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AMD公司、德國BASF公司,、德國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”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,，特別是亞洲各國的急起直追，形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻,。
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。現(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,。
