微生物生物技术

微生物生物技术应用基因工程和微生物生理学来设计微生物，使其生产有价值的分子、转化底物和净化环境。

Definition

微生物生物技术是利用微生物（通常是基因工程改造的）来生产有用产品，并在工业、医药、农业和环境管理中执行有价值的过程。

Scope

本主题涵盖重组DNA技术和在微生物宿主中生产胰岛素等蛋白质；代谢工程以将微生物代谢导向所需产品；生物燃料和工业化学品的生产；生物修复，即微生物降解污染物；以及微生物在农业中的应用。它将微生物视为可编程的工厂和环境净化的媒介。

Core questions

• 如何改造微生物以生产有用产品？
• 重组DNA技术如何实现蛋白质生产？
• 微生物如何用于降解污染物？
• 微生物生物技术在各个领域有哪些应用？

Key concepts

• 重组DNA技术
• 微生物蛋白质生产
• 代谢工程
• 生物燃料和工业化学品
• 生物修复

Key theories

重组DNA技术

将外源基因导入微生物宿主，使其能够生产不属于其天然范围的蛋白质和代谢物，这一原理开启了现代生物技术和人类蛋白质的微生物生产。

Mechanisms

编码所需产品的基因被克隆到载体中，并导入微生物宿主，宿主随后在受控条件下表达这些产品。代谢工程修饰微生物途径以提高产量或制造新化合物。在生物修复中，微生物的天然或工程代谢能力被用于降解或转化土壤和水中的污染物，利用微生物的多功能性造福环境。

Clinical relevance

微生物生物技术生产重组药物，如胰岛素和其他治疗性蛋白质、工业酶、生物燃料和特种化学品，并通过生物修复支持环境净化，使其成为现代生物经济的基石。

History

20世纪70年代，包括保罗·伯格（Paul Berg）、赫伯特·博耶（Herbert Boyer）和斯坦利·科恩（Stanley Cohen）在内的研究人员开发了重组DNA技术，使得改造微生物以表达外源基因成为可能，从而首次实现了人类蛋白质的微生物生产，并催生了生物技术产业。

Key figures

• Herbert Boyer
• Stanley Cohen
• Paul Berg

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

微生物如何生产胰岛素等人类蛋白质？

利用重组DNA技术，将人类蛋白质的基因插入微生物宿主中，宿主随后根据外源基因的指示合成蛋白质。微生物被大规模培养，蛋白质被纯化以供使用。