极端微生物酶的作用?

极端微生物的经济与环境前景 随着人类活动对自然平衡破坏产生的一系列环境、能源和人口健康问题，人们认识到可持续发展是人类社会生存的根本，而生物技术在可持续发展中正显示着不可替代的重要作用。其中，极端微生物更以其耐受其他生物无法承受的如高温、低温、高盐碱、高辐射等极端环境的不可比拟的优势，为人类提供着不可替代的资源。 日前，中科院微生物所研究员黄力、东秀珠向记者介绍了极端微生物的经济和环境前景。 目前，极端微生物的酶和代谢产物已成为生物技术创新的源泉之一，并已经创造了财富。仅就嗜热酶而言，由于它们的热稳定性和对化学变性剂的抗性、高温酶促反应所允许的高底物浓度、低黏稠度和低污染率，及在中温受体生物中表达时易于纯化，使得它们具备了潜在的应用优势。 目前在国际上已经实现大规模产业化的极端酶有两个，一个是嗜热菌产生的聚合酶，年销售利润达到上亿美元;另一个是嗜碱菌产生的一种纤维素酶作为洗涤剂的添加剂，已有数十亿美元的全球市场。 此外，嗜盐古菌的质子泵“紫膜”蛋白，由于在吸收1个光子并泵出1个质子的过程中，伴随着一系列中间态的出现并产生电场变化，已成为目前光电响应元件，和生物信息贮存领域最具开发前景的生物纳米材料。极端嗜盐菌的PHA是合成生物可降解塑料的前体，将成为用于降低环境白色污染的有效途径。 与化学方法相比，生物催化的优点是反应条件温和及高选择性，但正是这些优点又限制了生物催化的能力与应用范围。许多工业过程需要高压、高温、低温、高盐碱或有机溶剂，而一般生物催化剂难以在此苛刻的化学过程中保持催化能力与稳定性。极端微生物的特殊生理功能有望使生物催化突破这个屏障。 因此，极端微生物特殊的产物有可能形成新的产业方向，其特殊的功能和适应机制，是改造传统生产工艺和提升生物技术的有效途径。 由于工业污水的大量排放，我国1200条河流中已有80%受到不同程度的污染。现阶段环境生物技术的核心是微生物技术，依靠微生物的生物净化、生物转化和生物催化作用，实现污染治理、清洁生产和可再生资源利用。然而，污染环境往往属于极端环境，使得普通微生物，甚至是在实验室构建的工程菌在实际应用中不能发挥作用。如造纸工业中的化学漂白产生大量有毒、致癌的含氯废水，生物漂白技术是造纸业实现清洁生产的发展方向。利用嗜碱菌产生的木聚糖酶，由于其在高酸碱和高温时的活力，显示了普通酶无法比拟的优越之处，正在成为关注和开发的目标。 工业生产中的有机废物废水、生活垃圾污水、农业废弃物，既是巨大的环境污染源，又是再生能源的主要资源。据统计，我国农作物秸秆年产出量超过6亿吨，相当于3亿吨标准煤，或折算为电能可达人均50万瓦，是目前世界人均能耗的420倍。秸秆、废渣等在高温、酸、碱等条件下易于处理，极端微生物及其极端酶能够在此类极端环境中实现普通微生物不能完成的对纤维素半纤维素的有效转化。利用微生物混合菌群，尤其是嗜碱和嗜热微生物或产甲烷菌的合理组合，有望直接从秸秆发酵产生乙醇或甲烷，实现环境整治和可再生能源的有机结合。 酒精是理想的清洁能源，但目前的酒精发酵仍存在乙醇浓度低、发酵周期长、生产菌株耐受乙醇浓度低的问题，严重影响着产量。利用高温菌的高温酒精发酵，可实现发酵和蒸馏的同步化，提供了解决上述关键问题的新思路、新途径和新技术，可望大大降低生产成本，其产生的效益将达到数亿元。 我国地理环境复杂多样，高寒、干旱和高盐碱地区面积广大，限制了农业生产。极端微生物能够耐低温、耐高盐碱、及耐干旱等极端环境的特殊功能基因，如嗜盐、嗜碱菌能够在5%以上的盐浓度到饱和盐度的环境中生活，耐辐射球菌不仅可耐受比人高几万倍的辐射量，而且具有耐干旱的特性，研究发现一个和DNA修复相关的调控基因，同时控制着该菌对干旱的耐受力。因此极端微生物将是我国大面积的盐碱地生物改造、高温高盐碱环境的污染治理的重要基因资源。