生物催化剂
在Michael Zachariou教授领导 下，CSIRO Molecular Science的生物催化剂小组已经成功建立了一个很吸引人的研究流程，并将为提高澳大利亚的化学工业的可持续性和可再生利用性而努力。该研究工作组成立三年以来，从找出几种新方法用植物材料制造富有潜力的化学砖，到开发出几种生物处理技术并将他们应用到制药领域，该团队实现了跳跃式发展。
“我们的目标是创造基于生物学的化工产业，”Zachariou说道，“起因是石油化工污染情况很严重，并且它们日渐短缺，成本高昂，并且还对环境不利。”Zachariou说，化工产业是一个古老的产业，但是它也在发生着变化——正朝着采用生物方法生成当前的多种合成化合物的方向发展。以各大公司如杜邦、Cargill Dow和BASF为例，Zachariou称这些公司都把这个方向当成他们的使命，旨在缔造一个可持续性更高的化工产业。
同时这也是Zachariou的团队所要做的——研究如何采用生物资源，如树木与谷物，来制造化工产品，采用生物催化剂开发新途径将低价值的植物物质转化为高价值的化工产品。通过细致的工作，他们发现了新型的生物催化剂，并将它们用于生产新型化合物和开发新型生物处理技术。
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生物催化剂由微生物和它们所含的酶组成。这些生物系统，包括基因工程改造的微生物，可以产生化学物质，用于生产制造塑料、除草剂或其它有意思的化学产品。Zachariou说：“我们试图将本来用作饲料的生物物质转变为化学制品，新型的化学制品。”
同时，Zachariou说开发和使用这种新流程将为农村地区带来一套完全不同的价值体担蛭饫锏纳镂镏首试矗绻任锖褪髂荆梢杂糜谏е破贰⑺芰匣蛘呱锶剂稀?
与生物物质的接触
Zachariou的研究组希望能找到有效降解植物的途径，如树木和谷物，以便将这些碳源释放出来供微生物或酶来产生各种化学物质。他们所关注的生物物质的成份之一就是木质素，木质素与纤维素一起构成植物的细胞壁。据称这种坚硬的物质为植物提供了强度和硬度，在地球植物生物量的比例达到35%，它富含多酚类化合物——这些结构与石油化工化合物很相似，后者是生产塑料制品的起始原料化合物。
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木质素是有良好应用前景的化学物质的丰富资源，Zachariou称，据挪威所做一项研究发现木质素含有600多种化合物，“其中一些化合物含量很低，另外一些则含量很高，可达10%到15%，甚至达到20%和30%，不同木材中含量会有所不同。”然而正是因为木质素很难降解，或称为解聚，它一般被作为能源烧掉。Zachariou说：“如果你可以有效地将木质素降解掉，那么你就可以用地球上35%的植物生物制造一些化合物，从而取代先前所必须采用的人工合成方法。”
他的研究团队希望将生物与化学方法综合起来找到一种有效降解木质素的方法。Zachariou说目前采用的化学方法采用了毒性很高的物质，而酶方法，例如微生物产生的漆酶和过氧化物酶，将可以提供一种更有效、可控性更高的方案。“化学方法是很极端的方法，”
Zachariou说。“采用象硝基苯氧化物之类的物质，这样的条件很极端，因此也不能期望什么人将来能把这一实验有效放大。如果我们了解化学方法起作用的原理以及它们的弱点在什么地方，同时也了解一下生物方法，我们则有希望将两种方法结合起来，结合它们的长处来找到一种可调控性更高、更有效的方法。”
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纤维素
Zachariou团队也在寻求有效降解植物纤维素的方法。目标是找到有效的纤维素酶来降解这种复杂的碳水化合物，并释放出葡萄糖。“如今，出于很明显的原因，美国对于植物物质很关注，利用其能量来生产乙醇、燃料，”
Zachariou说，“例如，美国国家可再生能源实验室(NREL)正在着手处理生物物质，并计划开发利用纤维素生产燃料乙醇的流程。”据
Zachariou说，降解纤维素生产葡萄糖的成本中有40%花在酶上。这样，这一工作的一个方面就是找到效率更高、成本更低的酶。
桉树油
Zachariou的团队关注的另外一个物质就是桉油素，这种物质存在于桉树油中。桉油素是一种双环单萜，并且是一种功能很强的防腐剂——它目前主要用于药品氯琥珀胆碱和桉油合剂中，但是这些用量都很低，研究者希望找出它的大规S猛尽K钦谘芯胯裼退兀砑拥轿⑸锷さ呐嘌校缓蠓掷肽切┛梢栽谡庵址栏林姓Iさ奈⑸铩?
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“它们(微生物)一步就完成对桉油素的羟基化反应，”
Zachariou说，“这一过程正是令合成化学家们感到很棘手的地方，并且也不可能在一步内完成这一过程。他们通常得许多步才能完成，而且产率很低。”给一个化合物加上一个羟基可以使它的功能更多，这也正是桉油素羟基化以后产生的效果。正如Zachariou所说：“你给它加上一个功能基团，这样你可以用其它化合物来修饰它，没有这个羟基，桉油素就没有那么活泼。”
研究者以桉油素为基础生成50到60种新型化合物，他们目前正在筛选可用于大规模用途的物质，如除油剂、表面活性剂、除草剂、抗真菌剂以及抗原生动物剂。Zachariou预测到今年年底他们就可以充分展示这些化合物的效能。
这项桉油素的研究工作由乡村产业发展研究与发展协会(RIRDC)资助，同时与澳大利亚政府关于西部干地盐碱应对计划联系在一起，该计划鼓励农民种植桉树来降低水位，这样可以缓解盐碱问题。种植的桉树可以提取桉油素，这种附加值可以为农民提供另一种激励来促使他们种植桉树。
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发现新的微生物
为了发现新型微生物，并应用它们的酶来降解植物材料，研究者开发出一种工具，他们称为进化技术( Evolver
technology)。Zachariou说：“我们刚在04年悉尼环境会议上发布了这种技术，并且大获成功，因为这种完美的技术使我们在3-4周的时间里发现这些新型生物催化剂或者是微生物。去年我们分离出60到70种菌类，其中有10%到20%的菌类在现有的DNA数据库中没有记录，所以我们立刻认定它们是新型的微生物。”
除了可以使研究者迅速分离微生物，这一技术的另外一个方面是特有的微生物源，可用来分离有潜质的新型生物催化剂。Zachariou没有说这个源是什么，但是他说那是澳大利亚特有的，增殖很快并充满活力，可以为他们省去大量的时间和精力。Zachariou说：“这一技术可以使我们通过该技术本身来产生所需环境，不需要走出实验室。”
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在发现新型酶和微生物的过程中，为了获得各级政府在特定的环境位点微生物采集许可或证明，各公司用尽了各种手段。例如，美国Diversa公司为了分离一种脂酶而潜到大洋深处寻找鲸鱼的尸骨，并从其脂肪中分离出微生物来找他们所期望的脂酶。但是Zachariou团队开发的这种技术则根本不需要这么做。
进化技术(Evolver technology)也不需要开发新的检测方法。Zachariou说这一过程先从微生物源开始，在加入碳源，如桉油精，这一技术就会自行运转，最后能通过单独培养提纯得到四种或五种微生物。
澳大利亚制造的?
Zachariou的团队也在寻求新技术来提高生物催化剂的成本效益。他说澳大利亚的一些公司每月从国外进口成千上万吨的酶。这些酶用于分解农用饲料成份，如用于分解淀粉的淀粉酶，释放磷酸的肌醇六磷酸酶。
Zachariou说：“我们希望做的就是以一种不同的途径为这些澳大利亚公司供应所需的酶，这样他们就不需要从国外进口了，每次当他们需要时，都可以自制他们所需的新鲜酶，从而大大地降低了成本。”
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他们展示了这一概念的证据，期望到今年年底会把这些事情理顺。通过寻找新型纯化标记和分离与纯化医用蛋白的不同方法，Zachariou的团队也在致力于如何来促进分离与纯化这些 蛋白和酶的过程。Zachariou说：“现在用的许多标志是基于氨基酸的序列，我们试图从采用基于氨基酸序列的方法中转移出来，转而采用基于化学物质的序列来作为纯化标志。”
采用蛋白标志是为了从酵母和细菌等细胞中提取经基因工程改造的蛋白质。例如，通过将目标蛋白连上6个组氨酸，然后将宿主细胞克隆，通过亲合柱目标蛋白可以从细胞中其它蛋白分离开来。Zachariou的团队正在找出替代将目标蛋白连上6个组氨酸的方法，他们正在使宿主获得一个化学成分使其可以作为纯化标记。这一概念在制药行业应用前景很大，因为避免了氨基酸标志物可以引起免疫反应的问题。
Zachariou说：“目前有市场上有100种左右的医用蛋白，没有一种采用标志物进行纯化，或者说带有纯化标志物，因为这些标志物赡鼙旧砭褪且恢置庖咴矗梢源シ⒉∪说拿庖叻从ΑF渌奈侍馐羌词顾墙邮苷庑┛赡艽忻庖咴吹牡鞍祝颐悄茏鲂┦裁矗恳桓鲅≡窬褪墙曛疚锴谐且膊豢赡芡耆谐芑嵋帕粢坏蕉霭被幔遣皇翘烊坏鞍椎某煞荨!?
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这种不纯性在管理部门那里就会遇到麻烦，因为这些分子与天然蛋白有所不同，因而就需要证明它们与天然分子有着同样的功效。此外，从蛋白上切除标志物需要蛋白酶，它需要与目标分子处于同等环境下，而且由于蛋白酶一般混杂性很强，所以要求这种蛋白酶的专一性要很高。加上一个化学半分子作为标识物来纯化医用蛋白将可以避开这些问题，因为化学分子可以在不影响目标分子活性的基础上被切除，而且切除过程不涉及氨基酸。这一过程也将生成一系列纯度更高的天然蛋白。
培训
Zachariou称他的团队通过Swinburne科技大学与医药行业建立了联系。他说“那种联系就是培训。”在今年第二个学期，CSIRO与Swinburne科技大学合作开设GMP的研究生课程——届时会提供证书、文凭以及硕士证书。GMP是制药行业生产过程的环节之一，药物产品必须符合澳大利亚医药用商品管理局(TGA)和美国食品与药物管理局(FDA)的人用药物的相关规定。
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对于所有制药业和生物技术产业这都是一个重要问题，因为他们得在这方面培训他们的员工，或者送他们参加专业的GMP培训课程。Zachariou说：“与产品的生产相联系的许多问题是流程开发，澳大利亚很擅长研发，但是对于许多重要产品的流程开发经验不足，在生产环节上如GMP方面的经验也有限。”尽管他认为一些人可能不同意他墓鄣悖琙achariou称，有一个事实是现在全球只有100多种医用蛋白化合物上市销售，这就意味着具有成功开发产品并将之推向生产线的经验的人为数不多。
这样，Swinburne大学和CSIRO所做的事正好填补这一空白，并将在流程一发和制造经验对人们进行培训。根据Zachariou意见，未来这种类型的毕业生需求量会很大。“OECD认为工业生物催化剂将是继农业革命和制药业革命以后的第三次科学革命。”
(译自《Australian Biotechnology News》), 百拇医药(文/Susan Williamson 译/吕海亮 )
“我们的目标是创造基于生物学的化工产业，”Zachariou说道，“起因是石油化工污染情况很严重，并且它们日渐短缺，成本高昂，并且还对环境不利。”Zachariou说，化工产业是一个古老的产业，但是它也在发生着变化——正朝着采用生物方法生成当前的多种合成化合物的方向发展。以各大公司如杜邦、Cargill Dow和BASF为例，Zachariou称这些公司都把这个方向当成他们的使命，旨在缔造一个可持续性更高的化工产业。
同时这也是Zachariou的团队所要做的——研究如何采用生物资源，如树木与谷物，来制造化工产品，采用生物催化剂开发新途径将低价值的植物物质转化为高价值的化工产品。通过细致的工作，他们发现了新型的生物催化剂，并将它们用于生产新型化合物和开发新型生物处理技术。
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生物催化剂由微生物和它们所含的酶组成。这些生物系统，包括基因工程改造的微生物，可以产生化学物质，用于生产制造塑料、除草剂或其它有意思的化学产品。Zachariou说：“我们试图将本来用作饲料的生物物质转变为化学制品，新型的化学制品。”
同时，Zachariou说开发和使用这种新流程将为农村地区带来一套完全不同的价值体担蛭饫锏纳镂镏首试矗绻任锖褪髂荆梢杂糜谏е破贰⑺芰匣蛘呱锶剂稀?
与生物物质的接触
Zachariou的研究组希望能找到有效降解植物的途径，如树木和谷物，以便将这些碳源释放出来供微生物或酶来产生各种化学物质。他们所关注的生物物质的成份之一就是木质素，木质素与纤维素一起构成植物的细胞壁。据称这种坚硬的物质为植物提供了强度和硬度，在地球植物生物量的比例达到35%，它富含多酚类化合物——这些结构与石油化工化合物很相似，后者是生产塑料制品的起始原料化合物。
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木质素是有良好应用前景的化学物质的丰富资源，Zachariou称，据挪威所做一项研究发现木质素含有600多种化合物，“其中一些化合物含量很低，另外一些则含量很高，可达10%到15%，甚至达到20%和30%，不同木材中含量会有所不同。”然而正是因为木质素很难降解，或称为解聚，它一般被作为能源烧掉。Zachariou说：“如果你可以有效地将木质素降解掉，那么你就可以用地球上35%的植物生物制造一些化合物，从而取代先前所必须采用的人工合成方法。”
他的研究团队希望将生物与化学方法综合起来找到一种有效降解木质素的方法。Zachariou说目前采用的化学方法采用了毒性很高的物质，而酶方法，例如微生物产生的漆酶和过氧化物酶，将可以提供一种更有效、可控性更高的方案。“化学方法是很极端的方法，”
Zachariou说。“采用象硝基苯氧化物之类的物质，这样的条件很极端，因此也不能期望什么人将来能把这一实验有效放大。如果我们了解化学方法起作用的原理以及它们的弱点在什么地方，同时也了解一下生物方法，我们则有希望将两种方法结合起来，结合它们的长处来找到一种可调控性更高、更有效的方法。”
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纤维素
Zachariou团队也在寻求有效降解植物纤维素的方法。目标是找到有效的纤维素酶来降解这种复杂的碳水化合物，并释放出葡萄糖。“如今，出于很明显的原因，美国对于植物物质很关注，利用其能量来生产乙醇、燃料，”
Zachariou说，“例如，美国国家可再生能源实验室(NREL)正在着手处理生物物质，并计划开发利用纤维素生产燃料乙醇的流程。”据
Zachariou说，降解纤维素生产葡萄糖的成本中有40%花在酶上。这样，这一工作的一个方面就是找到效率更高、成本更低的酶。
桉树油
Zachariou的团队关注的另外一个物质就是桉油素，这种物质存在于桉树油中。桉油素是一种双环单萜，并且是一种功能很强的防腐剂——它目前主要用于药品氯琥珀胆碱和桉油合剂中，但是这些用量都很低，研究者希望找出它的大规S猛尽K钦谘芯胯裼退兀砑拥轿⑸锷さ呐嘌校缓蠓掷肽切┛梢栽谡庵址栏林姓Iさ奈⑸铩?
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“它们(微生物)一步就完成对桉油素的羟基化反应，”
Zachariou说，“这一过程正是令合成化学家们感到很棘手的地方，并且也不可能在一步内完成这一过程。他们通常得许多步才能完成，而且产率很低。”给一个化合物加上一个羟基可以使它的功能更多，这也正是桉油素羟基化以后产生的效果。正如Zachariou所说：“你给它加上一个功能基团，这样你可以用其它化合物来修饰它，没有这个羟基，桉油素就没有那么活泼。”
研究者以桉油素为基础生成50到60种新型化合物，他们目前正在筛选可用于大规模用途的物质，如除油剂、表面活性剂、除草剂、抗真菌剂以及抗原生动物剂。Zachariou预测到今年年底他们就可以充分展示这些化合物的效能。
这项桉油素的研究工作由乡村产业发展研究与发展协会(RIRDC)资助，同时与澳大利亚政府关于西部干地盐碱应对计划联系在一起，该计划鼓励农民种植桉树来降低水位，这样可以缓解盐碱问题。种植的桉树可以提取桉油素，这种附加值可以为农民提供另一种激励来促使他们种植桉树。
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发现新的微生物
为了发现新型微生物，并应用它们的酶来降解植物材料，研究者开发出一种工具，他们称为进化技术( Evolver
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除了可以使研究者迅速分离微生物，这一技术的另外一个方面是特有的微生物源，可用来分离有潜质的新型生物催化剂。Zachariou没有说这个源是什么，但是他说那是澳大利亚特有的，增殖很快并充满活力，可以为他们省去大量的时间和精力。Zachariou说：“这一技术可以使我们通过该技术本身来产生所需环境，不需要走出实验室。”
, http://www.100md.com
在发现新型酶和微生物的过程中，为了获得各级政府在特定的环境位点微生物采集许可或证明，各公司用尽了各种手段。例如，美国Diversa公司为了分离一种脂酶而潜到大洋深处寻找鲸鱼的尸骨，并从其脂肪中分离出微生物来找他们所期望的脂酶。但是Zachariou团队开发的这种技术则根本不需要这么做。
进化技术(Evolver technology)也不需要开发新的检测方法。Zachariou说这一过程先从微生物源开始，在加入碳源，如桉油精，这一技术就会自行运转，最后能通过单独培养提纯得到四种或五种微生物。
澳大利亚制造的?
Zachariou的团队也在寻求新技术来提高生物催化剂的成本效益。他说澳大利亚的一些公司每月从国外进口成千上万吨的酶。这些酶用于分解农用饲料成份，如用于分解淀粉的淀粉酶，释放磷酸的肌醇六磷酸酶。
Zachariou说：“我们希望做的就是以一种不同的途径为这些澳大利亚公司供应所需的酶，这样他们就不需要从国外进口了，每次当他们需要时，都可以自制他们所需的新鲜酶，从而大大地降低了成本。”
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他们展示了这一概念的证据，期望到今年年底会把这些事情理顺。通过寻找新型纯化标记和分离与纯化医用蛋白的不同方法，Zachariou的团队也在致力于如何来促进分离与纯化这些 蛋白和酶的过程。Zachariou说：“现在用的许多标志是基于氨基酸的序列，我们试图从采用基于氨基酸序列的方法中转移出来，转而采用基于化学物质的序列来作为纯化标志。”
采用蛋白标志是为了从酵母和细菌等细胞中提取经基因工程改造的蛋白质。例如，通过将目标蛋白连上6个组氨酸，然后将宿主细胞克隆，通过亲合柱目标蛋白可以从细胞中其它蛋白分离开来。Zachariou的团队正在找出替代将目标蛋白连上6个组氨酸的方法，他们正在使宿主获得一个化学成分使其可以作为纯化标记。这一概念在制药行业应用前景很大，因为避免了氨基酸标志物可以引起免疫反应的问题。
Zachariou说：“目前有市场上有100种左右的医用蛋白，没有一种采用标志物进行纯化，或者说带有纯化标志物，因为这些标志物赡鼙旧砭褪且恢置庖咴矗梢源シ⒉∪说拿庖叻从ΑF渌奈侍馐羌词顾墙邮苷庑┛赡艽忻庖咴吹牡鞍祝颐悄茏鲂┦裁矗恳桓鲅≡窬褪墙曛疚锴谐且膊豢赡芡耆谐芑嵋帕粢坏蕉霭被幔遣皇翘烊坏鞍椎某煞荨!?
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这种不纯性在管理部门那里就会遇到麻烦，因为这些分子与天然蛋白有所不同，因而就需要证明它们与天然分子有着同样的功效。此外，从蛋白上切除标志物需要蛋白酶，它需要与目标分子处于同等环境下，而且由于蛋白酶一般混杂性很强，所以要求这种蛋白酶的专一性要很高。加上一个化学半分子作为标识物来纯化医用蛋白将可以避开这些问题，因为化学分子可以在不影响目标分子活性的基础上被切除，而且切除过程不涉及氨基酸。这一过程也将生成一系列纯度更高的天然蛋白。
培训
Zachariou称他的团队通过Swinburne科技大学与医药行业建立了联系。他说“那种联系就是培训。”在今年第二个学期，CSIRO与Swinburne科技大学合作开设GMP的研究生课程——届时会提供证书、文凭以及硕士证书。GMP是制药行业生产过程的环节之一，药物产品必须符合澳大利亚医药用商品管理局(TGA)和美国食品与药物管理局(FDA)的人用药物的相关规定。
, http://www.100md.com
对于所有制药业和生物技术产业这都是一个重要问题，因为他们得在这方面培训他们的员工，或者送他们参加专业的GMP培训课程。Zachariou说：“与产品的生产相联系的许多问题是流程开发，澳大利亚很擅长研发，但是对于许多重要产品的流程开发经验不足，在生产环节上如GMP方面的经验也有限。”尽管他认为一些人可能不同意他墓鄣悖琙achariou称，有一个事实是现在全球只有100多种医用蛋白化合物上市销售，这就意味着具有成功开发产品并将之推向生产线的经验的人为数不多。
这样，Swinburne大学和CSIRO所做的事正好填补这一空白，并将在流程一发和制造经验对人们进行培训。根据Zachariou意见，未来这种类型的毕业生需求量会很大。“OECD认为工业生物催化剂将是继农业革命和制药业革命以后的第三次科学革命。”
(译自《Australian Biotechnology News》), 百拇医药(文/Susan Williamson 译/吕海亮 )