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1、1.技术解决化学(生物)工程问题的基因工程策略传统的化学工程的核心是所谓的“三传一反”，即：动量传递、热量传递、质量传递和反应工程。在生物化学工程中，同样存在着这些问题。目前，生物化工工作者，通常是通过物理或化学的方法来解决这些问题的。问题的提出例如，在生物好氧发酵过程中，氧的供应是一个重要的问题，因为氧在水溶液中的溶解度是很低的。因此，保证供氧往往成为菌体生长和代谢的限制性因素。尤其为了提高产品的产量和降低生产成本进行大规模、高密度培养时，氧的供给和传递问题就更加突出。一例生化工程问题通常的方法是加强搅拌和加大通气量，甚至通富氧或在发酵液中加入可高溶氧的物质（氧载体），来满足菌体对氧
2、的需求。无疑，这些措施都会增加能耗和生产成本。有时甚至仍达不到高密度培养的要求。因此，提高氧的利用率是生物发酵过程中出现的一大难题。又例如：生物化工中，大多数基因工程产品是胞内产物，即：产物积累在细胞内。因此，在细胞培养或发酵后，需要破碎细胞、释放胞内产物。破碎细胞是生物产品后处理中一个比较特殊和麻烦的操作过程。又一例生化工程问题传统的细胞破碎方法有：1、机械法、2、溶剂萃取法、3、化学试剂法、4、酶法，等等。各种方法都有一定的缺陷和局限性。1、机械法—设备昂贵，产品变性；2、溶剂萃取法—溶剂回收，环境污染；3、化学试剂法—环境污染，产品变性；4、酶法—操作复杂，条件苛刻，需加外源酶。
3、生物技术有许多优点，人们对此有很高的期望，但是为什么生物技术没有在生产中得到预期那样快的发展呢？其原因很多，其中一个重要的原因是生物技术本身在工程上存在着一些问题。生化产品生产中存在的问题生化产品生产中存在的问题1、发酵成本高：培养基—组成复杂，原料昂贵；供氧—加强通气/搅拌，能耗高，通纯氧；2、回收成本高：产物浓度低；杂质含量高；分离提取困难。3、废物、废水的处理问题。生化产品生产中存在的问题总起来：存在的主要问题：在许多情况下，与其它生产法相比，往往生产成本较高。基因工程的新作用随着生物技术的日益发展，可以利用基因工程技术来解决化学工程的问题，从而实现高效生产和降低生产成本的目的。
4、这为基因工程的作用赋予了新的含意，即用基因工程来解决化学工程问题。一个实例：以聚β-羟基丁酸酯（PHB）的生产为例：这是一种用微生物发酵法生产的可生物降解的高分子材料，它还具有生物相容性、压电性及低透氧性等许多独特的优点。不仅可以在医药、电子等高技术领域广泛的应用，并可望为解决日益严重的“白色污染”问题带来希望。但是，如上所述的那样，在PHB生产中存在的主要问题也是：成本较高。其原因是：●发酵水平低；●发酵成本高：●回收成本高：细胞可控裂解E.colicell透明颤菌血红蛋白基因λ噬菌体裂解基因PHB合成基因提高氧利用率高产率低成本新菌株构建生产PHB的基因工程策略为提高合成PHB的能
5、力：利用大肠杆菌快速生长和可利用廉价碳源等优点，将合成PHB的基因在大肠杆菌中克隆和表达，以达到提高产量、降低成本的目的。利用烈性噬茵体裂解细胞壁在菌体中添加烈性噬菌体可以有效地裂解细胞,破细胞壁。1994年报道了用T4噬菌体来裂解E.coli细胞的方法。但由于烈性噬菌体不可控,它的引入和散布不但会污染生产环境,给后续的培养带来很大的麻烦,甚至会危害到菌种,所以通常情况下,这种方法是不可取的,也是不实用的。这方面的报道也很少利用温和性噬菌体裂解细胞壁利用温和性噬菌体感染细胞,获得溶源菌,进而通过外在条件的变化来诱导细胞裂解,这种破细胞壁的方法,由于其可控,所以相对于用烈性噬菌体裂解细胞
6、的方法来说更具有吸引力。利用克隆噬菌体裂解基因的方法破细胞壁在温和性噬菌体中,E.coli的λ噬菌体是目前研究得最清楚的。在研究感染了λ噬菌体的E.coli的裂解时发现,对细胞起裂解作用的主要是λ噬菌体DNA上裂解基因所编码的酶。λ噬菌体的裂解基因包括S、R和Rz三个基因,其中R基因的产物是一种可溶于水的转糖基酶(transglycosylase),可分解细胞壁的肽聚糖。该酶与真正的溶菌酶的不同之处在于,它可以引起肽键水解,而溶菌酶却只使肽聚糖上相邻的N2乙酰氨基葡萄糖残基间裂开。Rz基因的产物可能是一种肽链内切酶(endopeptidase),它可以切割肽聚糖的寡糖之间和/或者肽聚糖
7、与细胞壁外膜之间的交联。R和Rz基因产物的功能是降解细胞壁,而S基因产物的作用是改变细胞质膜的通透性,在细胞质膜上形成多孔的结构,以使R和Rz基因产生的酶可以穿过细胞质膜,到达细胞壁,从而作用于细胞壁PHBbiosyntheticgenes(phbCAB)phbAβ-ketothiolase(β-酮硫解酶)phbBaceto-acetyl-CoAreductase(NADPH为辅酶的乙酰乙酰CoA还原酶)phbCPHBsynthasePHB合成
