淨零減碳之綠色化學　基因編輯微生物生產生質化學品 112年09月06日

發稿日期：112年9月6日工程技術研究發展處　聯絡人：程弘副研究員　電話：(02)2737-7776E-mail：hcheng@nstc.gov.tw 基於全球暖化的趨勢，目前國際化學工業致力於減少石化燃/原料使用，終端產品要求一定比例的綠色/生質原物料，因此化學產品以基因改造微生物生產已成為進入市場的門檻。國科會積極推動淨零減碳政策，為永續地球環保做出貢獻。在國科會「產學大聯盟計畫」、「中堅躍昇研究計畫」以及「特約研究計畫」長期支持下，國立清華大學化工系胡育誠講座教授開發出各種「基因編輯微生物生產生質化學品」技術，可協助化學工業減少在製造化學品過程中所產生的碳排放以及能源消耗。 胡教授發展最新的基因編輯CRISPR(clustered, regularly interspaced, short palindromic repeats)技術，調控微生物的代謝路徑，使得微生物生產自然界中原本不會生產的生質化學品。舉例而言，胡教授開發基因編輯藍綠菌(一種可以行光合作用以二氧化碳為碳源的細菌)的CRISPR技術，大幅縮短基因改造藍綠菌的時間，並可將二氧化碳捕捉轉換成生質化學品2,3-丁二醇，達到淨零減碳的目的。以前述技術為基礎，胡教授實驗室成功基因編輯許多難以用傳統方法基因改造的微生物，如戀臭假單胞菌，更發展出創新的SHOT (ShCAST-based Optimized Transposon)基因編輯技術改造大腸桿菌。這些技術及菌株已成功用於生產琥珀酸、2,3-丁二醇、2,5-呋喃二甲酸等重要化學原料。 此外，胡教授結合合成生物學與代謝工程，發現新的基因，並開發嶄新的基因編輯技術改造酵母菌，以生產高價值的中碳鏈二元酸，發展出臺灣第一個自有生產技術。中碳鏈二元酸是製造高價值尼龍、高檔潤滑油、聚酰胺熱熔膠、高級香料、防銹劑、耐腐蝕塗層之重要原料；傳統的化學生產法包括脫氫、分離和氧化等多種複雜步驟，過程需要高溫、高壓，以及高能量消耗，且存在爆炸和環境污染的風險。而利用基因改造微生物可以使用高度專一的酵素進行催化，在常溫常壓下進行反應，具有低能量消耗、低污染的優點，同時符合綠色化學生產的國際趨勢。目前全球中碳鏈二元酸供應主要來自於中國大陸，臺灣目前仍缺乏商業化生產的能力。胡教授研究團隊開發出自有的生產技術後，所生產中碳鏈二元酸的產量已經與世界領導廠商並駕齊驅。研究團隊同時也發展出下游的純化以及鑑定程序。目前已經申請三項臺灣、美國以及中國專利，並且進行製程的優化與放大，以進行後續的商業化生產。 化工產業是臺灣產業發展的基石，相關產品在人類的日常生活中無所不在，也協助創造了臺灣經濟奇蹟。現今製造半導體的原材料中，化工相關製品佔材料比重也達6成以上，可見化工產業也是臺灣的護國神山之一。長久以來化工產業均是以石油為原料，化學法生產為主。在淨零減碳更加迫切的時代，更安全、環保、節能的微生物轉化法成為化工產業必須轉型之路。胡育誠教授團隊的成果開創了自有的生質化學品生產能力，期待此生物轉換法能在化工產業中廣泛應用，往綠色製造與淨零減碳目標前進。 參考資料：1. 胡育誠、范玉南,周俊彥, 王興運, 劉珈男. 維斯假絲酵母的基因編輯系統、其基因編輯方法、生產十二烷二酸的轉型株及生產十二烷二酸的方法. 中華民國發明專利申請中. 申請日: 2022/9/29.2. 胡育誠、范玉南,周俊彥. 維斯假絲酵母的基因編輯系統、其基因編輯方法及其應用. 中國發明專利申請中. 申請日: 2022/9/29.3. Yu-Chen Hu, Ngoc-Nam Pham, Jun-Yen Chou, Hsing-Yun Wang, Jianan Liu. Gene Editing System of Candida viswanathii, gene editing method thereof. Transformant for producing dodecanedioic acid and method for producing dodecanedioic acid. US patent filed on 2023/03/24. 國科會李志鵬處長(左3)與清華大學胡育誠講座教授研究團隊合影。

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