（信阳师范学院生命科学学院，河南信阳，４６４０００）
摘 要：简要介绍了ＤＮＡ重组技术与发酵工程的关系，揭示了当代发酵工程研究取得的新进展，并对其未来的发展前景进行了展望。
关键词：基因工程；发酵工程；菌株
中图分类号：TQ92 文献标识码：Ａ
１ ＤＮＡ重组技术与发酵工程
发酵（ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ），一般是指各类微生物分解有机物的过程，或指微生物以及离体的酶分解糖类，产生乳酸或乙醇和二氧化碳等各种代谢产物的作用。而发酵工程（ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）是指利用微生物制造工业原料或工业产品的技术。发酵对自然界的物质转化及国民经济发展有着重要的意义。
发酵可在无氧或有氧条件下进行。前者如酒精发酵，后者如抗生素发酵、醋酸发酵、氨基酸发酵和维生素发酵等。随着生物工程技术的研究进展，发酵工程经历了巨大的变革，其内涵也更为丰富多彩。在这里我们不难看出传统的育种技术（包括诱变筛选及原生质体融合等）的贡献。特别是新兴的基因工程ＤＮＡ重组技术，在定向、快速培育新生物类型方面取得了重大的成就，医疗用新型蛋白、多肽以及工业用酶的育成，尤其是发酵工程菌株的培育及选择方面的成就，促使了发酵工程的快速发展，重要的是在发酵过程的优化、下游处理等方面获得了重大突破，成果举世瞩目。
２ 发酵工程菌株的培育和选择
合适的发酵工程菌株的培育和选择是实施发酵过程的关键。它除了要有高浓度、高产量、高产率外，分泌于胞外也很重要。具体地讲，发酵工程菌必须满足如下要求：容易进行基因改良，如ＤＮＡ重组；能进行代谢调控；能利用易得、廉价的原料；发热量低、需氧少；适当的发酵温度和细胞外形。
工业发酵中，高浓度产物都是胞外产物。因为产物只有积累于胞外，才能实现高浓度的要求，才能解除产物对合成酶系的反馈抑制，从而达到高产出水平。
当今世界许多国家，特别是一些发达国家，由于抓住了基因工程的发展机会，特别是通过转基因工程培育和选择出了比较理想的发酵工程菌株，因此，在发酵工程领域能进行卓有成效的工作，并取得重大研究进展。我国在该领域的研究也取得了举世瞩目的成果。
３ 当代发酵工程研究取得的新进展
３．１ 国际上的研究进展情况
传统的酿造食品，如奶类、豆类、酒类都是用微生物把自然食品发酵成味美、易消化的可口食品。现代提倡的添加氨基酸、维生素的强化食品都是生物工程，特别是发酵工程带来的新成果。国际上用发酵工程法或酶法已开发并生产出了１８种氨基酸，年产量接近百万吨。用淀粉酶、糖化酶和异构酶生产的高果糖浆已都进入规模化生产阶段。
日本大池化学工业综合研究所利用发酵工程技术成功地以二氧化碳为原料制得了醋酸。这种醋酸是在常温条件下，在中性环境中高效率地生产出来的。故专家们在论证这项生产醋酸的技术时称之为新工艺。这项具有巨大经济效益的发酵工程是在找到、筛选并培育出适用的微生物条件下才实现的突破性进展。其大致过程是，研究人员从日本以及其他地区的土壤和泥沙中广泛地、探索性地采集到了３ ２００多个菌种样本，再从中筛选了２３种比较理想的菌种，发现了其中的“ＢＲ－４６６”是一种生产醋酸能力最强的新菌种。他们在发酵槽中成功地进行了培养，这样的生物工程菌，每天可生产醋酸２．９ ｇ/Ｌ，若给予加压条件，菌株产出的醋酸量还可以提高，即可达到５．６ ｇ/Ｌ，使产量成倍地增加。
新近，日本协和发酵工业公司运用生物工程技术，制得了苯基丙氨酸。苯基丙氨酸是甜味物质不可缺少的氨基酸。协和发酵工业公司使用微生物体内存在的一种被称为“构架淀粉酶”的物质，把苯基丙酮酸成功地转化为苯基丙氨酸。研究人员采用的筛选方法是，在微生物培养液中加入苯基丙酮酸，或者把采集到的微生物放入苯基丙酮酸中，从而找到了柠檬杆菌、棒状杆菌、谷氨酸杆菌及大肠杆菌等高效转化微生物。然后运用基因重组技术培育高效转化新菌株。已培育出的柠檬杆菌新菌株转化率高达９４％，该公司运用生物工程技术中的转基因工艺培育新菌株的生产已经进入实用化阶段，并取得了巨大的经济效益。
英国的科学工作者运用遗传工程技术，对单细胞蛋白质生产菌——甲基养嗜甲基杆菌进行了基因工程改造。他们切除了这种蛋白质生产菌的谷氨酸合成酶基因，把它与大肠杆菌的谷氨酸脱氢酶基因进行重组。结果使重组后的新菌种转化效率提高了７％，从而提高了单细胞蛋白的产量，使英国帝国化学工业公司单细胞蛋白产量突破了７００万ｔ，行销到３０多个国家和地区。由于其经济效益显著，该公司已着手再建一座工厂，使产量比原来增加５倍以上。
俄罗斯的科学工作者运用遗传工程培育出一种新的工程菌，它既能制造动物蛋白，又富含维生素。将这种新培育的工程菌培养在固体培养基上，使其大量繁殖，最终就用这种固体培养物（包括已被部分转化的培养基和重组基因工程菌菌体）来加工成富含营养的食品。用此培养物加工成香肠取得了可观的经济效益。
２０世纪８０年代以来，一些发达国家的研究人员纷纷试验将大豆球蛋白基因转导到大肠杆菌中，然后通过发酵工程培养，生产出大豆球蛋白，使大豆球蛋白产量倍增。科学工作者算了这样一笔账，若种植大豆获得大豆球蛋白，至少需要一个生长季，而应用发酵工程只需要３天时间就可以生产出大量的大豆球蛋白，这正是生物工程技术带来的新成果。
据新近国际权威杂志报道，现在已有科学研究工作者成功地将鸡卵清蛋白基因导入大肠杆菌，经过发酵培养，结果每个重组基因工程菌能产出１０万个蛋白分子。如果应用这种转基因工程菌经过发酵工程再生产蛋白质，那就比饲养母鸡下蛋生产蛋白质快了许多倍。
新近一项报道显示：日本一家公司，在运用生物工程培育新菌株的基础上，将选育的耐盐乳酸菌和酵母菌固定在海藻酸钙凝胶土上，再组装到生物反应器中，连续生产新型酱油，这一新工艺使传统工艺需半年的发酵期缩短到只需要３天，大大提高了效率。
俄罗斯科学家运用发酵工程将棉花下脚料转化为葡萄糖和果糖的生产工艺取得了成功。这项研究成果不仅有明显的经济效益，促进了食品工业的变革，而且具有巨大的环境效益。
３．２ 我国在发酵工程研究领域取得的成就
我国自２０世纪５０年代以来，在发酵工程领域的研究与应用方面取得了一大批举世瞩目的成果，使酱油、醋、酒等传统发酵工业得到了改革和更新。还从无到有地建立起了抗生素、氨基酸、柠檬酸、维生素、甾体激素、核苷酸、微生物多糖等一系列发酵工程，并形成了完整的工业体系。
我国在世界范围内首创的二步发酵生产维生素Ｃ新工艺，已在国内全面推广，并已向国外转让专利技术。转基因糖化霉新菌种及其生产新工艺在全国推广后，每年仅此一项为国家节约粮食３０多万ｔ，节约资金达１亿元以上。其他如单细胞蛋白、长链二元酸等的研究方面也都获得了重要成果。
我国研究开发的发酵工程产品核苷酸用于医药以及微生物无害农药，杀虫效果好，无污染。利用微生物及其代谢产物提高了石油的采收率。利用发酵工程新工艺生产酒精、保健品不断取得新进展。开发沼气发酵新工艺，为合理利用有机废弃物，变废为宝，改善环境，提高再生能源量起了重要作用。
作为现代科学技术的发酵工程，是２０世纪４０年代随着抗生素发酵工业的建立而兴起的。目前，由于细胞融合、细胞固定化以及基因工程的建立，使发酵工程进入了一个崭新的发展阶段，它已涉及到医药、食品、农业、化工、能源、冶金和环境保护等广泛的领域。
４ 发酵工程的发展前景
发酵工程在工业上的应用具有投资少、见效快、污染小的优点，开展此项工程的应用往往是一举多得。它是未来社会经济的支柱——生物工程的重要组成部分。随着当代基因组测序国际联合行动的开展，发酵工程定会进入一个新的发展阶段。进入２１世纪以来，在一些发达国家，发酵工程已成为国民经济的重要支柱。我国地域辽阔，农副产品废弃物很多，发酵工程研究开发已取得一定的成果，加上我们已培养出了一批专业技术队伍，因此发酵工程研究将会有一个新的飞跃。
参考文献
［１］ 孙毅．生物技术应用于环境保护的新进展［Ｊ］．环境保护，１９９７（１０）：３９－４１．
［２］ 王福源．现代食品发酵技术［Ｍ］．北京：中国轻工业出版社，１９９８．
［３］ 阎隆飞，张玉麟．分子生物学［Ｍ］．北京：中国农业大学出版社，１９９７．
（责任编辑：邱娅男）
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第一作者简介：孙 毅，男，１９３６年１０月生，１９６０年毕业于河南师范大学生物系，教授，信阳师范学院生命科学学院，信阳师范学院生达科技开发公司，河南省信阳市信阳师范学院老干处，４６４０００．
Ｔｈｅ Ｎｅｗ Ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ＳＵＮ Ｙｉ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ＤＮＡ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ｒｅｖｅａｌｓ ｔｈｅ ｎｅｗ ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｄｅｒｎ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ａｎｄ ｌｏｏｋｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｏ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．
ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ： ｇｅｎｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ； ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ； ｓｔｒａｉｎ
