  元院士和蝦青素
元英進(jìn)院士及其團(tuán)隊(duì)的文章： 中文翻譯：《融合酶的定向進(jìn)化改善釀酒酵母生物合成蝦青素》,； 文章研究的技術(shù)是酶的“定向進(jìn)化（Directed evolution）” ，研究的產(chǎn)品是蝦青素。 我們知道酶,，能幫助生物化學(xué)反應(yīng)按照人類想要的方向進(jìn)行,。 但是有時(shí)候，酶的工作效率可能不夠高,，或者不能很好地完成我們期望的任務(wù),。 這時(shí)候酶的定向進(jìn)化技術(shù)就能夠幫助人們有目的地去改造酶，讓它變得更符合人類需要,。 在這些讓酶改變的過(guò)程中,，有些酶變得更差甚至不能工作了，但有些酶卻變得更厲害,，比如工作速度更快或者能在更惡劣的條件下工作,。 我們把這些變得厲害的酶的相應(yīng)菌株挑出來(lái)，然后讓它們相應(yīng)的基因繼續(xù) “進(jìn)化”,。 經(jīng)過(guò)多次這樣的挑選和進(jìn)化,，最后就得到了我們想要的更高效、更符合要求的酶,。 在學(xué)術(shù)上,，定向進(jìn)化技術(shù)可以幫助科學(xué)家更好地理解酶的結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系。 因?yàn)橥ㄟ^(guò)定向進(jìn)化改變酶的一些特性,，然后觀察這些改變對(duì)酶活性等功能的影響,，就能夠推斷出酶的哪些部分是關(guān)鍵的，對(duì)其發(fā)揮功能起重要作用,。 對(duì)于融合酶（fusion enzyme）的研究來(lái)說(shuō),，元英進(jìn)老師及其團(tuán)隊(duì)的文章提供了新的思路。 融合酶是把不同功能的部分組合在一起的酶,，研究它的進(jìn)化可以揭示如何優(yōu)化這種組合,，使其在生物體內(nèi)更好地工作。 文章聚焦于蝦青素（astaxanthin）在釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中的生物合成,。 蝦青素是一種很有價(jià)值的物質(zhì)，了解它在酵母中的合成過(guò)程非常重要,。 通過(guò)研究融合酶對(duì)蝦青素合成的影響,，能夠填補(bǔ)生物合成途徑知識(shí)的空白。 比如,，它可以讓我們知道在這個(gè)合成過(guò)程中，融合酶扮演了什么樣的 “角色”,，是加快反應(yīng)速度,，還是提高反應(yīng)的選擇性等。 從微生物學(xué)角度看,，在釀酒酵母這個(gè)模式生物中進(jìn)行研究,，有助于將研究成果推廣到其他微生物中,。 因?yàn)獒劸平湍甘且环N被廣泛研究的微生物，它的很多生物學(xué)特性和機(jī)制都比較清楚,。 如果在釀酒酵母中發(fā)現(xiàn)了提高蝦青素合成的有效方法,，就可以啟發(fā)對(duì)其他微生物進(jìn)行類似的改造，用于生產(chǎn)蝦青素或者其他有價(jià)值的化合物,。 那么,，為什么要研究蝦青素呢？ 蝦青素是一種高價(jià)值的產(chǎn)品,，在水產(chǎn)養(yǎng)殖,、食品、化妝品等多個(gè)行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用,。生物學(xué)功能如下：
在水產(chǎn)養(yǎng)殖中,，它可以作為飼料添加劑，使三文魚,、蝦等水產(chǎn)品的色澤更加鮮艷,，更受消費(fèi)者歡迎。 在食品和化妝品行業(yè),，蝦青素因其抗氧化性能而被用作營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑和護(hù)膚品成分,。 如果能夠成功地提高釀酒酵母中蝦青素的合成效率，就有可能降低蝦青素的生產(chǎn)成本,。 因?yàn)獒劸平湍甘且环N容易培養(yǎng)和大規(guī)模生產(chǎn)的微生物,，通過(guò)優(yōu)化其內(nèi)部的合成途徑，能夠使蝦青素的產(chǎn)量提高,，從而滿足市場(chǎng)對(duì)蝦青素日益增長(zhǎng)的需求,。 當(dāng)然，元英進(jìn)老師和團(tuán)隊(duì)的這篇文章對(duì)于學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)的影響力,，不僅限于蝦青素,。 文章中關(guān)于融合酶定向進(jìn)化的技術(shù)可以被應(yīng)用到其他生物工程領(lǐng)域。 例如,，其他酶的改造或者生物合成途徑的優(yōu)化,，都可以借鑒這種方法。 這對(duì)于開發(fā)新的生物產(chǎn)品或者改進(jìn)現(xiàn)有生物產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝都有很大的幫助,。 而且,，這種在釀酒酵母中的技術(shù)如果能夠成熟，相關(guān)的生物工程企業(yè)就可以將其作為一種核心技術(shù),，開發(fā)出一系列基于微生物發(fā)酵的產(chǎn)品—— 不僅限于蝦青素,，還可以包括其他有價(jià)值的生物活性物質(zhì)，推動(dòng)整個(gè)生物制造產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。
 周教授和L-酪氨酸
閱讀周景文老師及團(tuán)隊(duì)的文章,，感覺(jué)到作者像是在玩一個(gè)微生物改造的 “新游戲”,。 游戲的目標(biāo)是讓大腸桿菌（Escherichia coli）這個(gè) “工具生物” 能夠高效地生產(chǎn) L-酪氨酸（L-tyrosine）。 而“協(xié)同工程（Synergetic engineering）” 就是它的新玩法,。 以前人們可能只是調(diào)整微生物的一個(gè)或幾個(gè)小部位來(lái)提高產(chǎn)量,，但是這篇文章是同時(shí)對(duì)大腸桿菌的好幾個(gè)部位進(jìn)行改造。 這種方法就像給一輛車同時(shí)升級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī),、變速器和輪胎一樣,，讓整臺(tái)車（微生物代謝系統(tǒng)）都變得更厲害，這是一種新穎的研究思路,。 這種新玩法還讓科學(xué)家能更好地看清大腸桿菌內(nèi)部的代謝 “流程圖”,。 因?yàn)槲⑸锏拇x就像一個(gè)超級(jí)復(fù)雜的迷宮，每個(gè)通道（代謝途徑）和每個(gè)開關(guān)（基因）都是相互關(guān)聯(lián)了,。 通過(guò)這種協(xié)同改造,，科學(xué)家可以觀察到： 當(dāng)改變多個(gè)部位時(shí)，整個(gè)迷宮（微生物代謝系統(tǒng)）是如何變化的,，這有助于我們更深入地理解微生物代謝網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜規(guī)則,。 文章的主角是L-酪氨酸，周景文老師就像一個(gè)導(dǎo)游,，帶著我們沿著L-酪氨酸的合成路線走,，告訴我們哪幾個(gè) “工具人”（基因和酶）是這個(gè)合成過(guò)程中的關(guān)鍵角色。 比如,，通過(guò)改變某些基因來(lái)控制代謝的 “流量”,，這就好比是調(diào)整了工廠生產(chǎn)線的速度。 讓我們清楚地知道這些生產(chǎn)線（代謝途徑）是怎么工作的,，以及怎樣讓它們工作得更高效,。 為什么研究L-酪氨酸？因?yàn)樗诋a(chǎn)業(yè)界可是個(gè) “明星”,。 它是人體用來(lái)制造蛋白質(zhì),、神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)等的前驅(qū)物質(zhì)，比如讓人更快樂(lè),、更專注的多巴胺的合成就與它有關(guān),。 在食品工業(yè)里，它可以作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑,，讓食物更有營(yíng)養(yǎng),； 同理，在飼料行業(yè),，它能幫助動(dòng)物長(zhǎng)得更快,、更健康,； 在醫(yī)藥領(lǐng)域,，它是合成多肽類激素,、抗生素、L-多巴等藥物的主要原料,； 這篇文章里高效生產(chǎn)L-酪氨酸的方法,，如果能在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用，就像給 L - 酪氨酸的生產(chǎn)開了 “加速器”,。 因?yàn)榇竽c桿菌很好培養(yǎng),，長(zhǎng)得又快，而且人們已經(jīng)很熟悉怎么改變它的基因了,。 通過(guò)改造大腸桿菌來(lái)生產(chǎn)L-酪氨酸,，可以大規(guī)模地生產(chǎn)，而且成本還能降低,，這樣就能滿足市場(chǎng)對(duì)L-酪氨酸越來(lái)越多的需求了,。
周景文老師及團(tuán)隊(duì)對(duì)L-酪氨酸合成機(jī)制的研究，就像一塊基石,。 其他科學(xué)家研究別的氨基酸或者生物分子合成的時(shí)候,，可以參考這種模式。 因?yàn)楹芏嗌锓肿雍铣删拖裥值芙忝靡粯?，有一些相似?“性格”（原理）,，比如都需要基因來(lái)指揮、酶來(lái)干活,。 所以這個(gè)研究可以為其他生物分子合成的研究提供借鑒,。 生產(chǎn)企業(yè)也可以借助這種協(xié)同工程的改造方法，來(lái)對(duì)別的微生物進(jìn)行改造,，用來(lái)生產(chǎn)氨基酸,、有機(jī)酸、生物燃料等各種有用的東西,。 學(xué)術(shù)研究并不是空中樓閣,，科學(xué)家越來(lái)越多從實(shí)際生產(chǎn)出發(fā)，提出對(duì)研發(fā)和生產(chǎn)有意義的研究方法,。 因此,，生物制造產(chǎn)學(xué)研結(jié)合才能帶來(lái)經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。 
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