生物工程前景分析范文

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篇1

關鍵詞：微生物工程 現狀 前景

一、微生物工程面臨的挑戰

1. 微生物工程與合成化學工業的競爭

微生物工程，合成化學工業與農業生物工程在過去幾十年中各自經歷了巨大變化，以前， 農業一直為微生物工程和化學工業提供原料，包括淀粉，蛋白質，油脂等.微生物工程完全依賴 于農業原料，生產乙醇，酒精，丙酮丁酸，氨基酸，有機酸等小分子化學品，以及復雜的次級代謝產 物（抗生素）.小分子發酵產物為化工制藥提供原料，復雜代謝產物又為農業提供安全，無污染農 藥.化學工業自 20 世紀 50 年代以來，采用石化原料合成多種合成纖維，塑料，人造橡膠，有機溶 劑等，特別是有機溶劑的化學合成極大威脅微生物工業的生產.如 20 世紀 50 年代以后，丙酮丁 酸發酵工業在石油化工發達的國家消失，我國丙酮丁酸發酵一直堅持到 90 年代，當時受國內 石化工業的壓力和進口產品涌入的雙重競爭，使丙酮丁酸和乙醇大規模發酵工業基本消失. 但是，時代在前進，科技在進步，生物技術也在發展.從國際上來看，當前的微生物工程已開 始對合成工業進行強烈競爭，由于育種技術，基因工程等多方面的運用，兩項大產品檸檬酸和味精，估計年產量均已接近百萬噸，單價也接近中等規模合成化學品；用作燃料的乙醇已達 13 億噸，而合成不到 1 億噸；另一例子是發酵乳酸，已完全替代合成乳酸.從工業用酶，如半合成青 霉素，頭孢菌素和淀粉糖化產業的發展，可以看到微生物技術的實力.

2. 農業生物工程對微生物工程與合成化學工業的沖擊

植物分子生物學的進展，促進農業生物技術突起，首先成功的是轉基因作物，至今已有幾十種轉基因作物，如抗蟲棉花，玉米，馬鈴薯，大豆，抗軟化的番茄等，在許多國家大面積種植.除 了提高抗性外，還進一步提高產品質量（如含硫氨基酸，賴氨酸等）. 另外，多種微生物的酶可以在植物中表達，如植酸酶，菊粉合成酶，海藻糖合成酶，（PHB（V））， 其中植酸酶可作為飼料添加劑，植酸酶轉基因油菜種子，不經分離，用作飼料添加劑，效果顯著. 再者，轉基因植物可生產多種抗體，包括霍亂毒素（CT-B，LT-B 亞基）抗體，病毒外殼蛋白抗體，表 面抗原抗體，狂犬病毒抗體，在馬鈴薯，煙草，菠菜中表達成為口服疫苗.在轉基因植物中生產這些分子藥物具有成本低于傳統微生物發酵技術等的特點，所以，分子農業（molecular farming） 對微生物技術有沖擊.

二、微生物工程的發展方向

目前，微生物工程技術已深入到生產的各個行業，如工業、農業、礦業、化工、醫藥、食品、能源和環境保護等.微生物工程技術已作為一種新興的工業體系發展起來，在各個行業的 知識和技術創新中起著越來越重要的作用.

1、 醫藥工業 新技術主要應用于三個方面：工藝改進、新藥研制和菌種改造.工藝改進主要依賴于計算機理論及技術的發展.新藥研制則得益于醫學研究中對疾病機理的深人了解.菌種改造主要利用基因工程原理及技術.正是由于采用其它學科的理論和新技術成果，使得微生物工程成為一種高新技術.這反應出當今各學科之間相互滲透、相互支持，促進科學技術加速發展的趨勢.

2、食品工業 隨著全世界人口總數的不斷增加，可耕地面積日益減少，糧食及其它食品的需求問題日益嚴峻.而微生物工程正是為人類提供食品、改善營養的重要途徑之一微生物蛋白微生物發酵 生產的蛋白質，有的可直接供人食用，有的可做家畜、家禽飼料，增加市場的肉食供應.科學家們設計了分泌蛋白質的微生物，由“工程菌”（大腸桿菌和酵母菌）發酵生產高營養強化蛋氨酸的 大豆球骯和雞卵清蛋白，不再受動植物來源限制和季節氣候的影響，單靠微生物就能高效快速 地生產出動植物的純蛋白氨基酸氨基酸生產過去都采用動植物蛋白提取和化學合成法生產，而采用基因工程和細胞融合技術生成的“工程菌 ”進行發酵，其生產成下降、污染減少，產量可成倍增加.飲料酒類 我國一直沿用混合菌株傳統釀造發酵技術（霉菌、酵母菌、細菌多菌株自然接 種混合發酵），產品具有特殊香型風味一酒香、醬香、醋香.近年來已分離出己酸菌和甲烷菌， 并發現它們在釀酒香型風味中的作用.利用現酵工程技術改革舊工藝，也已取得明顯效果，例如在傳統釀酒工藝過程中，構建由己酸菌和甲烷菌組成的“人工老窖” ，大大提高了產品的產量和成品味感；啤酒生產中在生物反應器中把酵母吸附于不動載體上，緩緩流人麥芽汁， 啤酒的發酵時間縮短到 1 天，甚至 9 0 分鐘，而生物反應器中的酵母菌連續發酵 3 個月活力不降低，為制造“生物啤酒” ，開創了新途徑. 其他食品添加劑微生物發酵生產 的檸檬酸、乳酸、蘋果酸等多種有機酸，是飲料中不可缺少的酸味劑.另外，發酵工程生產的天然色素、天然新型香味劑，正在逐步取代人工合成的色素和香精，這也是現今食品添加劑研究的一個方向。

3、能源工業 能源緊張，是當今世界各國都面臨的一大難題，石油危機之后，人們更加認識到地球上的石油、煤碳、天然氣等石化燃料終將枯竭，而利用微生物工程則能開發再生性能源和新能源. 1.綠色能源的再生人類對太陽能的利用是微乎其微的 地球上貯存太陽能的只有綠色植物和光合微生物， 但它們貯存的能量也只是照射到地球上的太陽能量的 0 . 0 5 % .如能將這些能量利用，能源緊張問題也就大大緩解了.通過微生物發酵的技術，可將綠色植物秸桿、木屑、工農業生產中的纖維素、半纖維素、木質素等廢棄物轉化為液體和氣體燃料 （酒精和沼氣 ） 2. 采油微生物運用向油層注人細菌或其產物（生物聚合物、表 面活性 劑等 ），可以增大油層壓力，降低原油粘度，將殘留在巖石空隙間的深層粘滯性原油從“枯竭”的油田中采出，提高 產量的 2 0 % 一 3 0 % .現各國均在大規?，F場試驗，已取得滿意結果. 3 微生物電池 利用微生物的代謝產物（氫氣、甲酸或氨等 ）作為電極活性物質，通過陽極、 陰極電子流動從而獲取電能的裝置，叫做微生物電池.其中日本科學家設計的生化燃料電池最為理想.他們把氫氣產生菌（丁基梭菌 ）固定在陽極，陰極為炭極（由蟻酸氧化空氣中的氧）， 這樣就構成了氫一氧（空氣）型微生物電池。