可以预见，下一代的生物精炼厂将会使用这种体外多酶催化体系同时生产食品和生物燃料。

　　丁醇是一种高品质的汽油替代燃料，与传统的乙醇燃料相比有很大优势：能量密度高，接近于汽油;亲水性低，能与汽油高比例混合;可以使用现有石油管道进行运输等。此外，丁醇还是一种重要的大宗化工产品，每年全球市场需求达50万吨左右。近几年来，美国UCLA的Liao课题组[37]对异丁醇的生物制造进行了深入研究。通过利用支链氨基酸的生物合成途径和Ehrlich途径，在大肠杆菌等模式生物中构建了异丁醇的生物合成途径，可以把糖转换为异丁醇。但异丁醇的体内合成面临诸多限制因素，其中之一即为使用重组大肠杆菌生产异丁醇，当产量达到1%~2%(v/v)时，异丁醇即对宿主产生毒性作用，从而降低了宿主的生长速率和产物收率。TUM的Sieber课题组[38]设计了一种体外的多酶催化体系可以将葡萄糖转化为异丁醇或乙醇。他们人工构建了最小化的糖酵解级联反应，反应只需要添加一种辅酶(图5略)。在耐受性试验中，无细胞的多酶催化体系在异丁醇产率高达4%(v/v)时反应速率仍不受到影响。

　　4.3生物制药

　　抗生素是由微生物或高等动植物所产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级代谢产物。目前临床常用的抗生素很多是由基因工程菌发酵得到，在体外构建多酶催化体系生产抗生素，可以避免基因工程菌在合成抗生素时产生的自我抑制情况，具有很好的发展前景。加州大学圣地亚哥分校的Moore课题组[39]2007年首次在体外构建了II型聚酮类化合物的合成途径，该体系利用苯甲酸及丙二酰CoA作为反应底物，在外源补加ATP及NADPH的条件下得到了天然抗生素-肠球菌素(图6)。

　　除此之外，无细胞多酶催化体系也已经应用于其他领域，如精细化工合成[40]、生物闭合电路构建[41]、无细胞蛋白合成[42]和各种单糖或多聚糖合成[43].

　　5总结

　　无细胞合成生物技术由于其高度可控及构建体外代谢途径的方法多样，正逐渐成为一个强大的技术平台，能够完成许多体内代谢途径无法完成的工作。相对于传统的微生物发酵生产，无细胞多酶催化体系拥有诸多优势，但其未来的应用仍存在相当大的挑战，即其应用存在一定的局限性。这种局限性表现在两个方面：(1)缺乏通用的积块(酶或辅酶)，使其成本偏高。现代工业化生产最重要的就是标准化和规模化，只有通过基因工程手段构建大量热稳定的、价格低廉的酶，并发展仿生辅酶类似物，才能大幅降低无细胞合成生物技术的成本，使其可以与传统的微生物发酵进行竞争;(2)反应速率仍有待大幅提高。可以通过优化多酶体系的催化模型、代谢流分析、增加底物浓度、增加酶装载量、提高反应温度等手段加快反应速率、提高催化效率。对于无细胞的合成生物技术，现阶段的发展目标是在低成本和工业化大规模的基础上构建可控的、高效的多酶催化体系。

　　可以充分挖掘无细胞系统的潜能，实现更好的学习、控制和调节。随着酶制备成本的降低及酶工程技术的不断提高，相信在不远的将来，无细胞的合成生物技术将越来越多地应用于生物制造业。

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