生物資源之創(chuàng)新加值與開發(fā)應(yīng)用四年計(jì)畫(第四年度)

1、生物資源之創(chuàng)新加值與開發(fā)應(yīng)用四年計(jì)畫（第四年度）先期參與目 錄題目負(fù)責(zé)人B9501光合菌資源的開發(fā)與應(yīng)用賴進(jìn)此、郭秋媚、劉恆仲B9502高抗氧化物質(zhì)微脂粒技術(shù)之開發(fā)與應(yīng)用賴進(jìn)此、鄭芳宜、孫潤(rùn)伯、黃喬盈B9503臺(tái)灣本土淡水溪流真菌資源的開發(fā)與應(yīng)用陳慶源、謝松源B9504益生菌系列產(chǎn)品及技術(shù)之研發(fā)應(yīng)用朱文深、朱兆秀B9505特殊功效本土放線菌之開發(fā)王培銘、曾 敏、陳慶源B9506微生物比較基因體在生物轉(zhuǎn)換之開發(fā)朱文深、陳倩琪、黃麗娜B9507造血幹細(xì)胞多樣性應(yīng)用之研發(fā)黃效民、姚少凌B9501 光合菌資源的開發(fā)與應(yīng)用合作方式：先期參與背景說明：光合細(xì)菌是具有多種生理功能的微生物，菌體富含蛋白質(zhì)，包

2、括人體和動(dòng)物所需要的必須胺基酸、維生素、天然色素和生理活性物質(zhì)。在不同的自然環(huán)境下，具有固氮、脫氮、固碳和硫化物氧化等功能，與自然界中的氮、磷和硫循環(huán)有著密切的關(guān)係。光合細(xì)菌(photosynthetic bacteria，簡(jiǎn)稱PSB)是一種以光為能源，行合成機(jī)制的原核生物，在厭氧環(huán)境下進(jìn)行不生成氧氣光合作用之細(xì)菌。光合細(xì)菌可將氨(ammonia)、亞硝酸(nitrite)、硫化氫(hydrogen sulfide)，轉(zhuǎn)化為生長(zhǎng)過程中所需之養(yǎng)分；亦可利用氧化電位比水還低之基質(zhì)，如硫化氫或簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物，將還原物質(zhì)轉(zhuǎn)化，增加氧化還原電位，淨(jìng)化污水之水質(zhì)。光合細(xì)菌於生技產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用範(fàn)圍很廣，此外

3、，繼美、日先後開放CoQ10做為保健食品及美容保養(yǎng)品原料後，全球市場(chǎng)規(guī)模約達(dá) 5 億美元，國(guó)內(nèi)衛(wèi)生署已開放CoQ10作為保健食品及美容保養(yǎng)品原料，勢(shì)將帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展之新契機(jī)。本研究目的主要在於探討光合細(xì)菌最佳培養(yǎng)條件，並利用所得之實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行初步放大生產(chǎn)，預(yù)期在將來能進(jìn)一步應(yīng)用於光合細(xì)菌大規(guī)模之生產(chǎn)，並建立CoQ10相關(guān)的回收技術(shù)，以滿足產(chǎn)業(yè)應(yīng)用發(fā)展之需求。計(jì)畫目標(biāo)及效益：1. 於最適化培養(yǎng)條件下，使光合菌高抗氧化物質(zhì)輔酶CoQ10之產(chǎn)量達(dá)10 mg/g DCW以上。2. 開發(fā)發(fā)酵槽之放大培養(yǎng)技術(shù)，於百公升級(jí)以上之培養(yǎng)規(guī)模，使光合菌生產(chǎn)量達(dá)109CFU/mL以上。3. 開發(fā)抗氧化物質(zhì)CoQ1

4、0之相關(guān)保健食品及化妝品。本所目前研究成果：1. 已篩選出具有生長(zhǎng)快速之潛力菌株。2. 建立光合菌輔酶CoQ10之簡(jiǎn)便分析技術(shù)及HPLC分析技術(shù)。3. 已初步建立光合細(xì)菌之最佳培養(yǎng)條件，CoQ10產(chǎn)量可達(dá)9 mg/L。4. 光合菌生產(chǎn)之菌數(shù)達(dá)109CFU/mL。5. 已建立光合菌輔酶CoQ10之實(shí)驗(yàn)室級(jí)純化技術(shù)。計(jì)畫聯(lián)絡(luò)人：賴進(jìn)此 研究員 (03)5223191轉(zhuǎn)517 郭秋媚、劉恆仲 副研究員 (03)5223191轉(zhuǎn)518B9502 高抗氧化物質(zhì)微脂粒技術(shù)之開發(fā)與應(yīng)用合作方式：先期參與背景說明：根據(jù)研究指出GSH及CoQ10在生物體內(nèi)具有卓越的抗氧化功能，除了可作為保健食品外，應(yīng)用於美容保

5、養(yǎng)品可幫助肌膚抵抗紫外線及外界環(huán)境污染物所產(chǎn)生的自由基傷害，具有抗老化與美白的功效。本所目前已開發(fā)微生物發(fā)酵生產(chǎn)高抗氧化物質(zhì)GSH與CoQ10技術(shù)，但由於GSH為水溶性而CoQ10為脂溶性，因此本計(jì)劃希望能以微脂粒技術(shù)將兩者進(jìn)行共包埋，使所得微脂粒載體可同時(shí)具有GSH及CoQ10的雙重功效，並且改善GSH細(xì)胞吸收效果較差及CoQ10水溶性差的問題。由於目前國(guó)人保健養(yǎng)生的觀念漸盛，因此市面上有許多不同的保健食品如雨後春筍般出現(xiàn)，其中大部分形式屬於錠片或是膠囊，此類產(chǎn)品在食用時(shí)可能會(huì)給予使用者有吃藥的感覺，而降低了產(chǎn)品的親和力，因此目前有產(chǎn)品改以飲料的形式推出，不僅方便使用而且可以使口味與包裝的變

6、化增加，吸引消費(fèi)者購(gòu)買。但是許多功能性成分在液態(tài)時(shí)的穩(wěn)定性往往較差，GSH及-GC亦是如此，因此本研究希望能建立以液態(tài)形式穩(wěn)定儲(chǔ)存的方法。計(jì)畫目標(biāo)及效益:1. 高抗氧化物質(zhì)微脂粒技術(shù)之開發(fā)微脂粒粒徑小於500nm，包覆率大於50%2. GSH及-GC液態(tài)產(chǎn)品之開發(fā)具高安定性之飲料產(chǎn)品或化妝品之開發(fā)，GSH及-GC三個(gè)月降解率小於30%，半年降解率小於50% 本所目前成果:1. 高抗氧化物質(zhì)(GSH、-GC及CoQ10) 發(fā)酵生產(chǎn)及純化技術(shù)2. 已初步建立微脂粒製備與分析技術(shù)聯(lián)絡(luò)人 賴進(jìn)此 研究員 03-5223191轉(zhuǎn)517鄭芳宜 副研究員 03-5223191轉(zhuǎn)516B9503 臺(tái)灣本土淡水

7、溪流真菌資源的開發(fā)與應(yīng)用合作方式：先期參與背景說明 :真菌為抗生素及許多有用生物活性物質(zhì)的重要來源，豐富多樣的真菌資源於生技產(chǎn)業(yè)發(fā)展中扮演重要角色之一。臺(tái)灣位於熱帶及亞熱帶交界處，但亦有高海拔等溫帶環(huán)境，微生物資源豐富，淡水溪流真菌為發(fā)現(xiàn)於溪水中的一群真菌，主要以腐木、落葉或小昆蟲屍體等有機(jī)物質(zhì)為基質(zhì)，其種類包括子囊菌、擔(dān)子菌、不完全菌、接合菌、髮菌、壺菌、茸鞭生物及酵母菌等各種菌類相當(dāng)廣泛。全世界淡水溪流真菌目前已知超過430屬1000種，且陸續(xù)有許多新種被發(fā)表，形成一個(gè)獨(dú)特的生態(tài)群。臺(tái)灣具有大小河川一百多條，河川上游分支眾多，其中不少溪流旁具有相當(dāng)多木本植物，其掉落或颱風(fēng)吹落所形成的落葉腐

8、木可成為淡水溪流真菌之良好基質(zhì)，具有優(yōu)良研究淡水溪流真菌的環(huán)境。鑒於醫(yī)藥及生技產(chǎn)業(yè)上，新的微生物資源需求殷切，本計(jì)畫擬開發(fā)臺(tái)灣本土淡水溪流真菌資源，建立具潛力的臺(tái)灣本土淡水溪流真菌的發(fā)酵庫(kù)，以提供業(yè)者或研究單位進(jìn)行活性物質(zhì)篩選之材料，期望可以從中篩選出新型的、獨(dú)特的生物活性物質(zhì)。計(jì)畫目標(biāo)及效益 :1. 建立臺(tái)灣本土淡水溪流真菌發(fā)酵系統(tǒng)。2. 建立發(fā)酵液最佳之萃取分離系統(tǒng)。3. 建立發(fā)酵庫(kù)的保存系統(tǒng)。4. 建立具潛力之臺(tái)灣本土淡水溪流真菌的發(fā)酵庫(kù)，可作為活性物質(zhì)篩選材料。本所目前成果 :1. 已建立多樣性的臺(tái)灣淡水溪流真菌菌株庫(kù)。2. 已初步建立活性評(píng)估系統(tǒng)。3. 已建立淡水溪流真菌之鑑定分離與

9、培養(yǎng)技術(shù)。聯(lián)絡(luò)人：陳慶源研究員03-5223191 轉(zhuǎn)546 謝松源研究員03-5223191 轉(zhuǎn) 581陳美惠副研究員03-5223191 轉(zhuǎn) 547 B9504 益生菌系列產(chǎn)品及技術(shù)之研發(fā)應(yīng)用-醣類營(yíng)養(yǎng)素NGA (N-acetylgalactosamine)生產(chǎn)製程之研發(fā)合作方式：先期參與背景說明:醣類營(yíng)養(yǎng)素之研究近十餘年來因碳水化合物新藥之研發(fā)而廣受重視。醣類營(yíng)養(yǎng)素又稱為必需糖類，因所有之8種中除glucose 與galactose外，其他6種如mannose, fucose, xylose, N-acetylglucosamine, N-acetylgalactosamine, 以及

10、N-acetylneuramic acid均需由外界攝取。研究發(fā)現(xiàn)由某些益生菌所產(chǎn)生之胞外多醣EPS (Exopolysaccharide)中，含有必需糖類中之N-acetylgalactosamine (GalNAc, NGA)。NGA之主要功能為可增進(jìn)細(xì)胞與細(xì)胞間之正確聯(lián)繫，減少免疫系統(tǒng)因過度反應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)生誤判而引發(fā)自體免疫之可能性。此外，NGA亦可與體內(nèi)之醣醛酸(glucuronic acid) 生合成具有強(qiáng)化關(guān)節(jié)功能，減緩關(guān)節(jié)退化，成為協(xié)助再建軟骨和潤(rùn)滑關(guān)節(jié)與治療退化性關(guān)節(jié)炎相當(dāng)有功效之軟骨素(chondroitin)，具有取代現(xiàn)行由牛骨或鯊魚軟骨提煉之軟骨硫素的潛力。由於NGA一般無法

11、於體內(nèi)生合成，而現(xiàn)有之產(chǎn)品主要為由?；蝓忯~骨中萃取，一方面其來源會(huì)有因感染(如狂牛癥)或天災(zāi)等不穩(wěn)定之疑慮；亦有因?yàn)樽诮虩o法攝取之顧忌，更有造成體質(zhì)特殊消費(fèi)者過敏等缺失。本計(jì)畫將系統(tǒng)性改良已篩得之本土高產(chǎn)量EPS(含NGA)微生物，使NGA之產(chǎn)量提昇，進(jìn)而探討以微生物發(fā)酵生產(chǎn)NGA之最適條件，建立以微生物發(fā)酵生產(chǎn)NGA之製程技術(shù)。計(jì)畫目標(biāo)及效益：1. 系統(tǒng)性改良已篩得之本土高產(chǎn)量EPS(含NGA)微生物，使NGA之產(chǎn)量提昇。2. 探討以微生物發(fā)酵生產(chǎn)NGA之最適培養(yǎng)基與條件。3. 建立以微生物發(fā)酵生產(chǎn)NGA之製程技術(shù)。本所目前成果：1. 已篩得本土高產(chǎn)量EPS(含NGA)微生物2. 已初步建立

12、醣類營(yíng)養(yǎng)素NGA生產(chǎn)菌株之萃取及定量方法1.計(jì)畫負(fù)責(zé)人: 朱文深 資深研究員兼副主任 電話: (03)5223191轉(zhuǎn)541 朱兆秀 研究員 電話:(03)5223191轉(zhuǎn)546B9505 特殊功效本土放線菌之開發(fā)合作方式：先期參與背景說明 :自1943年美國(guó)人Waksman由放線菌Streptomyces griseus的代謝物中發(fā)現(xiàn)鏈黴素後，放線菌已成為抗生素開發(fā)的重要菌種，目前由放線菌所發(fā)現(xiàn)的抗生素種類已達(dá)4000種以上，其中50餘種已是在臨床上應(yīng)用的藥物，可見放線菌資源的重要性。臺(tái)灣由於獨(dú)特的地理環(huán)境，造就了豐富的微生物資源，本所已由臺(tái)灣各地分離出許多特殊的放線菌。本計(jì)畫擬進(jìn)行臺(tái)灣本土

13、放線菌資源之開發(fā)，建立多樣化營(yíng)養(yǎng)組成和物理培養(yǎng)條件之發(fā)酵樣品庫(kù)，以提供業(yè)者或研究單位進(jìn)行活性物質(zhì)篩選之材料，期望從中可以發(fā)現(xiàn)多樣性與獨(dú)特性之活性物質(zhì)。計(jì)畫目標(biāo)及效益 :5. 建立本土放線菌多樣化營(yíng)養(yǎng)組成和物理培養(yǎng)條件之樣品庫(kù)。6. 進(jìn)行發(fā)酵樣品庫(kù)樣品之抑菌活性及體外抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)活性評(píng)估。7. 建立之多樣化發(fā)酵樣品庫(kù)後續(xù)可提供作為活性物質(zhì)篩選材料。本所目前成果 :4. 已建立多樣性的臺(tái)灣高溫放線菌、臺(tái)灣本土放線菌及臺(tái)灣海洋真菌等三個(gè)菌株庫(kù)。5. 已建立海洋真菌及臺(tái)灣高溫放線菌二個(gè)發(fā)酵庫(kù)。6. 已初步建立活性評(píng)估系統(tǒng)。7. 已建立放線菌及海洋真菌之鑑定分離與培養(yǎng)技術(shù)。聯(lián)絡(luò)人：王培銘研究員03-5

14、223191 轉(zhuǎn) 520曾 敏研究員03-5223191 轉(zhuǎn) 582陳慶源研究員03-5223191 轉(zhuǎn) 546 B9506 微生物比較基因體在生物轉(zhuǎn)換之開發(fā)合作方式：先期參與背景說明：生物轉(zhuǎn)換是以微生物或其酵素催化化學(xué)反應(yīng)之進(jìn)行，因具有光學(xué)活性及結(jié)構(gòu)的特異性及化學(xué)反應(yīng)專一性，常被應(yīng)用於特用化學(xué)品之生產(chǎn)與藥物開發(fā)上。目前已知具特殊生物轉(zhuǎn)換能力之微生物多為真菌來源，其代謝產(chǎn)物複雜，常增加後續(xù)純化之困擾，有些又屬病源性微生物，在應(yīng)用面上有安全性之顧忌。以生物轉(zhuǎn)換法為基礎(chǔ)提供steroid類衍生物作為藥物開發(fā)，是國(guó)內(nèi)外藥廠或原料藥製造廠切入steroid類新藥研發(fā)之重要一環(huán)。本研究開發(fā)之重點(diǎn)在結(jié)合生

15、資中心多樣化微生物收存之利基，及整合利用紅麴菌生物系統(tǒng)訊息與微生物比較基因體學(xué)所得資訊，開發(fā)具備特定結(jié)構(gòu)修飾之生物轉(zhuǎn)換酵素功能表現(xiàn)平臺(tái)，將有利於建立高效之生物轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。公領(lǐng)域微生物基因體資訊豐富，可利用生物資訊技術(shù)進(jìn)行比較基因體的分析與知識(shí)探勘，礦採(cǎi)微生物中值得開發(fā)之生物轉(zhuǎn)換酵素基因標(biāo)的。固醇類藥物開發(fā)極具市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Γ?003年在全美銷售營(yíng)業(yè)額達(dá)81億美元。利用多樣化微生物資源之收存與發(fā)酵庫(kù)之建構(gòu)，結(jié)合比較基因體資訊及酵素科技，開發(fā)生物轉(zhuǎn)換酵素，可成功運(yùn)用於生技醫(yī)藥產(chǎn)品製程。計(jì)畫目標(biāo)及效益 :1. 建立以比較基因體與文獻(xiàn)探勘之資訊技術(shù)，礦採(cǎi)微生物中具固醇類化合物生物轉(zhuǎn)換功能之酵素基因標(biāo)的，並

16、進(jìn)行資訊加值開發(fā)。2. 開發(fā)以固醇類化合物cortisone為架構(gòu)，進(jìn)行monohydroxylation之酵素基因，並建立轉(zhuǎn)換率在50%以上之功能表現(xiàn)系統(tǒng)。本所目前成果 :1. 完成紅麴菌基因體序列草圖並已建構(gòu)基因體資訊分析平臺(tái)與運(yùn)算環(huán)境。2. 已建立紅麴菌生物轉(zhuǎn)換酵素基因選殖系及其於大腸桿菌之表現(xiàn)系統(tǒng)。聯(lián)絡(luò)人：朱文深資深研究員兼副主任03-5223191 轉(zhuǎn) 541陳倩琪研究員03-5223191 轉(zhuǎn) 593黃麗娜研究員03-5223191 轉(zhuǎn) 548B9507 造血幹細(xì)胞多樣性應(yīng)用之研發(fā)造血幹細(xì)胞誘導(dǎo)分化為血小板前驅(qū)細(xì)胞合作方式：先期參與背景說明：造血幹細(xì)胞具有無限制分裂增殖與多能分化的特性，因此利用大量增殖後之造血幹細(xì)胞誘導(dǎo)成為血小板前驅(qū)細(xì)胞，作為治療凝血不良或血小板不足之患者。由於經(jīng)誘導(dǎo)分化為特定之血小板前驅(qū)細(xì)胞，在人體使用時(shí)沒有免疫排斥的問題，且可在一定的時(shí)間內(nèi)被代謝消除，具有高潛力的臨床應(yīng)用價(jià)值與前瞻性的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價(jià)值，是值得深入探討與發(fā)展的研究主題，進(jìn)而奠定相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。計(jì)畫目標(biāo)及效益：1. 建立血