微生物工程论文

引用文章或文献：

1.《发酵工程讲稿》.来自百度文库;

2.李彬,现代发酵工程展望.商洛师范专科学校学报,2003,V ol.17,No.4;

3.孙毅,发酵工程研究的新进展,ＳＣＩ-ＴＥＣＨＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ,2006,V ol.16,No.7;

4.杨静玲, 生物工程的现状及发展,（北方民族大学生命科学与工程学院);

5.曹军卫,微生物工程[M].科学出版社,2002;

6.敖宗华,陶文沂.生物工程技术对现代制药业的影响[J].世界科技研究与发展,1999,5.51~55;

7.沈萍.微生物学[M].高等教育出版社,2000;

8.HUANG Yin-jiu ,Application of Gene Engineering and Fermentation Engineering in Plant Pesticide and Microbial Pesticide,Journal of AnHui Agriculture Science，2007（19）：75

第一部分：微生物工程面临的挑战[1]

1. 微生物工程与合成化学工业的竞争

微生物工程,合成化学工业与农业生物工程在过去几十年中各自经历了巨大变化,以前,农业一直为微生物工程和化学工业提供原料,包括淀粉,蛋白质,油脂等.微生物工程完全依赖于农业原料,生产乙醇,酒精,丙酮丁酸,氨基酸,有机酸等小分子化学品,以及复杂的次级代谢产物(抗生素).小分子发酵产物为化工制药提供原料,复杂代谢产物又为农业提供安全,无污染农药.化学工业自20世纪50年代以来,采用石化原料合成多种合成纤维,塑料,人造橡胶,有机溶剂等,特别是有机溶剂的化学合成极大威胁微生物工业的生产.如20世纪50年代以后,丙酮丁酸发酵工业在石油化工发达的国家消失,我国丙酮丁酸发酵一直坚持到90年代,当时受国内石化工业的压力和进口产品涌入的双重竞争,使丙酮丁酸和乙醇大规模发酵工业基本消失.

但是,时代在前进,科技在进步,生物技术也在发展.从国际上来看,当前的微生物工程已开始对合成工业进行强烈竞争,由于育种技术，基因工程等多方面的运用,两项大产品柠檬酸和味精,估计年产量均已接近百万吨,单价也接近中等规模合成化学品;用作燃料的乙醇已达13亿吨,而合成不到1亿吨;另一例子是发酵乳酸,已完全替代合成乳酸.从工业用酶,如半合成青霉素,头孢菌素和淀粉糖化产业的发展,可以看到微生物技术的实力.

2.农业生物工程对微生物工程与合成化学工业的冲击

植物分子生物学的进展,促进农业生物技术突起,首先成功的是转基因作物,至今已有几十种转基因作物,如抗虫棉花,玉米,马铃薯,大豆,抗软化的番茄等,在许多国家大面积种植.除了提高抗性外,还进一步提高产品质量(如含硫氨基酸,赖氨酸等).

另外,多种微生物的酶可以在植物中表达,如植酸酶,菊粉合成酶,海藻糖合成酶,(PHB(V)),其中植酸酶可作为饲料添加剂,植酸酶转基因油菜种子,不经分离,用作饲料添加剂,效果显著. 再者,转基因植物可生产多种抗体,包括霍乱毒素(CT-B,LT-B亚基)抗体,病毒外壳蛋白抗体,表面抗原抗体,狂犬病毒抗体,在马铃薯,烟草,菠菜中表达成为口服疫苗.在转基因植物中生产这些分子药物具有成本低于传统微生物发酵技术等的特点,所以,分子农业(molecular farming)对微生物技术有冲击.

第二部分：微生物工程的发展方向[2]

目前,微生物工程技术已深人到生产的各个行业,如工业、农业、矿业、化工、医药、食品、能源和环境保护等.微生物工程技术已作为一种新兴的工业体系发展起来,在各个行业的知识和技术创新中起着越来越重要的作用.

一、医药工业

新技术主要应用于三个方面:工艺改进、新药研制和菌种改造.工艺改进主要依赖于计算机理论及技术的发展.新药研制则得益于医学研究中对疾病机理的深人了解.菌种改造主要利用基因工程原理及技术.正是由于采用其它学科的理论和新技术成果,使得微生物工程成为一种高新技术.这反应出当今各学科之间相互渗透、相互支持,促进科学技术加速发展的趋势.传统的制药工业有两种:一是化学合成药物,其工艺复杂、条件苛刻、污染严重、毒副作用大; 二是生化药物,从动植物中提取或由微生物发酵而获得.但其受资源限制,代价昂贵,无法满足生产需求.所以采用生物工程技术,通过发酵工程技术为人们寻求新药带来了很大希望,如有关基因工程菌生产人胰岛素、乙肝疫苗、干扰素等.下面就以抗生素、维生素类常用药物为例。

抗生素科学家们采用基因工程和细胞融合技术,对抗生素产生菌进行了改造和重新设计,不仅制造出许多高效低毒的新型抗生素,并且通过改革工艺使抗生素产量成倍地增长.我国新构建的生产丁胺卡那霉素的“工程菌” ,就是把酞化酶基因克隆到卡那霉素产生菌中获得的.另外,为了对付细菌的抗药性,科学家们利用基因工程对原有的抗生素生产菌进行改造也取得了成功.

维生素科学家们经过研究通过“代谢途径工程”把棒状杆菌的2 , 5一D KG 还原酶(2 , 5一二酮基一D 一葡萄糖酸还原酶)的基因克隆到草生欧文氏菌中,结果构建成的“工程菌”一步发酵直接催化生成维生素C . 这是生物工程技术发展的一次飞跃,也为合成已知或未知的新药物开辟了新的途径。

二、食品工业

随着全世界人口总数的不断增加,可耕地面积日益减少,粮食及其它食品的需求问题日益严峻.而微生物工程正是为人类提供食品、改善营养的重要途径之一微生物蛋白微生物发酵生产的蛋白质,有的可直接供人食用,有的可做家畜、家禽饲料,增加市场的肉食供应.科学家们设计了分泌蛋白质的微生物,由“工程菌”(大肠杆菌和酵母菌)发酵生产高营养强化蛋氨酸的大豆球肮和鸡卵清蛋白,不再受动植物来源限制和季节气候的影响,单靠微生物就能高效快速地生产出动植物的纯蛋白氨基酸氨基酸生产过去都采用动植物蛋白提取和化学合成法生产,而采用基因工程和细胞融合技术生成的“工程菌”进行发酵,其生产成下降、污染减少,产量可成倍增加.新糖原微生物发酵生产的新型强力甜味剂甜度高、热量低,能够满足肥胖症、肝肾疾患以及糖尿病人的低糖食品要求.如天冬精(门冬酞苯丙酸甲酷)甜味是砂糖的2 4 0 倍,糖精的1 2倍.

饮料酒类我国一直沿用混合菌株传统酿造发酵技术(霉菌、酵母菌、细菌多菌株自然接种混合发酵),产品具有特殊香型风味一酒香、酱香、醋香.近年来已分离出己酸菌和甲烷菌,并发现它们在酿酒香型风味中的作用.利用现代发酵工程技术改革旧工艺,也已取得明显效果,例如在传统酿酒工艺过程中,构建由己酸菌和甲烷菌组成的“人工老窖” ,大大提高了产品的产量和成品味感;啤酒生产中在生物反应器中把酵母吸附于不动载体上,缓缓流人麦芽汁,啤酒的发酵时间缩短到1天,甚至9 0 分钟,而生物反应器中的酵母菌连续发酵3个月活力不降低,为制造“生物啤酒” ,开创了新途径.

其他食品添加剂微生物发酵生产的柠檬酸、乳酸、苹果酸等多种有机酸,是饮料中不可缺少的酸味剂.近年来，国内外发现一种不饱和脂肪酸一丫一亚麻酸,具有防癌、防病毒感染、防皮肤老化等功效,是理想的保健品、化妆品添加剂.亚麻酸过去从月见草种子中榨取, 现代发酵工程由毛霉等真菌发酵生产,成本降低,市场价格只是原来的1/50，另外,发酵工程生产的天然色素、天然新型香味剂,正在逐步取代人工合成的色素和香精,这也是现今食品添加剂研究的一个方向。

三、能源工业

能源紧张,是当今世界各国都面临的一大难题,石油危机之后,人们更加认识到地球上的