近十年来，代谢工程技术已被广泛应用于微生物菌种改造，并取得了巨大成功。但是，代谢工程技术在提高微生物在工业环境下的适应能力和胁迫抗性方面的作用还很有限。新型大宗生物产品——生物燃料、生物基化学品和生物材料的特点是量大、价廉。为了利用微生物高效、经济地生产这些产品，急需发展新的菌株改造技术。
近日，中科院微生物研究所所李寅研究员和张延平博士在《生物技术趋势》(Trends in Biotechnology)上发表了文章，系统阐述了微生物生理功能工程的新观点，并建议大力发展微生物生理功能工程技术，从而适应新型生物产业发展对微生物菌种改造的要求。文章已于9月29日在线发表(doi:10.1016/j.tibtech.2009.08.006)。
近年来，李寅小组在中国科学院、科技部、国家自然科学基金委员会支持下，以梭菌、克莱伯氏菌和乳酸菌为模型，在分子水平上研究如何提高这些菌株的生理性能。基于微生物生理状态与目标功能的关系，李寅小组提出的微生物生理功能工程技术，强调通过改善工业菌种必需的鲁棒性(robustness)和适切性(fitness)，来提高菌种的工业化应用潜力。在设计菌种改造策略时，除了考虑工业发酵过程的传统指标如底物谱、产物得率、发酵浓度、生产强度等，还需要考虑菌种对pH、温度、氧化还原电势、渗透压等环境参数波动的稳定性，以及菌种对木质纤维素水解抑制物的耐受性。在此基础上，文章根据相应生理功能的复杂性和改造的难易程度，设计了不同的技术路线，明确了对微生物生理功能进行系统改造的原则和方法。
微生物生理功能工程将微生物生理学、系统生物学、合成生物学的相关理论与工程方法结合起来，来改善宿主菌的生理功能或导入新的目标生理功能。利用这一技术改造的菌株，将有可能满足多元化的工业需求，特别是满足新兴生物燃料、生物基化学品种和生物材料发展的需求。
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