生物资源之创新加值与开发应用四年计画(第四年度)

1、生物資源之創新加值與開發應用四年計畫（第四年度）先期參與目 錄題目負責人B9501光合菌資源的開發與應用賴進此、郭秋媚、劉恆仲B9502高抗氧化物質微脂粒技術之開發與應用賴進此、鄭芳宜、孫潤伯、黃喬盈B9503台灣本土淡水溪流真菌資源的開發與應用陳慶源、謝松源B9504益生菌系列產品及技術之研發應用朱文深、朱兆秀B9505特殊功效本土放線菌之開發王培銘、曾 敏、陳慶源B9506微生物比較基因體在生物轉換之開發朱文深、陳倩琪、黃麗娜B9507造血幹細胞多樣性應用之研發黃效民、姚少凌B9501 光合菌資源的開發與應用合作方式：先期參與背景說明：光合細菌是具有多種生理功能的微生物，菌體富含蛋白質，包

2、括人體和動物所需要的必須胺基酸、維生素、天然色素和生理活性物質。在不同的自然環境下，具有固氮、脫氮、固碳和硫化物氧化等功能，與自然界中的氮、磷和硫循環有著密切的關係。光合細菌(photosynthetic bacteria，簡稱PSB)是一種以光為能源，行合成機制的原核生物，在厭氧環境下進行不生成氧氣光合作用之細菌。光合細菌可將氨(ammonia)、亞硝酸(nitrite)、硫化氫(hydrogen sulfide)，轉化為生長過程中所需之養分；亦可利用氧化電位比水還低之基質，如硫化氫或簡單的有機化合物，將還原物質轉化，增加氧化還原電位，淨化污水之水質。光合細菌於生技產業上的應用範圍很廣，此外

3、，繼美、日先後開放CoQ10做為保健食品及美容保養品原料後，全球市場規模約達 5 億美元，國內衛生署已開放CoQ10作為保健食品及美容保養品原料，勢將帶動相關產業發展之新契機。本研究目的主要在於探討光合細菌最佳培養條件，並利用所得之實驗結果進行初步放大生產，預期在將來能進一步應用於光合細菌大規模之生產，並建立CoQ10相關的回收技術，以滿足產業應用發展之需求。計畫目標及效益：1. 於最適化培養條件下，使光合菌高抗氧化物質輔酶CoQ10之產量達10 mg/g DCW以上。2. 開發發酵槽之放大培養技術，於百公升級以上之培養規模，使光合菌生產量達109CFU/mL以上。3. 開發抗氧化物質CoQ1

4、0之相關保健食品及化妝品。本所目前研究成果：1. 已篩選出具有生長快速之潛力菌株。2. 建立光合菌輔酶CoQ10之簡便分析技術及HPLC分析技術。3. 已初步建立光合細菌之最佳培養條件，CoQ10產量可達9 mg/L。4. 光合菌生產之菌數達109CFU/mL。5. 已建立光合菌輔酶CoQ10之實驗室級純化技術。計畫聯絡人：賴進此 研究員 (03)5223191轉517 郭秋媚、劉恆仲 副研究員 (03)5223191轉518B9502 高抗氧化物質微脂粒技術之開發與應用合作方式：先期參與背景說明：根據研究指出GSH及CoQ10在生物體內具有卓越的抗氧化功能，除了可作為保健食品外，應用於美容保

5、養品可幫助肌膚抵抗紫外線及外界環境污染物所產生的自由基傷害，具有抗老化與美白的功效。本所目前已開發微生物發酵生產高抗氧化物質GSH與CoQ10技術，但由於GSH為水溶性而CoQ10為脂溶性，因此本計劃希望能以微脂粒技術將兩者進行共包埋，使所得微脂粒載體可同時具有GSH及CoQ10的雙重功效，並且改善GSH細胞吸收效果較差及CoQ10水溶性差的問題。由於目前國人保健養生的觀念漸盛，因此市面上有許多不同的保健食品如雨後春筍般出現，其中大部分形式屬於錠片或是膠囊，此類產品在食用時可能會給予使用者有吃藥的感覺，而降低了產品的親和力，因此目前有產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，吸引消費者購買。但是許多功能性成分在液態時的穩定性往往較差，GSH及-GC亦是如此，因此本研究希望能建立以液態形式穩定儲存的方法。計畫目標及效益:1. 高抗氧化物質微脂粒技術之開發微脂粒粒徑小於500nm，包覆率大於50%2. GSH及-GC液態產品之開發具高安定性之飲料產品或化妝品之開發，GSH及-GC三個月降解率小於30%，半年降解率小於50% 本所目前成果:1. 高抗氧化物質(GSH、-GC及CoQ10) 發酵生產及純化技術2. 已初步建立微脂粒製備與分析技術聯絡人 賴進此 研究員 03-5223191轉517鄭芳宜 副研究員 03-5223191轉516B9503 台灣本土淡水

7、溪流真菌資源的開發與應用合作方式：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的重要來源，豐富多樣的真菌資源於生技產業發展中扮演重要角色之一。台灣位於熱帶及亞熱帶交界處，但亦有高海拔等溫帶環境，微生物資源豐富，淡水溪流真菌為發現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物質為基質，其種類包括子囊菌、擔子菌、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廣泛。全世界淡水溪流真菌目前已知超過430屬1000種，且陸續有許多新種被發表，形成一個獨特的生態群。台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多木本植物，其掉落或颱風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，具有優良研究淡水溪流真菌的環境。鑒於醫藥及生技產業上，新的微生物資源需求殷切，本計畫擬開發台灣本土淡水溪流真菌資源，建立具潛力的台灣本土淡水溪流真菌的發酵庫，以提供業者或研究單位進行活性物質篩選之材料，期望可以從中篩選出新型的、獨特的生物活性物質。計畫目標及效益 :1. 建立台灣本土淡水溪流真菌發酵系統。2. 建立發酵液最佳之萃取分離系統。3. 建立發酵庫的保存系統。4. 建立具潛力之台灣本土淡水溪流真菌的發酵庫，可作為活性物質篩選材料。本所目前成果 :1. 已建立多樣性的台灣淡水溪流真菌菌株庫。2. 已初步建立活性評估系統。3. 已建立淡水溪流真菌之鑑定分離與

9、培養技術。聯絡人：陳慶源研究員03-5223191 轉546 謝松源研究員03-5223191 轉 581陳美惠副研究員03-5223191 轉 547 B9504 益生菌系列產品及技術之研發應用-醣類營養素NGA (N-acetylgalactosamine)生產製程之研發合作方式：先期參與背景說明:醣類營養素之研究近十餘年來因碳水化合物新藥之研發而廣受重視。醣類營養素又稱為必需糖類，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。研究發現由某些益生菌所產生之胞外多醣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細胞與細胞間之正確聯繫，減少免疫系統因過度反應導致產生誤判而引發自體免疫之可能性。此外，NGA亦可與體內之醣醛酸(glucuronic acid) 生合成具有強化關節功能，減緩關節退化，成為協助再建軟骨和潤滑關節與治療退化性關節炎相當有功效之軟骨素(chondroitin)，具有取代現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、於體內生合成，而現有之產品主要為由牛或鯊魚骨中萃取，一方面其來源會有因感染(如狂牛症)或天災等不穩定之疑慮；亦有因為宗教無法攝取之顧忌，更有造成體質特殊消費者過敏等缺失。本計畫將系統性改良已篩得之本土高產量EPS(含NGA)微生物，使NGA之產量提昇，進而探討以微生物發酵生產NGA之最適條件，建立以微生物發酵生產NGA之製程技術。計畫目標及效益：1. 系統性改良已篩得之本土高產量EPS(含NGA)微生物，使NGA之產量提昇。2. 探討以微生物發酵生產NGA之最適培養基與條件。3. 建立以微生物發酵生產NGA之製程技術。本所目前成果：1. 已篩得本土高產量EPS(含NGA)微生物2. 已初步建立

12、醣類營養素NGA生產菌株之萃取及定量方法1.計畫負責人: 朱文深 資深研究員兼副主任 電話: (03)5223191轉541 朱兆秀 研究員 電話:(03)5223191轉546B9505 特殊功效本土放線菌之開發合作方式：先期參與背景說明 :自1943年美國人Waksman由放線菌Streptomyces griseus的代謝物中發現鏈黴素後，放線菌已成為抗生素開發的重要菌種，目前由放線菌所發現的抗生素種類已達4000種以上，其中50餘種已是在臨床上應用的藥物，可見放線菌資源的重要性。台灣由於獨特的地理環境，造就了豐富的微生物資源，本所已由台灣各地分離出許多特殊的放線菌。本計畫擬進行台灣本土

13、放線菌資源之開發，建立多樣化營養組成和物理培養條件之發酵樣品庫，以提供業者或研究單位進行活性物質篩選之材料，期望從中可以發現多樣性與獨特性之活性物質。計畫目標及效益 :5. 建立本土放線菌多樣化營養組成和物理培養條件之樣品庫。6. 進行發酵樣品庫樣品之抑菌活性及體外抑制癌細胞生長活性評估。7. 建立之多樣化發酵樣品庫後續可提供作為活性物質篩選材料。本所目前成果 :4. 已建立多樣性的台灣高溫放線菌、台灣本土放線菌及台灣海洋真菌等三個菌株庫。5. 已建立海洋真菌及台灣高溫放線菌二個發酵庫。6. 已初步建立活性評估系統。7. 已建立放線菌及海洋真菌之鑑定分離與培養技術。聯絡人：王培銘研究員03-5

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

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訊息與微生物比較基因體學所得資訊，開發具備特定結構修飾之生物轉換酵素功能表現平台，將有利於建立高效之生物轉換系統。公領域微生物基因體資訊豐富，可利用生物資訊技術進行比較基因體的分析與知識探勘，礦採微生物中值得開發之生物轉換酵素基因標的。固醇類藥物開發極具市場發展潛力，2003年在全美銷售營業額達81億美元。利用多樣化微生物資源之收存與發酵庫之建構，結合比較基因體資訊及酵素科技，開發生物轉換酵素，可成功運用於生技醫藥產品製程。計畫目標及效益 :1. 建立以比較基因體與文獻探勘之資訊技術，礦採微生物中具固醇類化合物生物轉換功能之酵素基因標的，並

16、進行資訊加值開發。2. 開發以固醇類化合物cortisone為架構，進行monohydroxylation之酵素基因，並建立轉換率在50%以上之功能表現系統。本所目前成果 :1. 完成紅麴菌基因體序列草圖並已建構基因體資訊分析平台與運算環境。2. 已建立紅麴菌生物轉換酵素基因選殖系及其於大腸桿菌之表現系統。聯絡人：朱文深資深研究員兼副主任03-5223191 轉 541陳倩琪研究員03-5223191 轉 593黃麗娜研究員03-5223191 轉 548B9507 造血幹細胞多樣性應用之研發造血幹細胞誘導分化為血小板前驅細胞合作方式：先期參與背景說明：造血幹細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胞誘導成為血小板前驅細胞，作為治療凝血不良或血小板不足之患者。由於經誘導分化為特定之血小板前驅細胞，在人體使用時沒有免疫排斥的問題，且可在一定的時間內被代謝消除，具有高潛力的臨床應用價值與前瞻性的產業應用價值，是值得深入探討與發展的研究主題，進而奠定相關產業的發展。計畫目標及效益：1. 建立血