辅因子工程技术优化微生物功能和其在发酵工程中的应用

《辅因子工程技术优化微生物功能和其在发酵工程中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、3782007年中国微生物学会学术年会(4)2004年，Aharoni．A等人用全基因组重排技术进行定向进化，使大肠杆菌磷酸酶对有机磷酸酯的活力提高40倍，同时使该酶对有机磷酸酯的特异性提高2000倍。笔者等人正在进行豆豉纤溶酶的定向进化研究，纤溶酶是一类催化血纤维蛋白水解，从而使血栓溶解的酶，在防治血栓性心脑血管疾病方面有重要应用价值。我们从广东阳江等地出产的豆豉及其半成品中分离得到产纤溶酶的微生物，通过诱变，筛选获得纤溶酶高产菌株，采用此菌株进行发酵工艺条件优化和分离纯化研究，获得了对血栓具有溶解活性

2、的纤溶酶。我们采用全基因组重排等技术对该酶进行定向进化研究，以期进一步提高该酶的催化效率和改进其催化特性，为该酶的生产和应用创造条件。综上所述，酶改性技术对于酶催化特性的改进具有显著的效果，可以提高酶活力，增强酶的稳定性，改变酶的底物专一性和对映体选择性，降低或消除酶的抗原性，有利于连续生产，可以显著提高催化效率，甚至获得新的酶种，提高酶的应用价值。进一步发展酶改性技术的研究和应用，对于酶工程和工业生物技术的发展具有重要的理论意义和应用价值。华南理工大学在酶的改性技术方面具有坚实的基础，总体水平居国内前列

3、，今后将继续发展，为我国酶改性技术，酶工程和工业生物技术的发展作出贡献。辅因子工程技术优化微生物功能及其在发酵工程中的应用刘立明堵国成陈坚(江南大学工业生物技术教育部重点实验室，无锡，214122)1．传统代谢工程的研究概况及其限制化石原料(如石油、煤炭)等不可再生资源和能源日渐枯竭的现状，迫使科学家考虑如何更好地利用(微)生物催化剂，以可再生生物质资源为原料生产重要的能源、化学、医药、食品及农用原材料，从而降低对石油的依赖性。同时，随着发酵制造业规模经济的实现以及化学过程对环境污染所造成的负担，迫使生物

4、技术产品成本不断下降，而化学过程产品价格不断攀升。与此同时产品结构的调整也是催化生物技术产品不断发展的另一深层次的原因。全球著名的化工企业，如Dupont、Degussa、Dow等一批大公司纷纷斥巨资于生物催化的行动表明，以工业生物催化(包括工业发酵)为核心的工业生物技术，在支撑2l世纪社会可持续发展的技术体系中的地位已经提到空前重要的战略高度，其发展目标是使整个社会的经济结构由石油经济过渡到生物经济。2007年中国微生物学会学术年会379以来源于生物质的己糖或戊糖为原料生产重要发酵产品的工业发酵，是工业

5、生物技术的核心研究领域之一。制约发酵产品工业化进程最关键的因素是目标产品的产量、目标产品对底物的产率和底物消耗速度。高产量有利于产物的后提取；高产率则有利于降低原料成本；而高底物消耗速度则可缩短发酵时间，降低能耗，并提高生产强度。对于一个具体的发酵产品来说，其目标是实现发酵法生产的高产量、高底物转化率和高生产强度的相对统一。为了提高工业生物过程的目标产品的高产量、高产率和高生产强度，需要将从自然界中筛选得到的微生物进行化学或物理诱变、或者基因操作以改善其工业性能。传统的育种手段虽然在工业应用上是有效的，但

6、由于突变的非定向性和设计的非理性，越来越暴露出其难以认识微生物生理本质的缺陷；而对微生物代谢特性的认识不足，又进一步妨碍了其对代谢能力的改造及工业应用。实际上，对微生物代谢过程的理解、开发和利用是否能达到或者超过化学加工水平，是提高发酵过程经济性的关键。基因工程技术的进步，为菌株改良提供了比传统诱变技术更为合理的手段，即能够利用重组DNA技术引入定向基因变化。1991年，Bailey把这一门新的科学称为代谢工程，并将其定义为“采用DNA重组技术，对细胞的酶反应、物质运输以及调节功能以达到提高、改善细胞活性

7、的目的”。代谢工程的应用范围非常广泛，其中，通过改变微生物细胞的生理功能来提高目的产物的产量、转化率和生产强度无疑是代谢工程领域最重要的研究方向之一。代谢工程利用分子生物学和遗传学原理分析代谢途径所属反应在基因水平上的表达与调控性质，并借助于DNA重组技术扩增、删除、植入、转移、调控编码途径反应的相关基因，进而筛选出具有优良遗传特性的工程菌或细胞。代谢工程的设计策略是代谢工程迫切需要解决的问题。对一个基因组序列和生化途径已知的微生物进行代谢工程研究可以降低盲目性，但并不是从途径中任意选择某个基因进行过量表

8、达或基因敲除就能够实现代谢工程的目标。举例来说，提高糖酵解速度是所有以糖质原料为底物的工业发酵过程共同关心的问题。但是怎样设计代谢工程才能提高酵解速度?酵解是研究最为透彻的生化途经之一，己糖激酶、磷酸果糖激酶和磷酸烯醇式丙酮酸激酶已被证实是多种微生物降解途径中的限速酶。即便如此，单独或者共同过量表达这三种酶的基因，并不能显著提高酵解速度。代谢控制分析的结果表明，控制糖酵解途径的速度的因素在于糖酵解途径本身之外，如胞内辅因子AT