1.3.1　基因工程在工业中的应用

基因工程技术在食品工业中有广泛的应用。利用基因工程技术进行微生物菌种改造生产酶制剂和食品添加剂。通过重组DNA技术培育转基因植物，能使食品原料得以改良，营养价值大为提高，而且谷氨酸、调味剂、人工甜味剂、食品色素、酒类和油类等也都能通过基因工程技术生产。豆油中富含反式脂肪酸或软脂酸，摄入后都会增加冠心病的发生率。美国研究人员利用基因工程技术，挑选出合适的基因和启动子，以此来改造豆油的组分构成。不含软脂酸的豆油可用作色拉油，富含80％油酸的豆油可用于烹饪，而含30％硬脂酸的豆油则适于做人造黄油及使糕饼松脆的油。利用基因工程改造的豆油的品质和商品价值都大大提高。在食品酸味剂方面，工程菌的使用使乳酸、苹果酸等有机酸的产量在逐年增加。目前国外正在积极利用基因工程和细胞融合技术改造产生苏氨酸和色氨酸的生产菌。经改造的工程菌已正式投产，其氨基酸产量大大超过了一般菌的生产能力。日本的味精公司也利用细胞融合和基因工程的方法改造菌株，使谷氨酸的产量提高了几十倍。传统化学工业中难以分离的混旋对映体，借助于基因工程菌可有效地进行生物拆分。

化学工业中丙酮、丁醇、乙酸、丙烯酸、乙醇、甘油等有机物都可以通过发酵技术生产，而通过基因工程技术培养的微生物能大大提高这些产品的转化效率。Picataggio等构建的Candida tropicalis工程菌使长链二羧酸的转化率和化学选择性均有所提高。地球上可供使用的能源毕竟有限，为了解决这一难题，科学家把目光转向了生物能，已利用重组DNA技术来生产乙醇等石油替代品。研究人员发现，细菌、酵母中的一些菌种可利用淀粉、植物多糖及纤维素类物质生产乙醇。Ingram从Zynomonas mobilis中分离乙醇合成相关基因（pdc、adhB），将其导入大肠杆菌K011得到的工程菌可产生乙醇；Kim构建的菌株FSCSa-R10-6也可使马铃薯淀粉发酵而得到乙醇。Roessler等则从微藻中分析提取了乙酰辅酶A羧化酶的基因，这种酶是合成生物柴油脂类物质的关键酶。而甘蔗、木薯粉、玉米渣等原料都可通过微生物发酵法来生产乙醇。科学家还在研究利用基因工程创造出多功能的超级工程菌。这种菌能分解纤维素和木质素，从而使得稻草、木屑、植物秸秆、食物的下脚料等都可用来生产乙醇。通过基因工程技术利用工业废弃物、农林业副产品制造沼气，将极大满足人们对能源的需求。

酶是活细胞产生的具有高度催化活性和高度专一性的生物催化剂，常温常压下就可以催化各种生化反应，在食品生产和化学工业中占有重要的地位。随着基因工程技术的发展，科学家能够运用基因工程技术按照需要来定向改造或生产不同工业用酶，甚至创造出新的酶种，蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、糖化酶和果胶酶等工业用酶均可利用基因工程技术进行生产。目前生产的酶还存在一些不足之处，如在长时间或高温下反应容易失活、不能在有机溶剂中或气体中进行反应，以及由于杂菌污染使酶腐败，某些微生物的产酶能力不高等。基因工程技术有可能解决这些难题，其解决途径包括：用基因工程技术从具有耐热、耐压、耐盐、耐溶剂等特性，或能在气态条件下发挥作用的微生物中取得具有特殊功能的基因，并加以利用。美国科学家将淀粉液化芽孢杆菌的淀粉酶基因转移到枯草芽孢杆菌中，使受体菌产酶能力提高2500倍。日本科学家把耐热的α-淀粉酶基因转移到枯草芽孢杆菌后，增加了耐热的α-淀粉酶的产量。基因工程本身所需要的酶，也可以通过基因工程来大幅度提高产量，这种技术已使DNA连接酶的产量提高了500倍。

能源始终是制约人类生产活动的主要因素。以石油为代表的传统能源开采利用率的提高以及新型能源的产业化是解决能源危机的希望所在。利用重组DNA技术构建的新型微生物在不久的将来可望大幅度提高石油的二次开采率和利用率，并将太阳能有效地转化为化学能和热能。深层的原油吸附在岩石空隙间，难以开采，通过加入基因工程菌就可分解原油中的蜡，降低原油的黏度，并增大油层内的压力，从而增加石油流出量。

环境保护是人类可持续生存与发展的大课题。随着化学工业的迅速发展，产生了为数众多的化合物，其中不少是能持久存在的有毒物质，这些物质的存在对人们所处的环境造成了极大的威胁。基因工程技术则有望解决这一难题。科学家通过重组DNA技术得到分解性能较好的工程菌种和具有特殊降解功能的菌株，从而大大提高有机物的降解效率，也扩展了可降解的污染物种类。含有降解质粒的细菌在某些环境污染物的降解中发挥着重要的作用。例如：假单胞菌属的石油降解质粒，此类质粒编码的酶能降解各种石油组分或它们的衍生物，像樟脑、辛烷、萘、水杨酸盐、甲苯和二甲苯等；农药降解质粒，这些质粒上具有能降解杀虫剂六六六和烟碱等农药的基因；工业污染物降解质粒，如对氯联苯降解质粒、尼龙低聚体降解质粒和洗涤剂降解质粒等。人们通过能降解有害有毒有机物的质粒转移、质粒突变和降解基因克隆来构建基因工程菌。马里兰大学的Coppella等将在研究对硫磷降解时得到的水解酶基因opd转化到Strepomyces livdians中，最后得到的转化菌株能稳定地水解对硫磷，此菌株发酵液可用于农药厂废水的处理；Charabarty将降解性质粒XYL、NAH、CAM和OCT结合后转移到一株假单胞菌中，该工程菌在短时间内就可分解60％的原油脂肪烃；日本学者藤田构建的重组体PHF400能在15 h内完全分解掉400 mg/L的邻羟基苯甲酸。一批能快速分解吸收工业有害废料、生物转化工业有害气体以及全面净化工业和生活废水的基因工程微生物种群已从实验室走向“三废”聚集地。

在迅速发展的信息产业中，基因工程技术的应用也已崭露头角。利用基因定向诱变技术可望制成运算速度更快、体积更小的蛋白质芯片，人们使用生物计算机的时代为期不远了。

基因工程作为一次伟大的工业革命，必将产生深远的影响。