紅麴菌基因體計畫

背景思維


  1. 紅麴菌具有食品及醫藥保健之發展潛力
    1. 在食品領域,紅麴菌為東方使用在食品及釀酒等之發酵菌種,尤其用於肉類加工、食用紅麴色素、紅醋及紅露酒等;
    2. 在醫藥領域,中國古籍紅麴即為『紅曲』,在本草綱目記載具消食活血、健脾躁胃、治女人血氣痛及產後惡血不盡。日本已證實之功效為降血脂及降血壓,並有動物實驗說明其降血糖之潛力尚未獲得確認;
    3. 紅麴菌具多功效代謝物質未被發現,部份研究報告說明紅麴菌具多樣化功能,包括抑菌、降膽固醇、降血壓、降血糖、防老年痴呆、抗氧化、抗老化、防癌、抗疲勞、護肝等功效。
  2. 紅麴菌產業,除了用於食品添加及釀酒外,多應用在保健食品,國內有多家公司進行紅麴產品的販售,相關產品市場值約2-3億台幣,但傳統食品市場值無法估算。
  3. 紅麴菌原料多從中國大陸進口,主要是固態發酵,每批紅麴原料之品質無法控制,且多數含高量之真菌毒素citrinin。
  4. 紅麴菌的研發,
    1. 在產業面,停留在已知功效降血脂之保健食品市場,無法擴展市場面並利用紅麴菌在古籍記載之功效,進行新藥的開發;
    2. 在技術面,產品的技術開發僅在菌株篩選後進行液態發酵生產,或引進大陸固態生產之原料進行膠囊或打錠等加工即為產品。
    3. 在產業或技術開發層面均無法挖掘紅麴菌在新藥開發的潛在價值。
  5. 邁入人類基因體研究之後基因體時代,面臨國際市場的競爭壓力,真菌基因體開發已成為國際趨勢,特別是具有工業開發價值之真菌基因體,因此紅麴菌基因體開發利基,
    1. 為台灣本土篩選之優良菌種;
    2. 本所掌握菌種改良及固態液態發酵量產技術;
    3. 中國古籍已有多種功效之記載,目前尚未對其機制進行研究;
    4. 國內具備基因體相關技術的研發能力,包含高效能高品質之定序、生物資訊的工具整合應用、生物晶片製作分析與代謝物結構分析等技術;
    5. 國際對該屬之菌種的利用所知有限。
  6. 紅麴菌基因體開發可解決產業問題,包括
    1. 紅麴菌具多功效代謝物質未被發現,基因體提供一個全面的訊息,以預測可能擁有之代謝物及其基因調控機制,以開發新功效物質;
    2. 紅麴菌擁有之負面因子如真菌毒素因菌種及發酵條件不同而有差異,基因體訊息以提供生成及控制基因的表現,以利未來在育種或以發酵控制抑制該負面因子的生成。

紅麴菌基因體計畫里程碑


1. 階段性目標
(1) 2002年計畫開始逐一建立基因體解碼與功能研發技術平台,
(2) 2004年獨立完成紅麴菌基因體序列草圖,為我國完成的第一個真菌基因體解碼。
(3) 2005年在經濟部業界科專計畫的支持下,推動「紅麴菌基因體商業化應用研發聯盟」,運用策略是利用研發聯盟先期研究計畫中找出新功效開發潛力,共同申請大業界科專計畫從事後續研發,並由相關的技術導入促成產業投入,引發更具規模的經濟效益。
2. 產業推動之規劃與策略
(1) 先期以低授權金或透過權利金分享成果,促成業界投入,並運用技術上中下游之整合籌組研發聯盟,由廠商合作的研發能量,共同開發產品以帶動基因體產業。
(2) 推動多家業者成立『紅麴菌基因體商業化應用研發聯盟』以紅麴菌新產品為訴求,整合各家業者的關鍵技術,朝向新組成配方及新功效保健食品與Statin衍生前導藥物的產品目標進行研發,以深耕及擴大台灣的紅麴產業
(3) 本所擬進行『紅麴菌全面性及深層次的開發』,以本所的關鍵技術針對菌種分離鑑定、菌種改良及各式發酵技術,結合食品加工及配方運用,並以紅麴菌基因體的訊息為基礎,開發預防周狀動脈硬化新指標(降低不好的低密度膽固醇、降低三酸甘油脂及提升好的高密度膽固醇)且無真菌毒素的紅麴菌株及紅麴產品
(4) 持續紅麴菌基因體的研究與應用開發,並推動學界合作研發,以基礎研究加值紅麴菌基因體訊息,以提供業界研發聯盟產品開發技術的運用,結合本所紅麴團隊並針對產品產業化的關鍵技術,提供業者之技術支援與服務
3. 預期之產業效益
(1) 本所促成之紅麴菌基因體商業化應用研發聯盟,無論在新功效保健探索、新藥開發、酵素開發應用、製程研究、建立風味及建立檢測標的等,皆是將紅麴菌株及其代謝物與基因體資訊的結合,並朝向商業化應用之產品開發為目標。
(2) 此計畫的延伸落實產業界,可加速基因體產業之發展,建立基因體資訊與發酵製程開發整合之技術平台,以基因體與代謝物資訊開發新功效,由資源整合及互補合作,奠定以紅麴菌基因體商業化應用開發技術。

紅麴基因體成果


1.完成紅麴菌基因體序列草圖
(1)利用全基因體散彈(whole genome shotgun)定序技術,完成673,853筆高品質序列讀值的序列組裝,產生709筆長度在2KB以上的Contig,建立紅麴菌Monascsu pilosus BCRC 38072全基因體定序草圖26.4 Mb,其中包括大片段的17筆主要的Supercontig(佔總長度94.8%),及422個未被連結的小片段Contig(佔總長度5.2%),與先前已知的13筆BAC/Fosmid contig比較,組裝草圖涵蓋99.1%的前述序列。
(2)利用基因預測工具,從此組裝序列草圖中,預測共有9,997個基因,其中891個基因註解為未知功能之蛋白質。
2.本所與九家業者共同組成紅麴基因體產業化應用研發聯盟 
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