关于作者
中国科学院老科学家科普演讲团副团长；中国科学院微生物研究所研究员，博士生导师，中国科学院研究生院教授；中国生物工程学会继续教育工作委员会主任、工业与与环境委员会委员，中国生物化学与分子生物学学会工业生化委员会委员，中国微生物学会酶与酶工程委员会委员。主要从事酶学、酶工程、基因工程和生化工程研究。
话说青霉素五：好风凭借力，送你上青天
孙万儒
2011年08月29日近十多年来，基因工程和代谢工程的发展，为改造菌种，提高青霉素产量提供了强有力的手段。因为现在青霉素在细胞内的合成途径和关键点，以及青霉素合成途径与其他代谢途径的关系已经研究的十分清楚，因此，人们可以采用基因缺失的办法将能够消耗合成青霉素原料和干扰青霉素合成的代谢旁路的关键基因“关掉”，或将这个“控制阀门”关小，提高合成青霉素原料的利用率，减少了副产物的形成，进一步提高了青霉素的产量。或者是用基因工程方法将控制青霉素合成途径的基因，和合成青霉素途径中的关键基因再转移到青霉素生产菌中，使其数量增加，这相当于将控制基因阀门开大，使合成青霉素的途径更顺畅，也可以大大的提高青霉素的产量。这就是利用基因工程的方法有目的的改造青霉素的代谢合成途径，因此称为代谢工程。
前面我们提到菌体生长和青霉素合成都需要大量的氧，因此在发酵过程中提供充足的氧是青霉素发酵的关键。但是在大生产中，因为设备条件的限制，利用提高搅拌速度，加大通气量和提高发酵罐的压力的方法提高氧的溶解速度和浓度都是有限的。为了突破这种限制，人们想到了血红蛋白，因为它是动物体内携带氧的分子，一个血红蛋白分子可以携带四个氧原子，具有富集氧的作用。因此利用基因工程方法，将血红蛋白基因导入生产青霉素的菌种中，在它的细胞内合成一定数量的血红蛋白，可以起到富集氧的作用，达到提高青霉素的产量的目的。通过这样的一些列改造，获得的工程菌的生产能力大幅度提高，再配合发酵工艺的改进，青霉素发酵酵价可以达到每毫升近10万单位，产生的青霉素可以直接从发酵液中结晶出来。
青霉素发酵车间
在这半个多世纪里，青霉素的生产水平的不断地提高，达到现在这种水平，完全是在相关科学和技术的进步的带领和推动下实现的，特别是近十多年来，生物技术的进步和发展为青霉素生产水平的提高起到巨大的推动作用。另外，青霉素产业的发展和提高离不开工程、技术、工艺和设备的不断发展和完善，它们相辅相成，缺一不可。这也是千千万万的科学技术工作者辛勤努力的结晶。