微生物细胞通透性改善方法与策略.pdf

中国生物工程杂志　ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１４，３４（３）：１２５１３１ ＤＯＩ：１０．１３５２３／ｊ．ｃｂ 微生物细胞通透性改善方法与策略 １ ２ ３ １，２ 赵伟睿 　胡　升 　黄　俊 　梅乐和 （１浙江大学化学工程与生物工程学系　杭州　３１００２７　２浙江大学宁波理工学院生物与化学工程学院　宁波　３１５１００） （３浙江科技学院生物与化学工程学院　杭州　３１００２３） 摘要　与酶催化相比，全细胞催化可以避免昂贵、繁琐的酶提取与纯化过程，可以进行涉及多个 代谢途径和辅酶再生的生化反应。但是由于细胞膜和细胞壁对底物和产物的传质限制，常导致 微生物细胞的催化效率低下。细胞透性化技术可以在不破坏细胞有机整体结构的情况下改善细 胞被膜的通透性，使得小分子物质和一些较大分子物质能够自由进出细胞，从而提高细胞催化效 率。目前，细胞透性化方法主要有三类方法：透性化试剂添加法、物理处理法和分子生物学法。 本文将对微生物细胞的透性化方法与策略做一综述，以期为开展微生物细胞透性化研究提供一 些参考。 关键词　细胞通透性　微生物　全细胞　生物催化与转化 中图分类号　Ｑ８１９ 　　利用微生物细胞作为生物催化剂是生物催化与转 作用，可保证胞内酶催化能力的充分发挥，并延长酶的 化实践中的一种重要方法。与酶催化相比，该方法有 使用寿命。目前，透性化技术在提高细胞生物催化与 以下优点：一是可以省略酶的分离和纯化过程，减少催 转化效率，尤其是提高固定化细胞转化效率，以及细胞 化活力的损失，降低操作成本；二是细胞易于与产物分 原位分析方面已有许多成功的应用。本文将对目前的 离并回收，可以实现催化剂的重复使用。此外，可以完 微生物透性化方法的原理、特点以及适用性进行一个 成那些需要多步反应以及辅酶再生系统才能完成的生 综述和比较，以期为开展微生物细胞透性化研究提供 物催化与转化过程。但是，由于细胞被膜（细胞壁和细 一些参考。 胞膜）对底物和产物的透性屏障作用，常导致微生物细 　　根据处理方式的不同，透性化技术总体上可以分 胞的转化效率低下。主要表现为细胞催化效率一般比 为透性化试剂添加法、物理处理法和分子生物学法三 酶催化效率低 ［１］ 大类。 １０到１００倍 ；在特别严重的情况下，细 胞被膜传质阻力甚至会导致生物催化反应难以进 ［２］ 行 。此外，如果产物不能及时从细胞中释放出来而 在其中过度积累，通常会造成反馈抑制效应，使目标产 ［３］ 物的得率下降 。因此，有必要采取措施来改善细胞 被膜对底物／产物的传质阻力，提高菌体催化效率。细 胞透性化技术（ｃｅｌｌｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ）可以在不造成细胞 裂解以及不破坏细胞内部有机结构的情况下改善细胞 图１　微生物透性化处理方法 被膜的通透性，使得小分子物质和一些较大分子物质 Ｆｉｇ．１　Ｍｅｔｈｏｄｓｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｅｌｌｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ［４５］ 能够自由地进出细胞 。微生物细胞被膜经过透性 化处理后，在提高通透性的同时，对胞内酶仍具有保护 １　透性化试剂添加法 收稿日期：２０１３０８０７　　修回日期：２０１４０１２６ 通讯作者，电子信箱：ｍｅｉｌｈ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 　　透性化试剂添加法主要是利用透性化试剂与菌体 １２６