工业酿酒酵母代谢工程改造强化S-腺苷-蛋氨酸生物合成的研究的任务书.docx

工业酿酒酵母代谢工程改造强化S-腺苷-蛋氨酸生物合成的研究的任务书
任务书
一、研究背景及意义
酒精是全球最广泛应用的化学品之一，其生产在工业界的地位不可低估。酒精的生产主要是通过酵母的发酵作用来实现的。工业酿酒酵母的代谢途径已被充分研究，但是有许多问题仍需要解决，例如中间代谢物的积累、氧化还原平衡的调节、发酵速率和成本的优化等。S-腺苷-蛋氨酸（SAM）是一种重要的代谢物，它在许多酵母中起到关键作用，特别是在酒精发酵过程中。SAM参与了许多酵母细胞中的生化反应，例如脂肪酸合成、硫代谢、DNA甲基化等过程。因此，S-腺苷-蛋氨酸的生物合成已成为酵母发酵的一个研究热点。
本研究旨在通过工业酿酒酵母的代谢工程改造，强化S-腺苷-蛋氨酸的生物合成，以改善酒精发酵的效率和质量，提高工业酿酒的经济效益。
二、研究目标
1.构建工业酿酒酵母的S-腺苷-蛋氨酸生物合成代谢模型，确定代谢途径的关键调控点；
2.通过基因工程技术，增强SAM生物合成途径的表达水平；
3.优化发酵条件，改善酒精发酵的效率和产量；
4.同时考虑经济效益和环保指标，对改造后的工业酿酒酵母进行经济性评价。
三、研究内容
1.构建工业酿酒酵母的S-腺苷-蛋氨酸生物合成代谢模型；
2.分析代谢途径中的关键调控点，如调节组分、重点酶和信号转导途径等；
3.通过基因工程技术，增强SAM生物合成途径的表达水平，例如增强启动子活性、改变突变基因等；
4.进行发酵实验，优化发酵条件，包括培养基成分、温度、pH值、通气条件等；
5.对改造后的工业酿酒酵母进行经济性评价，包括成本分析和环境影响评估。
四、研究技术路线
1.构建工业酿酒酵母的S-腺苷-蛋氨酸生物合成代谢模型；
2.基于代谢模型，设计基因工程策略，通过PCR扩增、酵母遗传转化等方法，构建工业酿酒酵母的SAM生物合成基因工程菌株；
3.进行培养基和各种生理条件的优化试验，评估SAM生产量和工业酿酒的效率、质量和稳定性；
4.对改造后的工业酿酒酵母进行经济性评价。
五、研究计划和进度安排
1.研究计划
第一年：建立工业酿酒酵母的S-腺苷-蛋氨酸生物合成代谢模型，分析代谢途径中的关键调控点；
第二年：设计基因工程策略，构建工业酿酒酵母的SAM生物合成基因工程菌株；
第三年：进行培养条件优化试验，评估SAM生产量和工业酿酒的效率、质量和稳定性；
第四年：对改造后的工业酿酒酵母进行经济性评价。
2.进度安排
第一年上半年：建立工业酿酒酵母的S-腺苷-蛋氨酸生物合成代谢模型；
第一年下半年：分析代谢途径中的关键调控点；
第二年上半年：设计基因工程策略，构建工业酿酒酵母的SAM生物合成基因工程菌株；
第二年下半年：进行培养条件优化试验；
第三年上半年：评估SAM生产量；
第三年下半年：评估工业酿酒的效率、质量和稳定性；
第四年：进行经济性评价。
六、预期成果
1.成功构建工业酿酒酵母的S-腺苷-蛋氨酸生物合成代谢模型；
2.成功构建工业酿酒酵母的SAM生物合成基因工程菌株；
3.成功提高SAM生产量，通过发酵优化实现工业酿酒的高效率、高质量和高稳定性；
4.完成工业酿酒酵母生产的经济性分析；
5.发表相关研究论文3篇以上，申请1项国家发明专利。
七、参考文献
1.Bracharz,F.,Radek,A.,Salzberger,B.,etal.(2013).ThecriticalroleofthethioredoxinsystemandTor1kinaseintheutilizationofaminoacidsforrespiratorymetabolisminyeast.FEBSJ,280,1356-1367.
2.Fujii,T.,Maeda,H.,&Nishimura,Y.(2011).DecreasedS-adenosylmethioninesynthesisrequiredforethanoltoleranceofsakeyeast.Bioscience,Biotechnology,andBiochemistry,75,2049-2051.
3.Hashimoto,T.,&Nakata,T.(2017).DevelopmentofasucroseutilizationpathwayusingxylitoldehydrogenaseinSaccharomycescerevisiae.JournalofBioscienceandBioengineering,123,440-445.
4.Overkamp,K.M.,DeMarcellus,V.,Kovalkov,A.,etal.(2016).Metabolicengineeringofmethioninechainelongationdifferentiallyimpactsmethi