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化学化工:化学工程正日益倾向于生物学在化学工程和生命科学的接口上出现了
化学工程正日益倾向于生物学在化学工程和生命科学的接口上出现了
| 文章出自:论文格式范文网 | 编辑:期刊咨询 | 点击: | 2012-08-16 23:34:58 |

  在化学工程和生命科学的接口上出现了分予生物学工程领域美国1993年1月11号刊登了斯图·博曼的一篇文章,谈到化学工程正日益向生物学方向发展的趋势。
  文章指出,在近15到20年来,化学工程已由石油炼制和生产工业化学品以及合成洗涤剂等传统重点不断向着生命科学方向发展。12月份在华盛顿召开的一次会议突出地展示出分子生物学工程研究的这-新趋势,即化学工程和生物学的相互结合。
  该会议由国家综合医学机构学会(NIGMS)主办,旨在强调分子生物学工程可能提供的研究机会及其可能产生的科学影响,并促进生物化学工程和生命科学界的相互结合。文章指出,参加NIGMS会议的科学家是一群更富于生物学兼容或甚至是完全生物学兼容化了的化学工程师。
  这一发展新趋势的一个明显例证就是现今一些化学工程研究是旨在生产重组蛋白,即应用细胞工程来生产药物和技术产品。
  许多重组蛋白是糖蛋白,而在糖蛋白的生物合成中的随机作用会产生大量而多样的低聚糖变体(glyloform)。这种多样性对于人体治疗用重组糖蛋白(如组织纤维蛋白溶酶原活化剂和促红细胞生成素)的效用具有重大影响,因此查明决定低聚搪变体分布的因素就非常重要。
  Gooehee和Hahn查明T细胞环境对细胞中产生的蛋白质搪基化模型的影响。
  他们在研究人类肝细胞增长中发现,从缓慢细胞分裂状态所分泌出的铁传递蛋白含有比由细胞快速分裂状态所分泌出的铁传递蛋白多4~5倍的双链低聚糖。这种变化与细胞内催化低聚糖生物合成的糖基转移酶的活动有关,"这是首次揭示搪基化过程和增长有关的变化"。
  分子生物学工程的另一个主要部分是代谢工程,即通过改进生物体的代谢作用来生产有用产品。佛罗里达大学的微生物家Ingram就正在研究通过诱变细菌来生产乙醇。Zngram及其合作者克隆和排序两种可编码酶使丙酮酸盐转化为乙醇的细菌基因并用它们去改变KlebsiellaoXvtoca,Esc五erieliiaColi等菌的中心代谢作用方向来产生乙醇。这些工程细菌能有效发酵产生于纤维素和半纤维素的所有己糖和戊糖。
  这种遗传工程细菌还可以使广泛的有机废料转化为乙醇。这种新技术由于其90一95%的效率及其以废物为原料的优点就使得它有可能以比采用玉米的转化技术更低的成本生产乙醇,而低成本的乙醇作为代替汽油的清洁燃料具有极大的潜在市场。美国生物能公司现已申请到这种工程细菌的专利多采用重组DNA技术在提高微生物抗体生产药物前体上已取得显著成绩。
  明尼苏达大学的Malmerg,Hu和Sherman已研究出有关StreptomyeesClavuligerus细菌的生物合成途径动态模型,这种茵可生产用作几种半合成日一内酞胺抗体的原始材料的O一脱乙酞甲氨酞先锋霉素C和青霉素C。该模型表明,a一氨基已酸溶掖在控制先锋霉素生物的合成速率方面起关键作用,因此他们为a一氨基己酸合成中的一种关键酶一赖氨酸e一转氨酶一克降了复制基因,并把它插入S·cla一vul馆erus菌中。重组系产生出比野生系高100%的O一脱乙酞甲氨酞先锋霉素C和青霉素C。这与过去通过重组方法所获得的先锋霉素生产的大约16%的最高增长率相比是一个重大进步。
  文章指出,分子的生物学分离是分子生物学工程的一个分支学科,它很接近化学工程师传统所从事的分离过程。化学工程师要提纯作为生物药品的蛋白质,就需要大规模生产出高纯度、高活性和非常均匀的蛋白质。目前该领域的化学工程师的特性已发生很大的变化。许多新人一比如生命科学实验室的博士后一接受过广泛的跨学科训练。老一批的化学工程师也在某种程度上也获得知识更新,现在都具有生命科学方面的专业知识,这就使得他们可以将自己的经验也用到化学工程与生物学接口问题上来。
  化学工程师起重要作用的另一个分子生物学工程领域是分子生物催化。最近分子生物催化的研究主要集中于一三个领域。
  一是手性合成,它现已影响到制药业。二是振兴糖生物学,对于有机化学家来说,糖的合成始终是一种非常困难并极富挑战性韵工作。而酶在其中起着关键作用。第'三个也许是对化学工业具有最大影响潜力的领域是环境友善制造。这包括从减少废水到消除或降低有机溶剂的使用等。上述三个领域都对生物催化的潜力具有明显的可接受性。
  匹兹堡大学的Ros'ell和其合作者的研究表明,通过调节超临界状态有机溶剂的压力可用2一乙基己酸来控制脂酶在异丁烯酸甲醋转酚作用中的活动。只要通过将气压从850增高到4000Psi时,就可使超临界状态三氯甲烷的绝缘常数从大约1转到8,而这种变化能导致酶的特性发生显著改变,因此目前已有可能仅仅通过改变压力就能按预期来改变一个生物催化的选择性和活性。
  其他研究人员正在致力于从独特环境中寻找有机体内的新酶。研究较多的为高温适应性微生物体的醛缩酶。"高温适应性"一般是指有机体在90℃以上或100℃时的生长能力,许多高温适应性微生物体已在温度达到150℃的深海水热喷口周围发现。它们的代谢和生物合成途径趋于通过具有特殊活性和底物特异性的酶进行催化。据研究人员的推测,高温适应性微生物体醛缩酶可能需要比传统酶具有更大的柔性和更高的效率才能在所要求的高温下操作。
  由于高温适应性酶在苛刻环境中对催化反应的能力,它们可能最终会被应用于食品工业(日一淀粉酶和异构酶)、洗涤工业(蛋自酶)、以及纸浆和造纸工业(木聚糖酶和纤维素酶)。从长远来看,它们还可能在环境监拉、石油化工生产以及从可更新资源中生产有机化学品等方面具有工业用途。

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