使用微生物生產(chǎn)物質(zhì)的日本“家庭手工藝”，因價(jià)格低廉而開始變得風(fēng)雨飄搖。兩家大型公司所開發(fā)的新技術(shù)，把這種不安一下子吹得蕩然無存。這樣一來，日本就發(fā)現(xiàn)了繼續(xù)生存下去的光明大道。

　　“發(fā)酵王國(guó)日本”的地位正在飄搖不定。使用微生物制造產(chǎn)品本來是日本獨(dú)特的“傳統(tǒng)技藝”。但時(shí)至今日，它的地位正在受到威脅。新興國(guó)家的出現(xiàn)使制造業(yè)發(fā)生著巨大的變化，市場(chǎng)動(dòng)向也處于不穩(wěn)定狀態(tài)。“產(chǎn)品的價(jià)格已經(jīng)不是由數(shù)量來決定的了”，協(xié)和發(fā)酵工業(yè)生物化學(xué)公司的尾崎明夫開發(fā)部長(zhǎng)的這句話，充分點(diǎn)明了問題的現(xiàn)狀。

　　尾崎開發(fā)部長(zhǎng)舉出了一個(gè)例子，維生素C的世界市場(chǎng)具有5萬～6萬噸的規(guī)模．正在由大型企業(yè)所壟斷。中國(guó)制造的維生素C價(jià)格較低，只要向市場(chǎng)投放一點(diǎn)點(diǎn)，就會(huì)對(duì)維生素C的價(jià)格產(chǎn)生巨大的影響。

　　同樣的現(xiàn)象說不定在其他產(chǎn)品中也會(huì)產(chǎn)生。味之素公司和美國(guó)AMD公司、德國(guó)BASF公司、德國(guó)Degussa公司在全年總計(jì)75萬噸的飼料用氨基酸的市場(chǎng)中層開激烈的競(jìng)爭(zhēng)。面對(duì)這個(gè)市場(chǎng)，目前中國(guó)也在建設(shè)裝置，據(jù)說供應(yīng)能力可達(dá)10萬噸規(guī)模。如果中國(guó)的裝置開始供應(yīng)氨基酸，則市場(chǎng)份額將會(huì)一舉發(fā)生改變。

　　日本的高附加價(jià)值產(chǎn)品投放市場(chǎng)　讓發(fā)酵制造商眼睛一亮的真本領(lǐng)

　　如果在誰都可以制造的產(chǎn)品和單純價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的舞臺(tái)上去競(jìng)爭(zhēng)的話，則日本完全沒有取勝的可能。為了生存，必須具備難以輕易模仿的劃時(shí)代生產(chǎn)技術(shù)。

　　這樣的技術(shù)實(shí)際上在日本已經(jīng)開始出現(xiàn)。2004年秋季，日本公布了開發(fā)出的新型發(fā)酵產(chǎn)品，點(diǎn)燃了使“發(fā)酵王國(guó)”再生的狼煙。這就是被稱為二肽的由兩個(gè)氨基酸連接而成的化合物。至今為止只能通過化學(xué)方法合成，日本國(guó)內(nèi)大型發(fā)酵企仆協(xié)和發(fā)酵工業(yè)和味之素相繼成功地利用微生物實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的工業(yè)化。

　　2004年9月，協(xié)和發(fā)酵使用引入枯草桿菌基因的重組大腸桿菌，開發(fā)出發(fā)酵生產(chǎn)二肽的技術(shù)。而2004年10月，味之素也發(fā)表了與協(xié)和發(fā)酵不同的二肽生產(chǎn)技術(shù)。他們?cè)诟锾m氏陰性菌中發(fā)現(xiàn)了一種酯轉(zhuǎn)移酶，使用這種酶實(shí)現(xiàn)了二肽生產(chǎn)技術(shù)的工業(yè)化。兩家公司所發(fā)表的都是二肽丙谷酰胺的生產(chǎn)方法，但據(jù)說也可以推廣到其他約400種二肽的生產(chǎn)中。

　　利用微生物使氨基酸和氨基酸簡(jiǎn)單結(jié)合的技術(shù)，對(duì)于想擴(kuò)大氨基酸利用領(lǐng)域的兩家公司來說，確實(shí)是個(gè)無與倫比的課題．因此對(duì)于已經(jīng)成功的兩家公司，其層次遠(yuǎn)在單純成本競(jìng)爭(zhēng)之上，它是一種全新的技術(shù)。

　　靠基因組信息越過障礙  讓生物信息為人所利用

　　合成這種二肽的酶是連接氨基酸的單純的酶，并非像所說的那樣可以馬上分離出來。

　　微生物中存在著大量的分解肽的酶，二肽產(chǎn)生后會(huì)立即被分解。以二肽本身的量為指標(biāo)篩選微生物是很困難的。

　　對(duì)于這一課題．味之素作為最大的氨基酸制造商，采用了多年積累的微生物改良專有技術(shù)，一舉分離出了二肽合成酶(參見附文2)。

　　另一方面，協(xié)和發(fā)酵成功引進(jìn)的則是最近才開始應(yīng)用的新方法，即利用計(jì)算機(jī)的insilico篩選系統(tǒng)。

　　當(dāng)前，在公開的數(shù)據(jù)庫中，已收錄了多種微生物的基因組信息。協(xié)和發(fā)酵以此為對(duì)象，設(shè)想出二肽合成酶基因的應(yīng)有形態(tài)結(jié)構(gòu)，檢索了與此一致的基因。正是設(shè)想應(yīng)有形態(tài)結(jié)構(gòu)的想象力，才是發(fā)酵制造商的傳統(tǒng)所培育的技術(shù)實(shí)力。

　　到那時(shí)為止．人們還不知道連接L－氨基酸的酶，但知道把作為氨基酸中一種的D—丙氨酸連接起來生成二肽的酶。于是可以推測(cè)，如果說存在連接L—氨基酸的酶，就應(yīng)該與D-丙氨酸連接酶的氨基酸序列相似。

　　但是，只有這些還是不夠的。為了進(jìn)一步縮小候選范圍，協(xié)和發(fā)酵設(shè)定了獨(dú)自的標(biāo)準(zhǔn)。由于還沒有發(fā)現(xiàn)從L氨基酸合成二肽的酶，把功能已經(jīng)清楚了的基因序列排除在外。另外，在二肽生成反應(yīng)中需要能量，那么二肽合成酶就必須存在生物體能量腺苷三磷酸(ATP)的結(jié)合區(qū)序列。

　　此外，多肽合成酶比按順序把多肽連接起來的酶的分子量小，這也作為一個(gè)檢索的條件。氨基酸是比多肽小的分子，所以連接氨基酸的酶也應(yīng)該比連接多肽的酶小。

　　檢索多個(gè)微生物基因組的結(jié)果表明，滿足這些條件的酶，即具有連接L-氨基酸生成二肽活性的酶的基因，可以作為候選者。當(dāng)將候選者之一枯草桿菌來源的酶的基因?qū)氲酱竽c桿菌時(shí)；就成功地合成了二肽。多年的課題就在一瞬間獲得了解決。

　　顯示出in silico的通用性  已經(jīng)取得了分離基因的實(shí)績(jī)

　　實(shí)際上，二肽合成酶并不是協(xié)和發(fā)酵in silico篩選方法的第一個(gè)成果。2004年3月發(fā)表的重組普伐他汀的生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)也應(yīng)用了這一技術(shù)。

　　普伐他汀是三共株式會(huì)社以“美巴羅汀”的商品名銷售的高脂血癥治療藥的化合物名稱。由于普伐他汀的物質(zhì)專利已經(jīng)過期，所以作為后發(fā)醫(yī)藥品銷售。但是，三共所開發(fā)的普伐他汀制造方法的專利尚未到期。因此，這就要求開發(fā)成本較低的替代方法。

　　在這種情況下，協(xié)和發(fā)酵制定了開發(fā)高效生產(chǎn)普伐他汀方法的目標(biāo)。最早，該公司在普伐他汀的前體物質(zhì)昆帕克汀的存在下培養(yǎng)各種細(xì)菌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)包含枯草桿菌在內(nèi)的多數(shù)Bacillus屬細(xì)菌可使昆帕克汀發(fā)生羥基化作用。但是，沒有能夠分離出與反應(yīng)有關(guān)的酶。

　　為此，協(xié)和發(fā)酵在破譯的枯草桿菌基因組信息基礎(chǔ)上進(jìn)行in silico篩選。根據(jù)觀察到的具有使昆帕克汀羥基化活性的P450單氧化酶的氨基酸序列，檢索了基因組數(shù)據(jù)庫。在所發(fā)現(xiàn)的7個(gè)候選基因中，功能不明的基因yjiB具有使昆帕克汀羥基化的酶活性。

　　同時(shí)，普伐他汀的制法開發(fā)是一個(gè)例子，它表明使用基因組信息這一新的工具與至今所積累的微生物學(xué)知識(shí)相結(jié)合可以創(chuàng)造出具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。

　　為戰(zhàn)勝國(guó)外企業(yè)而充分利用  發(fā)酵科學(xué)和基因組信息

　　丙谷酰胺的事例表明，利用生物技術(shù)的物質(zhì)生產(chǎn)，成本低且具有開拓新市場(chǎng)的能力。但是，生物法本身也存在自己的問題。作為物質(zhì)生產(chǎn)催化劑使用的酶和生產(chǎn)酶所需的微生物，必須從某個(gè)地方獲得。而且，物質(zhì)生產(chǎn)所需的反應(yīng)是否本來就在微生物中進(jìn)行，在很多情況下并不明了。

　　迄今為止，日本已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多新的微生物反應(yīng)，在生物工藝的開發(fā)方面走在了世界的前面。能夠做到這一點(diǎn)的是那些堅(jiān)持不懈地探索生物反應(yīng)．并將其推向工業(yè)化的眾多研究人員。篩選微生物和酶的技術(shù)依然是必不可少的工具。但是，如本文開頭的例子所示，產(chǎn)業(yè)界的競(jìng)爭(zhēng)正在加劇，特別是亞洲各國(guó)的急起直追，形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　這個(gè)二肽生產(chǎn)的事例，正是精通發(fā)酵技術(shù)的企業(yè)掌握基因組信息這一新式武器，不卷入成本競(jìng)爭(zhēng)中去而是開辟新市場(chǎng)的首例。

　　附文1：

　　生物法的開發(fā)使丙谷酰胺的價(jià)格減半，使得丙谷酰胺擴(kuò)大了在輸液、培養(yǎng)基以及食品領(lǐng)域中的用途

　　兩家公司相繼發(fā)表的使用微生物方法制造的二肽，不僅顯示出與單獨(dú)的氨基酸不同的物性，他們還期待著它能夠具有各種各樣的生理活性。例如，3個(gè)氨基酸連接起來的三肽，有的就具有降壓作用。實(shí)際上，氨基酸連接得越多，就越可能出現(xiàn)新的功能。

　　兩家公司都計(jì)劃首先將醫(yī)療界翹首以待的丙谷酰胺投放市場(chǎng)。丙谷酰胺在體內(nèi)分解時(shí)，變?yōu)橄赖臓I(yíng)養(yǎng)源——谷氨酰胺。為了給因手術(shù)等無法進(jìn)食的患者補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，以外科醫(yī)生為中心，添加丙谷酰胺的液需求量非常大。但是，由于價(jià)格的限制，加入丙谷酰胺的輸液尚未在日本國(guó)內(nèi)銷售。

　　味之素氨基酸部的馬渡一德先生關(guān)于使用微生物的新方法對(duì)丙谷酰胺價(jià)格的影響問題認(rèn)為：“價(jià)格因用途而改變，大體上1kg為4萬～5萬日元．看來可以降到一半左右。”

　　原來味之素所考慮的丙谷酰胺的用途并不僅僅是輸液。由于成本降低，丙谷酰胺可以作為至今為止沒有能夠使用過的細(xì)胞培養(yǎng)基添加物加以利用了。據(jù)說味之素已經(jīng)開始向國(guó)外的生物醫(yī)藥品企業(yè)等供應(yīng)樣品。聽說將丙谷酰胺加入培養(yǎng)基中時(shí)，可以延長(zhǎng)細(xì)胞的壽命、增加蛋白質(zhì)的產(chǎn)量等?，F(xiàn)在，以治療用抗體為首的蛋白質(zhì)醫(yī)藥品很多利用培養(yǎng)細(xì)胞生產(chǎn)，急需提高生產(chǎn)的效率，該公司認(rèn)為丙谷酰胺可以在這方面發(fā)揮作用。

　　開發(fā)丙谷酰胺食品方面的用途也令人感興趣，但從來沒有作為食品使用的丙谷酰胺要作為食品使用，存在著必須跨越的法規(guī)門檻。該公司的方針是首先開發(fā)在醫(yī)藥領(lǐng)域中的用途。但是，根據(jù)味之素的說法，由于分解蛋白質(zhì)而制造出來的多肽有苦味等，作為營(yíng)養(yǎng)成分加入食品中存在不少問題，而丙谷酰胺是無味的，因此可以不影響食品的味道而容易添加，將來很可能利用在食品中。

　　馬渡先生指出，開發(fā)出丙谷酰胺的生產(chǎn)技術(shù)之后，“醫(yī)藥品企業(yè)紛紛前來咨詢是否能夠利用微生物制造其他的二肽”。由于味乏素的生產(chǎn)方法可以應(yīng)用于各種各樣的二肽生產(chǎn)，可以期待將來有可能利用于生產(chǎn)多肽醫(yī)藥品。

　　協(xié)和發(fā)酵也計(jì)劃首先確實(shí)向醫(yī)藥產(chǎn)品制造商銷售輸液用丙谷酰胺。該公司的下一個(gè)目標(biāo)是開發(fā)經(jīng)腸營(yíng)養(yǎng)劑等醫(yī)療食品方面的應(yīng)用。如能夠進(jìn)一步用作保健食品和飲料添加劑，則市場(chǎng)將更為巨大。該公司也把目光投向丙谷酰胺以外的二肽上。協(xié)和發(fā)酵正在追求的目標(biāo)是生產(chǎn)具有呈味性、降低血壓效果和鎮(zhèn)痛效果等二肽的廣泛可能性。

　　附文2：

　　味之素的丙谷酰胺生產(chǎn)方法是20年努力的成果,詳盡掌握微生物知識(shí)的研究人員們充分發(fā)揮了其技術(shù)能力

　　味之素開發(fā)的丙谷酰胺的工業(yè)生產(chǎn)方法，是多年來從事發(fā)酵產(chǎn)業(yè)所積累的味之素的歷史和經(jīng)驗(yàn)開花結(jié)果的好事例。

　　開發(fā)丙谷酰胺生產(chǎn)方法的是味之素國(guó)外食品氨基酸公司的氨基科學(xué)研究所。該研究所的橫關(guān)健三理事小組，首先研究了應(yīng)該使微生物介入什么反應(yīng)。以通用性高的方法等為由，選擇了利用酯轉(zhuǎn)移酶把氨基酸甲酯和氨基酸連接起來的方法。

　　其后，將1萬株左右的微生物作為篩選對(duì)象，尋找合適的酶。這種酶，是在開始研究時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)過的酶。研究組僅僅依靠在液體色譜圖上發(fā)現(xiàn)的極微小的峰，由此而選出了產(chǎn)生酯轉(zhuǎn)移酶的菌株，最大限度地利用了在抑制蛋白質(zhì)水解酶、調(diào)節(jié)溫度和pH值等條件方面的技術(shù)訣竅，終于選出了候選的菌種。從菌體中精制出所發(fā)現(xiàn)的酶，確認(rèn)了它的活性。

　　實(shí)際上，為了制造丙谷酰胺要使用大量表達(dá)所需酶的菌株。據(jù)說合成二肽時(shí)便用精制的酶，也可以使用休止菌體中的酶。似乎是把制造藥品等要求達(dá)到極限高純度的產(chǎn)品和非此類產(chǎn)品的制造分開處理的。通過甲酯化反應(yīng)，可以決定產(chǎn)物肽的N端氨基酸和C端氨基酸，垂本上沒有副產(chǎn)物，這是關(guān)鍵。

　　橫關(guān)理事說：“對(duì)于用無保護(hù)狀態(tài)的氨基酸合成二肽這種方法，我持續(xù)考慮了20多年。”其間，他還與公司內(nèi)部開發(fā)二肽化學(xué)合成法的其他研究組進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。味之素也開發(fā)了化學(xué)合成法，但最終因成本問題而采用了生物法。

　　橫關(guān)理事回顧數(shù)年前的情況時(shí)說到，開發(fā)丙谷酰胺的生物生產(chǎn)方法成功之時(shí)，對(duì)于市場(chǎng)前景的光明及其方向的正確非常高興。雖然歷經(jīng)了艱辛，但確定目標(biāo)物質(zhì)后的研究進(jìn)展迅速。研究組在開始開發(fā)工作的2001年，就申請(qǐng)并獲得了該法的第一個(gè)專利。