多酶分子機器

化學品的生物制造一共有兩條技術(shù)路線。除了微生物細胞工廠這條主要的技術(shù)路線外，多酶分子機器這條技術(shù)路線近幾年來也得到廣泛關(guān)注。由于很多化學品對微生物細胞的毒性較大，因此微生物細胞工廠在生產(chǎn)這類化學品時很難獲得高產(chǎn)量。多酶分子機器不需要使用微生物細胞，在生產(chǎn)有毒化學品時具有較大優(yōu)勢。該技術(shù)通過在反應(yīng)釜中添加?1?種或多種酶，將生物質(zhì)原料高效轉(zhuǎn)化為化學品。多酶反應(yīng)的設(shè)計、酶的挖掘與高效制備是該技術(shù)路線最核心的環(huán)節(jié)。多酶分子機器生產(chǎn)化學品最具代表性的案例是氫氣和肌醇的生物制造。

氫氣。氫氣是未來最有前景的清潔能源，并普遍作為燃料電池的動力源。目前氫氣制備主要使用水煤氣法和電解水法，這些工藝對設(shè)備要求高，導致制氫的成本較高，并且氫氣不易儲存和運輸。美國弗吉尼亞理工大學的科研人員利用多酶分子機器技術(shù)，將?14?種酶和?1?種輔酶進行適配，利用生物質(zhì)原料，能夠從?1?個葡萄糖單元獲得?12?個氫氣分子。該技術(shù)解決了氫氣的儲存和運輸問題，為未來氫能汽車提供了能源供應(yīng)方案。

肌醇。肌醇是水溶性?B?維生素的一種，是動物與微生物生長的必需物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于飼料、醫(yī)藥、食品等行業(yè)。目前國內(nèi)主要采用傳統(tǒng)的高溫加壓水解植酸法生成肌醇。該工藝設(shè)備材質(zhì)要求嚴格，一次性投資大，原材料利用率低，粗產(chǎn)品精制工藝復雜，生產(chǎn)成本高；并且該工藝會產(chǎn)生大量的磷酸污染物，對水源、環(huán)境污染嚴重。通過采用多酶分子機器技術(shù)，中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究人員利用?α-?葡聚糖磷酸化酶、葡萄糖磷酸變位酶、肌醇?-3?-磷酸合成酶和肌醇單磷酸酶創(chuàng)建了一條由淀粉到肌醇的體外生物合成路線。該綠色催化工藝能替代傳統(tǒng)高污染、高能耗生產(chǎn)工藝，不僅使肌醇的生產(chǎn)成本降低為傳統(tǒng)植酸水解法的一半，而且大幅減少了環(huán)境污染。