生物所牵头组织的“工业酶产业技术创新战略联盟”已经获科技部批准成为国家产业技术创新战略试点联盟。   天津工业生物所坐落在环境优美的天津滨海新区空港经济区,一期建设已经形成4.3万平米的科研大楼与占地60亩科技园区。研究所将进一步推动二期建设,完善科研条件,切实落实研究所“十三五”规划,积极践行中国科学院“率先行动”计划,不断提升科技创新能力和转化能力,把研究所建设成为在工业生物技术领域具有强大国际竞争力和重要影响力的、特色鲜明、不可替代的现代化研究所,努力在贯彻国家创新驱动战略、国家创新体系建设中发挥重要作用。

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新能源与高效节能,环境保护与资源综合利用,城市建设与社会发展

高盐工业废水生物强化/污泥调控综合处理技术

石油化工是天津市大力发展的八大优势支柱产业之一。到 2020 年,天津市石油化工产业产值规模将达到 13000 亿元,届时,天津市将建成国家级石化产业基地。随着国 内化工生产环保要求和压力越来越大,大量废水产生成为制约我国化工行业可持续健康 发展的关键因素之一。化工废水具有成分复杂、色度高、难生化降解、COD 含量高的特 点。尤其是含有大量无机盐(硫酸盐为主)、氨氮和有机硫,不利于微生物的生存,处理 难度比较大,目前尚未有成熟、经济、有效的处理手段。 目前,我国化学原料及化学制品制造业废水排放量占我国工业废水排放量的 27.1%, 年排放近 30 亿吨。针对我国水污染控制和节能降耗的迫切需求,发展基于“资源化利用” 的新思路,研发废水回用、含盐废水处理、硫资源回收新技术、新工艺和集成系统,形 成流程设计方案,建立含盐化工废水高效处理的技术体系和示范系统越来越重要,以提 高我国含盐工业废水的治理水平,打破国外企业在高效厌氧技术和装置方面的垄断,提 高企业经济效益。 在活性污泥处理为主的现有化工废水处理工艺中,高盐组分严重抑制活性菌群的细 胞活性和繁殖、代谢效率,导致活性污泥出现了菌群结构不稳定,活性波动剧烈,耐受 废水环境冲击能力弱以及处理周期长等劣势。这些短板严重限制了化工企业的经济效益, 成为企业发展和节能环保的重要限制因素。

生物医药与医疗机械

丙酮酸生物发酵生产关键技术

项目概况   丙酮酸(Pyruvic acid),又称2-氧代丙酸(2-oxopropanoic acid)、α-酮基丙酸(α-ketopropionic acid)或乙酰基甲酸(Acetylformic acid),是最重要有机酸之一。在制药、食品、化工、农用化学品等领域以及科学研究中都具有广泛的用途。丙酮酸在生物能量代谢中具有十分重要的作用,丙酮酸系列的衍生产品,包括丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、丙酮酸肌酸盐、丙酮酸钙、丙酮酸钾、丙酮酸钠、丙酮酸镁等,在医药、化工等领域应用广泛,同时也是多种化工产品、农药等的原料。丙酮酸(盐)及其衍生物的用途主要包括以下几个方面:   (1)制药工业:用于酶法合成L-色氨酸、L-酪氨酸、L-多巴胺;合成 L-半胱氨酸、L-亮氨酸、维生素B6和B12等;合成血管紧张肽Ⅱ抗药、系列酶蛋白抑制剂、镇静剂、辛可芬、异烟肼丙酮酸钙、2-苯基喹啉-4-羧酸、恩波吡维铵、磷酸烯醇丙酮酸、4-甲唑甲酸、噻咪等。另外,丙酮酸钙还可用作减肥保健药品。   (2)日化工业:丙酮酸乙酯可抑制表皮中的酪氨酸酶的形成,美白肌肤;可用作化妆品的防腐剂和抗氧化剂;用作空气清新剂。   (3)农用化学品:合成乙烯系聚合物、氢化阿托酸、谷物保护剂等多种农药的起始原料。   (4)食品/饲料工业:GB2760-1996 规定为酸味添加剂;作为添加剂具有防腐保险功能。   (5)细胞培养与生化研究:与乳酸组成抗氧化剂,降低对细胞的伤害;丙酮酸钠可以作为细胞培养中的替代碳源,是动物细胞培养的重要底物。用于伯醇及仲醇的鉴定、转氨酶的测定、脂肪族胺的显色剂等。   丙酮酸的工业生产方法主要有化学合成法、酶转化法和微生物发酵法。化学合成法主要为在液相或气相中将酒石酸(或乳酸酯)氧化为丙酮酸酯,水解成丙酮酸,但该方法污染重,成本高,缺乏竞争力。其它还有一些化学转化法如羟基丙醇法,乳酸氧化法等均由于原料不足或成本缺乏工业化可行性。酶转化法是利用微生物细胞中的酶系将乳酸等脱氢氧化为丙酮酸该方法转化率高、但底物成本高。微生物发酵法是利用低成本的葡萄糖作为底物生物发酵生产丙酮酸。目前研究的微生物主要包括酵母、担子菌、放线菌和细菌等。我们通过构建新型大肠杆菌工程菌,实现了以葡萄糖为原料生产丙酮酸的高转化率发酵,该法绿色、环保、可持续,具有经济竞争力,有很好的产业应用前景。   市场前景   目前,全球丙酮酸市场需求约24000吨,按照丙酮酸的国内市场价约在5万元/吨左右,市场总值约12亿。我国有近10家企业生产丙酮酸及其盐、酯类,年产丙酮酸1000-1500吨,其中80%以上用于出口,同时国内丙酮酸市场的年增长率达到了8%-10%。随着工业应用领域的不断拓宽,丙酮酸用量也会急剧上升。自1995年美国等国以丙酮酸钙用于减肥保健以来,丙酮酸消费量激增。国际市场上,80%的丙酮酸用于制药工业,20%左右用于食品保健品及其它工业行业。因此丙酮酸产品的国际、国内市场缺口较大,加上国内市场需求量逐年增大,特别是高质量的丙酮酸尤其缺乏,其市场已进入高速成长期,销售前景广阔。   技术特点   利用先进代谢工程技术,通过从头理性设计和系统优化大肠杆菌,我们构建了生产丙酮酸的大肠杆菌工程菌。该菌株不含任何质粒,遗传稳定,以葡萄糖为碳源生产丙酮酸。目前在5L发酵罐水平,通过分批补料的方式,40小时发酵,丙酮酸产量可达到70g/L左右,基本不含副产物,转化率达到0.8g丙酮酸/g葡萄糖。

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