1 氨基酸的用途及国内外生产现状

　　氨基酸是构成蛋白质的基本单位。广泛应用于医药、食品及其调味剂、动物饲料、化妆品睁制造。例如多种复合氨基酸制剂可通过输液治疗营养或代谢失调I谷氨酸钠和甘氨酸可做讽味剂 甲硫氨酸等必需氨基酸可用于制造动物饲料；苯丙氨酸与天冬氨酸可用于制造低热量二肽甜味剂(a一天冬酰苯丙氨酸甲酯)，此产品1981年获FDA 批准，现在每年产量巳达数万。吨 苯丙氨酸与氮芥子气合成的苯丙 　　氨酸氮芥子气对骨髓肿瘤治疗有效，且副作用低。此外。一些氨基酸还是制做牙膏和香波等原料。目前，国内虽有不少生产氨基酸的厂家，但由于工艺技术滞后。产品质量及其成本都难以参与国际竞争。随着对氨基酸需求量的大大增加。国的氨基酸生产水平远远不能满足要求。传统提取法、酶法和化学合成法由于前体物的成本高，工艺复杂，难以达到工业化生产的目的。生产氨基酸的大国为日本和德国。日本的味之素、协和发酵及德国的德同沙是世界氨基酸生产的三巨头。它们能生产高品质的氨基酸。可直接用于输液制剂的生产。日本在美国、法国等建立了合资的氨基酸生产厂家，生产氨基酸和天冬甜精等衍生物。工艺主要是用微生物直接发酵，成本低。产量高。

　　我国的谷氨酸钠(味精)产量居世界首位，赖氨酸产量也居世界前列。苏氨酸产量由于引进苏联的生产菌种。有了很大的提高。国内生产氨基酸的厂家主要是天津氨基酸公司。湖北八峰氨基酸公司。但目前无论生产规模及产品质量还难于与国外抗衡。在8O年代中后期，我从日本的味之素、协和发酵以技贸合作的方引进输液制剂的制造技术和仿造产品。1991年销售量为二千万瓶，1 996年达六千万瓶，主要厂家有无锡华瑞，北京费森尤斯，昆明康普莱特，但生产原料都依赖进口 据专家估计。到2000年，世界氨基酸产值可达45亿美元。占生物技术市场的7 ，国内的氨基酸产值可达40亿元，占全国发酵产业总产值的12％。

　　2 氨基酸发酵生产发展的历史回顾

　　所谓氨基酸发酵，就是以糖类和铵盐为主要原料的培养基中培养微生物，积累特定的氨基酸。这些方法成立的一个重要原因是使用选育成的氨基酸生物合成高能力的菌株。菌株的育种起初是由从自然界中筛选有产酸能力的菌株。并建立其培养条件开始的，从自然界或研究室保藏种类是有限的。而后在确立突变技术和阐明氨基酸生物合成系统调节机制的基础上发展为营养缺陷变异株、抗药性菌株的育种。这样，几乎所有的氨基酸都能生产出来。随着重组DNA 技术的发展，接合、转导、转染、细胞融合等手段首先用于体内基因重组，是早期用基因重组方法构建生产菌株的尝试。70年代末至80年代初期，随着载体、受体系统的构建及体外基因重组技术的日益完善，氨基酸生物工程菌的构建有了长足的发展。苏氨酸等的生产菌株被成功地构建并应用于工业化生产。

　　2.1 用野生株的方击

　　这是从自然界获得的分离菌株进行发酵生产的一种方法。典型的例子就是谷氨酸发酵。此外，改变培养条件的发酵转换法中，有变化铵离子浓度、磷酸浓度，使谷氨酸转向谷氨酰胺和缬氡酸发酵的例子。

　　2.2 用营养缺陷变异棘的方法

　　这一方法是诱变出菌体内氨基酸生物合成某步反应阻遏的营养缺陷型变异体，使生物合成在中途停止，不让最终产物起控制作用。这种方法中有用高丝氨酸缺陷株的赖氨酸发酵，有用精氨酸缺陷株的鸟氨酸发酵，还有用异亮氨酸缺陷株的脯氨酸发酵。

　　2.3 类似物抗性变异株的方法

　　在微生物体内，具有限制过量氨基酸生成的调节机制。因此，一般很难如愿获得所要的氨基酸。为此，用一种与自己想获得的氨基酸结构相类似的化台物加入培养基内，使其发生控制作用，从而抑制微生物的生长。这样，就可以得到在这种培养基中能够生长的变异株，而这种变异株正是解除了调控机制的，能够生成过量的氨基酸。利用此方法发酵的有：苏氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、组氨酸和精氨酸。

　　2.4 体内及体外基因重组的方法

　　基因工程包括细胞内基因重组方法和试管   内的体外基因重组方法。其中，体内基因重组是在自然界中所观察到的现象，在应用上又称为杂交育种，王要方法包括：转化、转染、接合转移、转导和细胞融合等，这都是在细胞内暂时地产生染色体的局部二倍体，在两条DNA 链之间引起两次以上的交叉，是遗传性重组现象。通过体内基因重组技术的应用，易于组合遗传特性，能较为有效地育种。上述方法中开始实际应用的是细胞融合技术和转导技术，前者的实例有用短杆菌的苏氨酸、赖氨酸等发酵产生菌的育种；后者的例子是用大肠杆菌的色氨酸，沙门氏菌的亮氨酸，沙雷氏菌的组氨酸、精氨酸、苏氨酸、异亮氨酸等发酵产生菌的育种。细胞内基因重组技术的缺点是，现在只在同种或有近缘关系的微生物之间进行并较难成功。在1979年，苏联人首先成功地利用体外构建重组质粒的基因工程方法选育了苏氨酸产生菌，进行工业生产苏氨酸，开刨了氨基酸发酵工业的新纪元。近几年来，将基因工程技术应用于代谢工程中的研究越来越深入，代谢工程在阐明代谢途径及其调控规律的基础上，应用重组DNA技术可以改变代谢途径分支点上的流量或引入新的代谢步骤与管径构建新的代谢网络，其主要步骤为：鉴定目标代谢途径涉及的酶(特别是限速酶)；取得酶基因必要时可用蛋白质工程技术，如定点诱变，基因剪接等，使蛋白具有新的特点(增强活性或稳定性、解除反馈抑制等)；将一种或多种异源的或改造后的酶基因与调节元件一起克隆进目标生物；使调节元件的作用及培育条件最优化，这样则可以得到性能优良的氨基酸生产菌株。以下将较为详尽地对氨基酸基因工程菌的研究进展加以阐述。

　　3 氨基酸基因工程菌的研究进展

　　基因工程技术应用于发酵工程，使发酵工业呈现欣欣向荣的景象。发酵工业中基因工的研究虽然起步较晚，但已取得成效，通过基因突变和重组，已选育了大批优良菌侏，不仅提高了传统产品的产量，而且开发了新产品，然而道路是艰辛的。因为代谢途径工程比蛋白多肽的基因工程复杂得多，它涉及的基因通常不止一个，除了需要有效的载体受体系统外，对代谢途径及调控机理的研究也十分重要，通过多年的努力，人们在上述的研究结果的基础上，提出了构建工程菌的一些策略。

　　3.1 栽体一受体系统及克隆表达的研究

　　3. 1.1 受体的获得