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1、发酵工程学科的进展 第四班垒国发酵工程学术讨论套静主粜 工业微生物功能基因组研究进展 林敏 ( 中国农业科学院生物技术研究所) 目前国际工业生物技术的发展已进人以微生物基因组学和系统生物学为平台，以生 物信息学和基因芯片等技术为支持，以研究和揭示代谢网络为线索，以重要功能基因的 鉴定为重点，通过技术集成对微生物及其生产工艺进行分子设计和定向遗传改造的新阶 段。国际上围绕工业微生物基因组和功能基因组研究展开的竞争日趋激烈。美国能源 部启动了“微生物基因组计划”( M G P ) 和“基因组到生命计划”( G e n o m et oL i f e ) ，掀起了 微生物基因组研究的新一轮热潮。1
2、9 9 6 年2 个细菌种属首次完成全序列分析。1 9 9 6 年 完成4 种细菌的D N A 序列分析。2 0 0 2 年9 5 种、2 0 0 3 年1 1 2 种、2 0 0 4 年1 5 6 种、2 0 0 5 年 2 4 5 种、2 0 0 6 年3 6 0 种重要微生物完成全基因组序列分析，还有6 0 0 余种正在研究之中。 截止到目前，已经完成或正在进行全基因组序列测定的工业微生物的数量是病原等其他 微生物的两倍。但是出于经济利益以及垄断技术和市场等方面的考虑，大多数研究机构 和企业对其所获得的工业微生物基因组和功能基因等方面的数据和信息严加保密。几 种重要的工业模式微生物列表如
3、下： 枯草芽孢杆菌是第一个被测序的革兰氏阳性细菌 ( 1 9 9 7 年) ，基因组大小为4 2M b p ，编码4 1 0 5 种蛋 白。可代谢多种炭源并分泌大量具有重要工业用途 的酶。 嗜热纤维梭菌( a n a e r o b i cb a c t e r i u mc a p a b l eo fd i r e c t l yc o n v e r t i n gc e l l u l o s ef r o mb i o m a s si n t oe t h a n 0 1 ) 能 利用纤维素、半纤维素、已糖、戊糖来发酵乙醇。基因 组大小为3 8M b p ，编码3 1 6 3 种蛋
4、白。 丙酮丁醇梭菌( I n d u s t r i a lp r o d u c e ro fs t a r c h b a s e d a c e t o n e ，b u t a n o l ，a n de t h a n 0 1 ) 基因组大小为3 9 M b p ，编码3 6 7 2 种蛋白。可将淀粉转化为有机溶剂 丙酮和丁醇。 林敏：工业微生物功能基因组研究进展 谷氨酸棒状杆菌( I n d u s t r i a lp r o d u c e ro fm u l t i p l ea m i n oa c i d s ) 用于工业化生产氨基酸如谷氨酸和其它工 业原料，基因组大小为
5、3 3M b p ，编码2 9 9 3 种蛋白。 大肠杆菌( M o d e lo r g a n i s mf o rg e n e t i c s ，p h y s i o l o g y b i o c h e m i s t r y ) 作为一种研究最为透彻的模式生物，具 有广泛的实验室和工业用途，基因组大小为4 6 M b p ，编码4 2 4 3 种蛋白。 酿酒酵母( am a j o rm o d e lo r g a n i s ma n do fg r e a ti n d u s t r i a li m p o r t a n c e ) 于1 9 9 6 年被测序，具有
6、广泛的实 验室和工业用途。许多基因组和蛋白质组技术如蛋 白质质谱分析等就是用酵母来进行试验和开发的。 基因组大小约为1 2M b 由1 6 个染色体组成 运动发酵单胞菌( T h eh i g hc o n v e r s i o no fs u g a r st o e t h a n o lm a k e st h i so r g a n i s mu s e f u li ni n d u s t r i a lp r o d u c t i o ns y s t e m s ，p a r t i c u l a r I yi np r o d u c t i o no fb i o
7、e t h a n o lf o rf u e l ) ，具有产能低，糖转化速度快、效率高 等特点，是替代酵母生产燃料酒精的理想微生物。 P i c h i as t i p i t i s ( r e r m e n t sx y l o s et oe t h a n o l ，a n dd e g r a d e sl i g n i na n dc e l l u l o s ef o rt h ep o t e n t i a le o n v e r s i o no fb i o m a s st oe t h a n 0 1 ) 是一株具有发酵木糖生产 乙醇特性的酵母菌，基因组大小约为1 5 9M b ，由8 个染色体组成。
