谢 伟10808044

工程海藻的发展：改造新陈代谢途径将引发一场生物技术的革命

可应用于生产的工程微藻代谢途径

产品的商业价值

content

1 、 Commercial applications of microalgae

2 、 Manipulating microalgal metabolism

3 、 Accomplishments of genetic engineering

Commercial applications of microalgae

微藻作为以太阳能为动力、能够吸收二氧化碳的生物体可以为当前的全球市场和环境做出巨大的贡献，所以十分有必要加强对微藻生物技术的关注。而不断进步的培养技术和代谢途径中关键部位的遗传操作也将进一步促进工程微藻成为一个用于生产的许多高价值的化合物平台。

Commercial applications of microalgae

工程微藻要应用于商业必需要降低生产生产成本，如最大限度地增加脂或其他目的代谢产物前体的含量，增加细胞的生长率，实施多级增长的系统等等。

热点：多年来，藻类生物技术公司成功研制出一些产品并推向市场，如一些水产饲料，而目前最热门的发展方向是药物化合物和生物燃料。

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Manipulating microalgal metabolism

操纵的细胞的代谢途径可以让其合成需要的产品，也能扩大微藻的处理能力。

A:微藻处于在具体的胁迫环境因素中，如使用特定的营养物质，用特别的物质去诱导代谢，可以增加目的代谢产物；

B:也可以通过突变或转基因直接控制工程藻的代谢，得到目的代谢产物。

A:Environmental factors affect metabolism

有利或不利的环境因素会对一个细胞的代谢途径的造成严重影响。用不同的培养条件培养可以刺激改变代谢，从而提供一个简单的方法得到大量的目的代谢物。

For example

海藻油 小球藻能够在异养的条件下生存，当供给它预制的外源碳源时，细胞内可以积累相当于干重的 55% 的油。而相比在自养的条件下为 14% 。

B:Genetic transformation technologies

遗传转化是指外源 DNA分子临时穿过细胞膜进入细胞，并且 DNA片段最终会转入细胞的核或叶绿体基因组中。

这种技术遇到的问题： a ：大多由于细胞膜破裂导致细胞死亡 ;

b ：即使存活下来外源基因很有可能被认为是外源基因而被消化；

c:此外， DNA片段插入细胞基因组是随机的，这就导致了表达水平的不确定性。

a ：目前发展的几个技术提高微藻遗传转化后的生存几率：

1 、搅拌藻类细胞（无细胞壁的）、玻璃珠（微米碳化硅晶须）和 DNA分子的混合物；

2 、运用电子脉冲对细胞膜进行电穿孔现在已经取得了很大的成功。

3 、微粒子轰炸，用金或者钨来包裹 DNA。

b ：在绿藻中除了衣藻和团澡，其他种很少具有长期稳定表达转基因蛋白质的能力，其原因可能是细胞本来具有抑制外来基因的体系。

科学家最近清楚的揭示这一原因是由于单细胞藻类中 microRNA基因管制系统在其作用。采用分子生物学方法可以解决在藻类代谢工程转基因沉默导致外源基因不稳定或被分解的显现。

c ：微生物农杆菌能够感染植物导致产生肿瘤。因此可以通过基因操作这种细菌的 T-DNA （转移 DNA ），使肿瘤诱导基因可取代有用基因结构，然后可以引入微藻细胞，从而得到高效表达。

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Accomplishments of genetic engineering

尽管基因组革命波及到大部分的科学界，但是微藻研究人员现在才刚刚感受到一点涟漪。在过去的十年中，微型藻类遗传转化取得的一些成就，每次都给商业的发展带来了巨大的契机。

a 、 Augmented lipid biosynthesis

ASP （ US Department of Energy’s Aquatic Species Program 美国能源部的水生物种计划）一直关注着乙酰辅酶 A 羧化酶的过度表达来制造高脂肪含量工程藻株用来生产生物柴油。

1994年，研究人员分离出硅藻小环藻中编码 ACCase基因。为此，他们开发的表达载体并进行了转化第一次尝试在代谢方面构建工程微藻。尽管过度表达的 ACCase没有对脂质合成产生重大影响，但其具体的工具和方法确立的为今后的研究筑下了基础。

b 、 Trophic conversion

自然界中一些藻类可以利用糖，有些则不能。利用转基因技术可以让那些不能利用糖的也具有利用糖的功能。

团藻 carteri是第一个转入和己糖 /H+的转运的有关的基因 Hup1的绿藻，形成的异养小球藻具有了吸收同化葡萄糖和葡萄糖胺的能力（ C14标记）。类似的营养转换也在衣藻和硅藻进行，每个显示出一个单一的基因对代谢造成了根本的变化所。

c 、 Engineered light-harvesting antennae

微藻的叶绿体和大型捕光天线复合物为了适应在光线较暗的情况下生长，都是紧密堆叠的。那么在较强的光强度下，会形成的大量的活性氧化物会伤害细胞，减少了光合效率。研究人员利用 RNA干扰术调叶绿体和大型捕光天线复合物表达的就可以适应较强的光照条件。

d 、 Expression of recombinant proteins 工程微藻作为一种高效、快速的、无污染的表达系统，同时还具有蛋白质折叠机制和翻译后修饰系统，在各种蛋白质的生产明显具有的优势。

生物柴油• 生物柴油即脂肪酸甲酯，是一种可生物降解、无毒的

可再生能源。藻类具有光合作用效率高、环境适应能力强、生长周期短、生物产量高的特点，因此藻类是制备生物柴油燃料的良好材料。

• 应用细胞培养技术（异养发酵技术）控制有机与无机碳、氮源的供给，获得叶绿素消失、细胞变黄的异养小球藻。异养小球藻细胞中油脂类化合物大大增加，蛋白质含量下降。与未经转化的自养藻相比，异养藻细胞的粗脂肪含量提高了 4 倍以上。完成一个批次的细胞工程周期为 7 天左右。

• 可以淀粉为原料发酵生产富营养油脂，完成实验室规模的全部工艺，与常规制备技术比较，成本下降 5 － 8 倍，油脂含量达 99％以上。

• 在微藻油脂中加入一定量的甲醇，加热至一定的温度，在酸催化剂作用下，反应生成生物柴油。微藻生物柴油的密度为 0.864kgl-1、粘度5.2×10-4(40 ºC)、热值高达 41 MJ kg-1，这些特征与传统柴油相当。