生物煉制細(xì)胞工廠：生物制造的技術(shù)核心

馬延和

中國(guó)科學(xué)院微生物研究所，北京 100101

上個(gè)世紀(jì)，以化石資源為經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的近代工業(yè)文明創(chuàng)造了空前的社會(huì)繁榮。近年來(lái)，能源資源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化等一系列問(wèn)題日漸突出，現(xiàn)代工業(yè)化經(jīng)濟(jì)進(jìn)程與化石資源日漸枯竭的現(xiàn)實(shí)形成了劇烈沖突。為了實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，迫切需要以可再生生物資源替代不可再生化石資源，以清潔高效的生物加工方式替代污染低效的傳統(tǒng)物質(zhì)加工方式。

生物煉制是以生物可再生資源為原料生產(chǎn)能源與化工產(chǎn)品的新型工業(yè)模式，被認(rèn)為是創(chuàng)造新的生物基工業(yè)的最有發(fā)展前景的道路。生物煉制主要有兩種途徑：一是熱化學(xué)加工，即通過(guò)熱化學(xué)方法首先將生物原料加工為中間產(chǎn)物或者直接獲得最終的產(chǎn)品；二是生物化學(xué)轉(zhuǎn)化，即利用生物技術(shù)手段來(lái)完成從生物質(zhì)到產(chǎn)品的生物加工過(guò)程，細(xì)胞工廠是實(shí)現(xiàn)生物化學(xué)轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)。然而，自然界中任何一種微生物的酶系種類有限，轉(zhuǎn)化效率與能力有限，不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。要將微生物改造成用于生物煉制的細(xì)胞工廠，必須借助基因組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)和高速計(jì)算技術(shù)的最新發(fā)展，解析微生物的基因、蛋白、網(wǎng)絡(luò)與代謝過(guò)程的本質(zhì)，在分子、細(xì)胞和生態(tài)系統(tǒng)尺度上，多水平、多層次地認(rèn)識(shí)和改造微生物，經(jīng)過(guò)人工控制的重組和優(yōu)化，重新分配微生物細(xì)胞代謝的物質(zhì)流和能量流，從而充分利用微生物廣泛的物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化與卓越的化學(xué)合成能力，高效地制備生物能源和替代石油化工原料的平臺(tái)化合物。……