术的发展提供了良好的基础。同时，由于工」随着高性能计算机和数据管理分析方法的 业生物技术的工业属性和学科交叉特点，目 进步，人们对酶的认识更加深入，应用传统 T 前仍有很多基础科学问题需要研究。这些科 的理性分子设计方法制造新的酶也更加容 蜜 学问题涉及“从基因组到产品”的各个环节， 易。这些技术在增加酶的反应多样性、改变 包含从分子水平（基因组）到细胞水平（代谢 酶的各种性能等方面已得到成功的应用。 水平)、反应器水平，以至整个过程的水平。 尽管我倒在生物催化剂研制方面已经 若要提高工业生物技术的贡献率，一些关键 取得了长足进展，但是与国外相比仍有一定 技术问题亟待解决问。 的差距。例如，我国酶制剂中的支柱产品如 2.1.1微生物资源库和微生物功能基因 糖化酶，产酶活力仍停留在32000U/mL左 组学技术 右，而国外已经达到50000U/mL。由于成 微生物种或磷是工业生物技术的基 本偏高且质量不稳定，我创酶制剂产品难以 础。目前全世界至少有58个国家建立了专 进人国际市场。为此，仍需要加大力度进行 门的菌种保藏中心，保藏菌种80多万株，已 生物催化剂的发现和改性研究©。在生物催 经开发的商品酶有200种左右。但现有的资 化剂的定向改造技术中，最大瓶颈是缺乏通 源库远远不能满足工业生物技术的需求间。 用的高通量的筛选方法，或比较通用的针对 工业生物技术的发展为新型生物催化剂的 目标活性的选择方法。因此高通量筛选日益 来源提供基础。从自然界中筛选所需要的菌 受到人们的重视。随着工业生物技术的发 种是目前工业生物技术的主要特点，大部分 展，人们对生物催化剂的要求也日益增高， 成功的高产工业化菌株是从自然界缔选得 寻找新型生物催化剂或通过定向改造技术 到的野生型菌株。但是目前人类筛选的范围 增加生物催化剂的新功能及新底物仍是目 十分有限，仅占微生物总数的01%一1%， 前的主要任务。 需要大力拓展筛选的范围口。应当重视对新 2.1.3重要工业微生物的代谢工程 来源的菌种（包括极端微生物与未培养微生 过去10年中，以主要工业微生物为对 物)的研究，特别应重视耐热、耐酸碱、耐盐 象的基因组学、蛋白质组学和代谢组学研究 和耐有机溶剂等极端微生物资源的发掘和 非常活跃。随着对微生物代谢网络研究的深 利用。 入，及DNA重组技术的日趋完善，通过基因 2.1.2生物催化剂快速定向改造新技术 克隆技术改变微生物代谢途径的某些关键 近年发展起来的定向进化技术，大大加 步骤，已大大提高了产物产率：通过基因重 速了人类改造酶原有功能和开发新功能的 组技术改造微生物的代谢途径，还可以生产 步伐。分子定向进化技术已被用于上百个酶 出传统发酵工业无法获得的新产品。大量新 的进化。目前定向进化的主要研究方向有： 生物化学合成途径的解析，为化学品生产创 提高酶的热稳定性；提高有机溶剂中酶的活 造了前所未有的特殊机会。例如，在分析代 性和稳定性；扩大底物的选择性：改变光学 谢流的基础上，找到刚性节点，通过化学小 异构体的选择性等。定向进化的核心技术包 分子调节关键酶，可以实现1,6二磷酸果 括易错PCR技术，DNA shuffling技术及高 糖的超量生产。在以木质纤维素为原料的燃 通量筛选技术低明。 料乙醇工艺研究中，美国学者利用基因工程 各类工业微生物基因组学和蛋白质组 手段，将五碳糖产乙醇的代谢途径和六碳糖 学研究的飞速发展，导致了海量信息产生， 产乙醇的代谢途径整合到一个微生物中间， 5082010年·第25卷.第5期 万方数据国 羹 錾i 篁苍I 术的发展提供了良好的基础。同时，由于工 业生物技术的工业属性和学科交叉特点，目 前仍有很多基础科学问题需要研究。这些科 学问题涉及“从基因组到产品”的各个环节。 包含从分子水平(基因组)到细胞水平(代谢 水平)、反应器水平，以至整个过程的水平。 若要提高工业生物技术的贡献率。一些关键 技术问题亟待解决四。 2．1．1微生物资源库和微生物功能基因 组学技术 微生物菌种或酶是工业生物技术的綦 础。目前全世界至少有58个国家建立了专 门的菌种保藏中心，保藏菌种80多万株．已 经开发的商品酶有200种左右。但现有的资 源库远远不能满足工业生物技术的需求[61。 工业生物技术的发展为新型生物催化剂的 来源提供基础。从自然界中筛选所需要的菌 种是目前工业生物技术的主要特点，大部分 成功的高产工业化菌株是从自然界筛选得 到的野生型菌株。但是目前人类筛选的范围 十分有限。仅占微生物总数的0．1％一l％。 需要大力拓展筛选的范围阴。应当重视对新 来源的菌种(包括极端微生物与未培养微生 物)的研究，特别应重视耐热、耐酸碱、耐盐 和耐有机溶剂等极端微生物资源的发掘和 利用。 2．1．2生物催化剂快速定向改造新技术 近年发展起来的定向进化技术，大大加 速了人类改造酶原有功能和开发新功能的 步伐。分子定向进化技术已被用于上百个酶 的进化。目前定向进化的主要研究方向有： 提高酶的热稳定性；提高有机溶剂中酶的活 性和稳定性：扩大底物的选择性；改变光学 异构体的选择性等。定向进化的核心技术包 括易错PCR技术、DNA shuffling技术及高 通量筛选技术ta,91。 各类工业微生物基因组学和蛋白质组 学研究的飞速发展，导致了海量信息产生， 随着高性能计算机和数据管理分析方法的 进步，人们对酶的认识更加深入，应用传统 的理性分子设计方法制造新的酶也更加容 易。这些技术在增加酶的反应多样性、改变 酶的各种性能等方面已得到成功的应用[71。 尽管我国在生物催化剂研制方面已经 取得了长足进展，但是与国外相比仍有一定 的差距。例如，我国酶制剂中的支柱产品如 糖化酶，产酶活力仍停留在32 000IU／mL左 右，而国外已经达到50 000IU／mL。由于成 本偏高且质量不稳定．我国酶制剂产品难以 进入国际市场。为此，仍需要加大力度进行 生物催化剂的发现和改性研究【lOl。在生物催 化剂的定向改造技术中．最大瓶颈是缺乏通 用的高通量的筛选方法．或比较通用的针对 目标活性的选择方法。因此高通量筛选日益 受到人们的重视。随着工业生物技术的发 展，人们对生物催化剂的要求也日益增高． 寻找新型生物催化剂或通过定向改造技术 增加生物催化剂的新功能及新底物仍是目 前的主要任务。 2．1．3重要工业微生物的代谢工程 过去10年中，以主要工业微生物为对 象的基因组学、蛋白质组学和代谢组学研究 非常活跃。随着对微生物代谢网络研究的深 入，及DNA重组技术的日趋完善，通过基因 克隆技术改变微生物代谢途径的某些关键 步骤，已大大提高了产物产率；通过基因重 组技术改造微生物的代谢途径，还可以生产 出传统发酵工业无法获得的新产品。大量新 生物化学合成途径的解析。为化学品生产创 造了前所未有的特殊机会。例如，在分析代 谢流的基础上，找到刚性节点。通过化学小 分子调节关键酶，可以实现l，6．二磷酸果 糖的超量生产。在以木质纤维素为原料的燃 料乙醇工艺研究中。美国学者利用基因工程 手段，将五碳糖产乙醇的代谢途径和六碳糖 产乙醇的代谢途径整合到一个微生物中【哪。 c。J∞0∞0叱cO!s!00D^。=O乱醇》g一巴茄 万方数据