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中国酶工程的兴旺与崛起(上)

   日期:2015-11-11     来源:生物工程学报    作者:黎高翔    浏览:5562    评论:0    
核心提示:1989–2014 年,我国共举办了 9届全国酶工程会议,酶工程的研究和应用在国内得到广泛重视,科研工作者们群策群力,扩展了酶工程研发的很多新领域,历经 25 年的奋斗拼搏,在我国各科研院校形成了许多优秀的科研队伍,建立了许多酶工程研发的技术平台和中心,学术水平迅速提高,在酶工程的主要领域,已赶上或有些已超越了国际先进水平,有些获得国家科学技术发明和进步奖,为国家酶工程产业化作出了重要贡献。
黎高翔
   黎高翔研究员,国务院政府特殊津贴获得者,1957年毕业于北京大学植物生理专业,1984年作为中国科学院交流学者赴芬兰赫尔辛基工程大学从事研究工作一年,1985年回国仍在中国科学院微生物研究所从事研究工作。曾任美国学术杂志Applied Biochemistry and Biotechnology编委(1989-2003年),国际酶工程组织委员会中国委员(1995-2005年),中国微生物学会常务理事(1996-2006年),中国微生物学会酶工程专业委员会主任(1989-2006年),现任酶工程专业委员会名誉主任,中国微生物学会顾问。从事微生物戊糖代谢途径、工业酶、临床诊断用酶、生物传感器等研究,在国内外发表论文140篇,获得中国科学院科技进步成果二等奖两项、重大成果奖一项、美国工程基金会贡献奖一项。
 

自 1970 年开始,在酶制剂工业的基础上,我国酶工程研究只局限于当时兴起的固定化酶及细胞、生物传感器、生物反应器以及天然酶诱变育种的酶制剂工业。在 1988 年召开的全国固定化生物催化剂会议上,已有大量成果问世,为中国酶工程的发展打下了坚实的基础。
但是,早在 1971 年美国工程基金会就已组织了第一届国际酶工程会议,事隔 10 年,直至1981 年在日本召开的第六届国际酶工程会议上,才以张树政院士为代表的我国科研人员首次参会。当时,我国酶工程领域研究大大落后于国际水平。
为了适应国际酶工程的迅猛发展,加强国内外同行的学术交流与合作,在邹承鲁院士、张树政院士和国内著名专家倡议下,中国微生物学会于 1989 年 7 月成立了酶工程专业委员会,当年就立即组织了 12 人代表团赴日本参加第十届国际酶工程会议,并与日方商约好每两年召开一次中、日酶工程会议。直至 2004 年韩国要求加入形成了中、日、韩三方的酶工程会议。至现在,25 年中连续成功举办了十四届中、日、韩酶工程会议,已形成了亚洲酶工程的轴心。
1997 年,经国际酶工程组委会批准,由我国酶工程专业委员会在北京主办了第十四届国际酶工程会议[1],会议由南开大学俞耀庭教授和国际酶工程组织委员会委员黎高翔研究员任大会主席。会上,邹承鲁院士、张树政院士、田波院士、王志珍院士等我国 8 位酶学专家作了特邀报告。显示了中国酶工程研究的初步成果,获得国际上的一致好评。此次大会云集了国际上很著名的酶工程专家教授,如美国 Arnold F H 教授、Klibanov A M 教授、Blanch H B 教授、Dordick JS 教授、Russell A J 教授、Clark D S 教授、瑞典Mosbach K 教授、德国 Wandrey C 教授、SchellerF 教授、日本 Tanaka A 教授、Karube I 教授、Shimizu S 教授和以色列 Katchalski-Katzir E 教授等,是一次国际上高水平的酶工程盛会,与会者充分领略了国际酶工程的新领域、新思想、新技术。
这之后的 1989–2014 年,我国共举办了 9届全国酶工程会议,酶工程的研究和应用在国内得到广泛重视,科研工作者们群策群力,扩展了酶工程研发的很多新领域,历经 25 年的奋斗拼搏,在我国各科研院校形成了许多优秀的科研队伍,建立了许多酶工程研发的技术平台和中心,学术水平迅速提高,在酶工程的主要领域,已赶上或有些已超越了国际先进水平,有些获得国家科学技术发明和进步奖,为国家酶工程产业化作出了重要贡献。
1 酶的基因工程与蛋白质工程
工业生物催化在 20 世纪 90 年代兴起,与蛋白质定向进化、基因组学和蛋白质组学技术的发展有关。工业生物催化的核心是酶的应用,与传统的化学催化相比较,生物催化有位点专一性和立体专一性的优势,人们可以按人类的意愿进行“再进化”手段,而不需要了解酶的结构,可以采取基因克隆、随机突变或杂交、定点突变,用易错 PCR 方法构建突变库,结合高通量筛选策略来提高酶的活性、稳定性、立体选择性及非水反应性能。
我国在过去 25 年中 (至 2014 年),共 9 届的全国酶工程会议上,发表论文总数为 978 篇,其中酶基因工程与蛋白质工程论文达到 356 篇,占总论文数 36.4% (表 1)。是一次很大的飞跃和崛起[2-10]。《生物工程学报》曾于 2009 年与 2012 年结合酶工程会议出版了“酶工程”系列专刊[11-12]。
表 1 历届中国酶工程会议上有关基因工程酶论文数 (篇)
Table 1 Genetic engineering papers in Chinese enzyme engineering symposium
Enzyme Number of papers Enzyme Number of papers
 
历届中国酶工程会议上有关基因工程酶论文数 (篇)
 
    木聚糖酶是半纤维素降解的关键酶,我国用橄榄绿链霉菌基因转到毕赤酵母 Pichiapastoris 获得高效表达。酶活性为 1 200 U/mL,比活性为 2 869 U/mg。具非常好的抗蛋白酶降解能力[3]。嗜酸真菌 Biospora sp. MEY-1 四个基因成功克隆到毕赤酵母异源表达,重组酵母XYL11 酶比活力为 1 8831 U/mg,90 ℃ 10min仍保留 87%以上活力。降解燕麦木聚糖主要产木糖和木二糖,具有很好抗蛋白酶降解的能力[8]。用黑曲 IME-216 产木聚糖基因克隆到酿酒酵母中表达,活力提高到 90 000 U/mL[8],其余 30多篇木聚糖酶基因在 Escherichia coli 等中表达的论文不再一一详述。
 
饲料用酶已成为世界工业酶产业中增长最快、实力最强的酶工业。植酸酶是饲料中植酸降解为无机磷酸和肌醇的饲料添加剂,中国农业科学院饲料研究所将黑曲霉 Aspergillus niger963 植酸酶基因重组到毕赤酵母中得到高效表达,酶活力达 8×105IU/mL,比原黑曲霉产量提高了3 000 倍以上,大大高于国外报道的工程菌[4,11],国内已建立了多家生产企业。
 
纤维素酶是多酶的复合酶系,非理性设计是目前纤维素酶定向进化的方法,木霉纤维素外切酶和纤维素内切酶已在噬菌体展示功能。目前已经克隆表达一批中碱性纤维素酶的基因,可用于纺织和洗涤剂,造纸工业用途的中性内切纤维素酶工程菌优化培养,酶活可达32 529 U/mL[10],提高了原株的 7.8 倍。将福寿螺 Ampullaia crossean 多功能纤维素酶基因在E. coli 中表达,得到高比活力纤维素酶系,对木聚糖、对硝基酚纤维二糖苷、羧甲基纤维素有很好的水解活性[5]。克隆拟康木霉 S38 Swollenin基因可能是破坏氢键,是真菌降解纤维素酶系的组成部分[6]。此外,我国还开展了黄翅大白蚁木质纤维素降解酶系的研究[10]。
 
 
标签: 酶工程 酶制剂
 
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