系统生物催化的原理及应用(欧阳平凯院士)

系统生物催化的原理

及应用

欧阳平凯

南京工业大学

2005.08.13

现代化学工业面临重大的挑战

n 以石油等化石资源为源头的化学工业所面临的挑战在于化石资源日益枯竭n

化石资源的市场价格上涨迅速，现代化学工业的原料成本猛增生物秀-专心做生物w w w .b b i o o .c o m

现代化学工业面临的机遇

随着生物技术的发展，生物质资源的生产不断提高

例如

n 乙烯的生产石化路线：以1吨原油加工0.6吨乙烯计算6430元原料＝1吨乙烯＋副产品生物路线：以5吨玉米加工1吨乙烯计算

6000元原料＝1吨乙烯＋副产品生物秀-专心做生物w w

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生物催化与转化已成为

发达国家的重要科技与产业发展战略

新的生物催化剂是21世纪可持续发展的化学加工业的必需工具。2020年，通过生物催化技术，使化学加工业的原料、水资源、能量的消耗各降低30％，污染物的排放和扩散也减少30％。

20世纪80年代20世纪90年代21世纪生物医药转基因植物

生物催化生物技术的三次浪潮生物秀-专心做生物w w w .b b i o o .c o m

存在的问题

自发、分散、Case-by-case 的研究模式（周期平均20年），效率低、周期长

品种繁多的大量的酶，催化体系矛盾？传统模式工业化需要

传统研究方式与工业化需要的矛盾生物秀-专心做生物w w w .b b i o o .c o m

问题分析

一些重要而急需的人工转化体系还没有合适的菌种和酶。(酶活太低）？难点与周期太长生物催化剂改造的方法学

基础理论问题

提高酶活5～30％，

十分困难生物秀-专心w

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问题分析

建立高效率的高浓度

生物催化反应体系

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应用的成本问题

生物催化剂适应性原理生物系统催化的理论和方法

系统生物催化的基础理论问题必须从生物催化体系的全局进行研究

应用系统生物学原理

研究生物催化反应体系

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系统生物学方法

生物

秀

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心

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系统生物学

——面向系统的生物学研究

n 系统生物学从系统水平来理解生物学系统，利用一系列的原理与方法学来研究分子行为与系统特性与功能的关系，通过计算生物学来定量阐明和预测生物的功能、表型和行为。生物秀-专心做生物w w

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1948年，控制论之父Norbert Wiener提出生物系统和控制系统可以用同样的科学方法进行研究

近几十年来发展最为迅速的生物科学21世纪的生物学

系统生物学与分

-专

心

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分子生物学

与系统生物学研究对象是生物系统的组成部分（个别基因、个别蛋白质）

还原主义

将生物学还原到分子水平研究对象是组成部分的相互作用或部分之间关系——本质上就是信息整体主义从系统层次上理解生物系统生物秀-专心做生物w w w .b b i o o .c o m

获得深层次成果，理论创新

实验的深层次成果往往被忽视实验数据的挖掘（data mining ）侧重从实验中获取数据分子生物学与系统生物学

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系统生物学——大科学工程

n 系统生物学，是把孤立的在基因水平、蛋白水平的各种相互作用、各种代谢途径、调控途径等融合起来，用以说明生物整体，高通量的组学实验平台构成了系统生物学的大科学工程。

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系统生物学的中心法则？

基因组学转录组学蛋白质组学系统整合

的法则分子生物学理论分析与实验筛选的综合法则环境调控

代谢组学生物系统学行为或生物催化系统的功能

从系统生物学的角度来看，信息流是以遗传网络为基础，通过调控网络影响代谢网络；外部信息通过调控网络影响遗传网络，调控在其中起着承上启下的作用。

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系统生物学将是21世纪医学和生物学

的核心驱动力。

Leroy Hood ，人类基因组计划的发起人之一

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世界上第一个系统生物学研究所

Institute for Systems Biology

founded by Leroy Hood in 1999生物秀-专心做生物w w

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系统生物学——全球发展热点
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成立了上海系统生物学研究所
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物 生 做 om 心 .c 麻省理工学院和哈佛大学成立了系统生物学研究机构 专 ioo - b 秀 .b 物 w 生 ww 中国科学院生命科学研究所与上海交大于2003年联合
美国能源部2002年启动了21世纪系统生物学技术平台
德国、日本、韩国、新加坡、菲律宾等国成立了系统 生物学研究机构
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