【科普】 酶工程：在分子赛道上飞驰，前景是星辰大海还是未知迷宫？？

酶工程是生物技术的一个组成部分, 指在生物反应器内, 利用酶的催化作用, 进行物质转化的技术。

在特定条件下，所有生物体皆具备合成多种酶的能力。然而，酶的生物合成进程受到细胞内外诸多要素的综合影响。对酶的生物合成及其调控机制展开研究，对于酶的工业化生产具有关键的指导意义，同时也有助于阐释部分抗生素与药物的作用机理。

1980 年，郭勇等学者针对二环素对大肠杆菌中碱性磷酸酶生物合成、B_半乳糖苷酶诱导合成以及其他蛋白质生物合成的效应进行了探究。研究发现，BCM 能够显著抑制碱性磷酸酶的合成以及 B_半乳糖苷酶的诱导合成过程，与此同时，还会诱导产生一种分子量为 47K 的蛋白质。这一研究成果深刻揭示了二环素具备杀菌作用的核心机制。

1982 年，有关枯草杆菌碱性磷酸酶生物合成及其调控机制的研究得以开展。研究表明，当枯草杆菌 AS1.398 细胞在无机磷酸含量受限的培养基环境中生长，且培养基中的无机磷酸含量降至 0.01 mmol/L 以下时，枯草杆菌细胞内部会迅速启动碱性磷酸酶的合成程序；而在碱性磷酸酶生物合成处于高峰期之际，若添加 1.0 mmol/L 的磷酸盐，则该酶的合成进程将被完全阻断。此外，枯草杆菌碱性磷酸酶的生物合成既不受其作用底物的诱导，也不会因分解代谢物而受到阻遏。由此可见，精准调控培养基中磷元素的含量，乃是加速枯草杆菌碱性磷酸酶合成进程并提升酶产量的核心举措。除此之外，针对菊糖酶、纳豆激酶、超氧化物歧化酶等的生物合成及其调控机制，也开展了相应的研究工作。

自 1985 年起，郭勇团队承担了多项重要科研项目，涵盖国家自然科学基金（高技术）项目、国家科委重点项目、国家 “七・五” 攻关项目以及广东省重点项目等，从固定化载体的筛选与构建、固定化方法的创新与优化、固定化条件的精准调控、固定化酶在药物生产中的应用、固定化细胞生产胞外酶以及固定化原生质体生产胞内酶等多个维度，对酶、细胞和原生质体固定化技术展开了全方位、系统性的研究。

固定化细胞生产 A_淀粉酶、糖化酶和果胶酶的研究结果清晰地表明，采用固定化细胞生产胞外酶具有多重显著优势，包括稳定性卓越、酶产率颇高、可实现多次重复利用以及能够进行连续化生产等，这对于推动胞外酶生产技术的进步与发展具有极为积极的促进作用。1988 年，“固定化微生物细胞发酵生产胞外酶” 项目荣膺广东省生物技术专项奖一等奖，“光交联树脂固定化细胞生产 A_淀粉酶和糖化酶研究” 项目荣获广东省生物技术专项奖二等奖。1989 年，郭勇赴美国爱达荷大学开展合作研究，并圆满完成了固定化细胞生产 A_淀粉酶的动力学研究工作，进一步丰富了酶工程领域在固定化技术方面的理论与实践基础。

酶工程作为现代生物技术的核心领域之一，在过去几十年间取得了令人瞩目的成就，深刻地改变了医药、食品、化工、能源等众多行业的发展格局。随着科技的迅猛发展和各学科的深度交叉融合，酶工程正站在新的历史起点上，展现出更为广阔的发展前景与无限潜力，有望在未来继续成为推动生物科技进步和解决全球性挑战的关键力量。

• 技术创新与融合

未来仪士得发酵罐将配备更卓越的传感器技术、自动化控制系统和数据分析软件，实现对发酵过程中各种参数的实时监测和自动调控，如温度、pH 值、溶氧量等。结合酶工程，根据酶的特性和反应需求，控制发酵条件，提高酶的产量和活性，实现智能化、智能化的酶生产。

• 新应用领域拓展

生物制药领域：发酵罐作为生物制药中酶催化反应的关键设备，将在新型药物研发和生产中发挥重要作用。通过酶工程改造的酶在生物合成复杂药物分子方面具有巨大潜力，仪士得发酵罐可提供合适的反应环境，实现药物的绿色、高效合成，降低生产成本，提高药物质量。

• 绿色可持续发展

降低资源消耗和废物排放：仪士得通过优化发酵罐的设计和操作工艺，提高底物转化率和产物收率，降低生产成本的同时减少废物的产生和排放，实现绿色生产。

• 个性化定制生产

满足不同客户需求：随着市场竞争的加剧和消费者需求的多样化，根据不同客户的特定要求，如酶的活性、稳定性、底物特异性等，通过基因工程和蛋白质工程对酶进行定制改造，并在发酵罐中进行小规模、灵活的生产，满足个性化的酶制剂需求，拓展酶工程的市场应用范围。

YSD / 不锈钢发酵系统

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