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      中国科学院生物技术人才优势
      中国科学院所属十几个研究所、专业团队上万人(包括:研究员、教授、研究生、博士后),瞄准国内、国际生命科学发展的前沿领域、新型生物制品以及药物研究的重要科学问题,开展新型生物制品及创新药物基础和应用基础研究,发展新型生物制品及药物研究新理论、新方法和新技术。重点围绕化学生物合成及治疗恶性肿瘤、心脑血管系统疾病、神经精神系统疾病、代谢性疾病、自身免疫性疾病及感染性疾病等开展新药研发,取得了一大批新型生物技术和新药成果、专利,创制了一批在国内外具有一定影响的新型生物制品、抗恶性疟疾、重金属解毒药二巯丁二酸、抗肿瘤新药丁氧哌烷、丹参多酚酸盐、抗菌新药盐酸安妥沙星、抗禽流感药物扎那米韦等一批新型生物制品、新药,为中国新型生物技术和新药的发展做出了了突出的贡献。
      中国科学院遵循“三个面向、四个率先”的办院方针,深入贯彻党的十八届、十九届全会精神,紧密围绕创新驱动发展战略,积极响应“大众创业、万众创新”号召,以我院知识、技术、人才和科技资源为核心,努力支撑和引领产业转型升级,把促进科技成果转移转化、服务国民经济和社会可持续发展摆在我院发展全局的核心位置,为2020年我国进入创新型国家行列、全面建成小康社会做出应有的贡献。

      微生物酶的基本原理综述

      一、酶的概念
      酶,是生物体内各种物质化学变化的催化剂。酶制剂是应用物理或化学方法, 将生物体细胞或组织中产生的酶提取出来,并经加工后制成的仍具有催化活性的生物化学品,具有高效性,专一性,在适宜条件(pH和温度)下具有活性。
      我国已批准的有木瓜蛋白酶、α-淀粉酶制剂、精制果胶酶、β-葡萄糖酶等54种。酶制剂来源于生物,一般地说较为安全 ,可按生产需要适量使用。

      二、酶制剂的用途
      酶制剂的用途极为广泛, 主要用作医药中间体、食品加工用添加剂及家畜家禽养殖的生长促进剂。此外, 在纺织、轻工、皮革、造纸、采油、建筑、环保、军工等行业中也都有应用。酶制剂的应用种类有淀粉酶、蛋白酶、糖酶、过氧化氢酶和纤维素酶等, 用量最大的是淀粉酶和蛋白酶, 约占酶制剂消费总量的7 0 % 8 0 %。淀粉酶主要用于面包生产中的面团改良、婴幼儿食品中的谷类原料的预处理、啤酒制造中用于糖化和分解淀粉、果汁加工中的淀粉分解和提高过滤速度, 以及用于蔬菜、糖浆、怡糖、葡萄糖、粉状糊精等食品的加工制造。蛋白酶主要用于水解蛋白生产、肉类软化、啤酒抗寒、烘烤制品、干酪制造等。近年来, 酶制剂开发应用的领域还在不断拓展之中。

      三、酶制剂的种类
      酶制剂包括9大类:糖化酶、淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、植酸酶、半纤维素酶、果胶酶、饲用复合酶、啤酒复合酶等。其中,糖化酶、淀粉酶、植酸酶产量过万吨;纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶所占比例较小,但增长较快。中国酶制剂的主要应用领域包括:淀粉糖工业、啤酒工业、燃料酒精工业、酒与饮料工业、饲料工业、纺织工业、制药工业、造纸工业、精细化工工业、洗涤剂工业、皮革工业、焙烤工业、乳制品工业、石油工业等。酶制剂产业在中国正逐步成为独立行业,促进了国民经济发展。

      四、酶的产生
      酶制剂的来源,有微生物、动物和植物,但是,主要的来源是微生物。由于微生物比动植物具有更多的优点,因此, 一般选用优良的产酶菌株,通过发酵来产生酶。为了提高发酵液中的酶浓度,选育优良菌株、研制基因工程菌、优化发酵条件。工业生产需要特殊性能的新型酶,如耐高温的α-淀粉酶、耐碱性的蛋白酶和脂肪酶等,因此,需要研究、开发生产特殊性能新型酶的菌株。

      五、酶的制备
      酶的分离提纯技术是当前生物技术“后处理工艺”的核心。采用各种分离提纯技术,从微生物细胞及其发酵液,或动、植物细胞及其培养液中分离提纯酶,制成高活性的不同纯度的酶制剂,为了使酶制剂更广泛地应用于国民经济各个方面,必须提高酶制剂的活性、纯度和收率,需要研究新的分离提纯技术。

      六、酶和细胞固定化
      酶和细胞固定化研究是酶工程的中心任务。为了提高酶的稳定性,重复使用酶制剂,扩大酶制剂的应用范围,采用各种固定化方法对酶进行固定化,制备了固定化酶,如固定化葡萄糖异构酶、固定化氨基酰化酶等,测定固定化酶的各种性质,并对固定化酶作各方面的应用与开发研究。目前固定化酶仍具有强大的生命力。它受到生物化学、化学工程、微生物、高分子、医学等各领域的高度重视。
      固定化酶,是指在一定的空间范围内起催化作用,并能反复和连续使用的酶。通常酶催化反应都是在水溶液中进行的,而固定化酶是将水溶性酶用物理或化学方法处理,使之成为不溶于水的,但仍具有酶活性的状态。
      固定化酶的形式多样,依不同用途有颗粒、线条、薄膜和酶管等形状。其中颗粒占绝大多数,它和线条这两种形式主要用于工业发酵生产,如装成酶柱用于连续生产,或在反应器中进行批式搅拌反应;薄膜主要用于酶电极,应用于分析化学中;酶管机械强度较大,宜用于工业生产。
      酶经过固定化后,比较能耐受温度及pH的变化,最适pH往往稍有移位,对底物专一性没有任何改变,实际使用效率提高几十倍(如5′-磷酸二酯酶的工业应用)甚至几百倍(如青霉素酰化酶的工业应用)。

      七、提高酶活的方法
      为了提高酶的稳定性,降低抗原性,延长药用菌在机体内的半衰期,采用各种修饰方法对酶分子结构进行改造,以便创造出天然酶所不具备的某些优良特性(如较高的稳定性、无抗原性、抗蛋白酶水解等),甚至于创造出新的酶活性,扩大酶的应用,从而提高酶的应用价值,达到较大的经济效益和社会效益。 
      酶分子改造可以从两个方面进行: 
      第一,用蛋白质工程技术对酶分子结构基因进行改造,期望获得一级结构和空间结构较为合理的具有优良特性、高活性的新酶(突变酶)。
      第二,用化学法或酶法改造酶蛋白的一级结构,或者用化学修饰法对酶分子中侧链基团进行化学修饰.以便改变酶学性质。这类酶在酶学基础研究上和医药上特别有用。

      八、存在问题
      近年来,中国酶制剂产业发展速度迅猛,取得了明显进步。但从世界酶制剂工业来看,高新技术在世界酶制剂产业的应用进一步拉大了中国酶制剂产业和世界先进水平的差距。整个行业生产规模小,技术研发力量薄弱,产品相对单一,结构不合理等问题突出。
      第一,研发投入和研发创新能力不足。
      第二,生产工艺及设备水平相对落后。
      第三,酶制剂产品结构不合理、应用深度不够。中国酶制剂仍以传统酶制剂种类(糖化酶、淀粉酶、蛋白酶等)为主,缺少高端酶制剂产品,结构不合理。

      九、对策与建议
      第一,强化规划引导,推进集聚发展。根据以往发展和借鉴外地经验,发展新兴产业必须从长计议,统筹考虑。要重点细化酶制剂规划,预留发展空间,防止填充式项目,打造特色产业基地。   
      第二,树立企业主体意识,加快传统产业转型步伐。发展产业的主体是企业,政府只能引导,不能强为。
      第三,突出科技创新,提升竞争能力。吸引国内的著名高校、科研院所、国际大公司建立研发机构,促酶制剂产学研成果产业化
      第四,实施聚焦扶持,促进优先发展。强化对酶制剂产业发展的聚焦扶持,突出对酶制剂产业发展中科技创新、人才和项目的引进、资本经营、企业培训、载体建设、平台服务等方面给予倾斜。
       

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