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工业生物技术与环境生物技术应用研究
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发布时间：2007-12-05
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工业生物技术已经成为继生物制药、生物农业后的第三次生物技术浪潮，具有巨大发展前景的领域，将对物质制造和加工，生物能源及生态与环境保护产生极其深远的影响。工业生物技术的核心是生物催化，作为生物催化剂的酶在工业生物催化中起着关键性的作用。
工业生物技术是人类实现可持续发展的重要途径。众所周知，以化石原料为基础的物质制造业在现代工业社会中占据着重要的位置，但它正面临着严峻的挑战：化石原料可用量日益减少，环境污染日益严重。以再生资源为基础的循环产业的形成是解决现代工业社会危机的重要途径。生态环境脆弱和资源短缺是我国的基本国情，也是限制我国产业经济可持续发展的瓶颈。工业生物技术被OECD（Organization of Economic Cooperation and Development）定位为构建和环境协调产业体系的关键技术，是实现人类可持续发展目标的重要领域。世界各国对工业生物技术都给予了极大的重视。目前，据统计至少有129个利用生物技术进行工业化生产的例子。但是，工业生物技术的工业化成功的例子仍然很有限。这主要是因为自然界的生物催化剂大都只能在温和的条件下起作用，往往难以直接用于工业过程，比如通常酶或细胞很难在高温、高压、有机溶剂等条件下起作用，其稳定性低，容易失活。但是，随着对生物酶来源的多样性、酶催化机理、结构及功能之间关系认识的逐步提高和现代工业社会发展对生物技术需求的高涨，建立发现、改造和使用生物催化剂技术平台成为工业生物技术研究的热点领域之一。
化学物质是人类社会赖以发展的基础。但人工化合物的大规模制造和使用造成了严重的环境污染，成为被全球普遍关注的严峻问题。众多的人工化合物释放到生态环境中后，微生物还没有足够的时间和充分的环境条件来“进化”其代谢途径，因此表现出有机化合物的难生物降解性。化合物对环境产生的风险（Risk）可由以下的公式来表示，取决于化合物本身的危害度（Hazard）和在环境中的暴露程度（Exposure）。
Risk ＝ Hazard × Exposure
因此，为降低化学物质对环境带来的危害或负担，开发清洁生物生产工艺生产环境友好的化合物具有重要的意义，与此同时必须开发减少化学物质在环境中的暴露程度（浓度和时间），即化合物的生物降解或生物处理技术。随着难降解化合物的污染问题的表面化和人们对环境污染问题认识加深，于上世纪90年代形成了环境生物技术这一学科方向。环境生物技术是生物技术与环境科学和化学工程等领域交叉的学科，是工业生物技术领域的新方向。2002年10月的美国科学杂志（Science）刊登了环境微生物技术的研究特辑，英国的自然生物技术杂志（Nature Biotechnology）于2003年2月刊登了具有芳香化合物降解能力的假单胞杆菌（Pseudomonas sp.）作为多样生物催化剂的可能性,近几年，国外还涌现出了大量的有关环境生物技术的书籍，足见环境生物技术研究在国际上已成为重要的前沿研究领域。
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