金城

1 糖工程的誕生與興起

20世紀(jì)90年代誕生的糖工程是研究糖綴合物糖鏈的結(jié)構(gòu)、功能和代謝調(diào)控及其應(yīng)用的一門(mén)學(xué)科。糖工程是一個(gè)繼基因工程、蛋白質(zhì)工程之后，最為引人注目的新生物技術(shù)學(xué)科，是生命科學(xué)與化學(xué)的交叉前沿學(xué)科。

盡管對(duì)糖綴合物糖鏈的認(rèn)識(shí)和研究始于 19世紀(jì)，但由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和研究手段的局限性，使糖的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于蛋白質(zhì)和核酸，在一個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間里對(duì)糖的認(rèn)識(shí)一直停留在作為結(jié)構(gòu)物質(zhì)或貯存能量的作用，并不了解它們是否有其他生理功能。20世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞表面密布有糖綴合物，推測(cè)這些糖綴合物糖鏈在生命過(guò)程中擔(dān)負(fù)分子識(shí)別的功能，但當(dāng)時(shí)由于研究手段的限制不能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)確認(rèn)。20世紀(jì)70年代由于物理化學(xué)測(cè)定方法的建立以及特異的內(nèi)切和外切糖苷酶在結(jié)構(gòu)測(cè)定中的應(yīng)用，使結(jié)構(gòu)測(cè)定成為可能，揭示出糖鏈驚人的復(fù)雜性和多樣性，所包含的信息量比蛋白質(zhì)和核酸要大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。20世紀(jì)80年末負(fù)責(zé)糖鏈合成的糖基轉(zhuǎn)移酶的克隆，發(fā)現(xiàn)糖鏈結(jié)構(gòu)的多樣性是在基因水平和蛋白質(zhì)水平進(jìn)行調(diào)控的。這些突破性的進(jìn)展為糖鏈的結(jié)構(gòu)功能研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并直接導(dǎo)致了對(duì)糖綴合物及糖鏈功能研究的突破，糖作為一種重要的生物大分子的作用引起了日益廣泛的關(guān)注。

1988年英國(guó)牛津大學(xué)的Raymond Dwek教授在Annual Review of Biochemistry上發(fā)表了題為“Glycobiology” (糖生物學(xué)) 的綜述[1]，首次提出了糖生物學(xué)這一概念，標(biāo)志著糖生物學(xué)這門(mén)學(xué)科的誕生。日本政府科學(xué)技術(shù)廳于1989年提出關(guān)于“糖工程基礎(chǔ)與應(yīng)用研究推進(jìn)戰(zhàn)略”的咨詢，首次提出糖工程的概念，并于1991年由科技廳、厚生省、農(nóng)林水產(chǎn)省、通商產(chǎn)業(yè)省四省廳聯(lián)合實(shí)施“糖工程前沿計(jì)劃”，投資數(shù)百億日元的15年計(jì)劃，內(nèi)容包括“糖工程 (Glycotechnology)”和“糖生物學(xué)”，同時(shí)成立了“糖工程研究協(xié)議會(huì)”作為協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)，主席為木幡陽(yáng) (A. Kobata)，并編輯出版了《糖鎖工學(xué)》專著[2]，標(biāo)志著糖工程這門(mén)學(xué)科的誕生。日本學(xué)者將20世紀(jì)90年代興起的糖工程稱為繼70年代的基因工程和80年代的蛋白質(zhì)工程之后的第3個(gè)前沿領(lǐng)域。

直接推動(dòng)糖工程興起的是糖生物學(xué)研究的第一次重大突破。1990年11月由3個(gè)不同的研究小組幾乎同時(shí)發(fā)現(xiàn)血管內(nèi)皮細(xì)胞-白細(xì)胞粘附分子 1 (ELAM-1)，后改稱 E-選擇素(E-selectin)，能識(shí)別白細(xì)胞表面的四聚糖唾液酸路易斯X (SLex，一種血液抗原)，當(dāng)組織受到損傷或感染時(shí)，白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞粘附，沿壁滾動(dòng)終至穿過(guò)血管壁進(jìn)入受損組織以殺滅入侵病原物，但過(guò)多的白細(xì)胞募集則會(huì)引起炎癥及自身免疫疾病如類風(fēng)濕等。這是真正第一次在人體中確證了糖結(jié)合蛋白E-selectin、P-selectin和L-selectin等家族成員與寡糖SLex(也包括Slea)之間的識(shí)別功能，更使人吃驚的是在肺癌和大腸癌細(xì)胞表面也存在 SLex。這一重大突破立即引發(fā)了一場(chǎng)制備抗炎和抗癌藥物的大競(jìng)賽，在美國(guó)許多以糖命名的藥廠如雨后春筍應(yīng)運(yùn)而生，一些大公司也與糖藥物公司協(xié)作加入這一競(jìng)爭(zhēng)[3-5]。美國(guó) Scripps研究所的華裔科學(xué)家Wong CH (王啟輝) 首先用酶法合成了SLex，此前化學(xué)合成SLex推算價(jià)格為每千克20億美元，經(jīng)王啟輝等合成后可生產(chǎn) 100 g，價(jià)格可降低3?4個(gè)數(shù)量級(jí)，隨后該技術(shù)轉(zhuǎn)讓給Cytel公司進(jìn)行生產(chǎn)。這實(shí)質(zhì)上也標(biāo)志著糖工程研究走向應(yīng)用的開(kāi)始。1994年初王啟輝等又創(chuàng)立了化學(xué)-酶法結(jié)合的糖肽自動(dòng)固相合成儀，可制備實(shí)驗(yàn)室用的糖肽和寡糖，以便篩選生理活性物質(zhì)[6]。

由于看到了糖工程研究的巨大前景，為了協(xié)調(diào)歐洲的糖研究與開(kāi)發(fā)力量以強(qiáng)化歐洲在該領(lǐng)域與美國(guó)和日本競(jìng)爭(zhēng)的能力，歐盟1994?1998年實(shí)施了一項(xiàng)“歐洲糖研究開(kāi)發(fā)平臺(tái)” (European carbohydrate platform) 的研究計(jì)劃，該計(jì)劃由歐盟和企業(yè)投資，由歐洲從事糖研究與生產(chǎn)的研究機(jī)構(gòu)和公司參與[3-5]。在美國(guó)、日本和歐洲各國(guó)對(duì)糖工程研究的重視下，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，國(guó)際糖工程研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，國(guó)際交流與合作也非常頻繁，目前國(guó)際上有兩大糖生物學(xué)與糖工程研究學(xué)術(shù)組織：美國(guó)糖生物學(xué)學(xué)會(huì)(Society for Glycobiology) 和國(guó)際糖綴合物組織(International Glycoconjugate Organization,IGO)，分別出版核心期刊 Glycobiology和Glycoconjugate Journal，并每年組織一次國(guó)際會(huì)議。為加強(qiáng)亞洲國(guó)家在該領(lǐng)域的交流與合作，2009年由日本科學(xué)家Hisashi Narimatsu倡議，中國(guó)、日本、韓國(guó)共同發(fā)起，成立了“Asian Consortium of Glycobiology and Glycotechnology”，參加該學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的有中國(guó)、日本、韓國(guó)、印度、新加坡、泰國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣等國(guó)家及地區(qū)，每年舉辦一次學(xué)術(shù)交流會(huì)議。

2 中國(guó)糖工程研究的興起

20世紀(jì)80年代以前，國(guó)際同行所開(kāi)展的研究工作也主要集中于糖苷酶及糖的代謝方面。事實(shí)上，現(xiàn)代生物學(xué)對(duì)糖的研究興趣主要出于對(duì)纖維素等多糖的開(kāi)發(fā)與利用方面的需求，在北歐森林資源豐富的國(guó)家早就開(kāi)始了糖苷酶及多糖降解的研究。

我國(guó)科學(xué)家在建國(guó)初期已經(jīng)開(kāi)展了此方面的工作，如中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院輸血及血液研究所早在1957年就開(kāi)始對(duì)右旋糖酐進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，篩選出了生產(chǎn)右旋糖酐的優(yōu)良菌株，并在20世紀(jì)60年代在全國(guó)推廣[7]。中國(guó)科學(xué)院微生物研究所生化研究室在老一輩科學(xué)家方心芳、張樹(shù)政的帶領(lǐng)下，自1958年成立伊始就開(kāi)展了系統(tǒng)的糖苷酶研究，通過(guò)對(duì)各種曲霉產(chǎn)生的淀粉酶系進(jìn)行比較，選出了產(chǎn)糖化酶的黑曲霉優(yōu)良菌種，并在酒精和白酒工業(yè)中推廣使用，對(duì)建國(guó)初期的增產(chǎn)節(jié)約作出了貢獻(xiàn)。1966年該生化研究室改稱酶學(xué)研究室，開(kāi)展的研究主要集中于各類糖苷酶以及降解產(chǎn)物的應(yīng)用方面，該室也成為國(guó)內(nèi)微生物酶和酶工程研究開(kāi)發(fā)人才最集中的地方，為我國(guó)的酶制劑工業(yè)及酶學(xué)的發(fā)展做出了奠基性的貢獻(xiàn)[8]。由張樹(shù)政帶領(lǐng)的研究組早在 20世紀(jì)60年代就闡明了白地霉木糖與阿拉伯糖的代謝途徑[9]，當(dāng)時(shí)這是一項(xiàng)處于國(guó)際水平的工作；20世紀(jì)70年代又對(duì)紅曲霉糖化酶進(jìn)行了深入的研究，發(fā)現(xiàn)有構(gòu)象差異的多型性酶，而且證明其構(gòu)象差異是由糖基化引起的，這一研究成果在當(dāng)時(shí)處于國(guó)際領(lǐng)先水平[7]。

江南大學(xué) (原無(wú)錫輕工大學(xué)) 從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，也開(kāi)展了a-淀粉酶、糖化酶等食品級(jí)淀粉酶的構(gòu)建與發(fā)酵生產(chǎn)工作，研究成果榮獲1985年中國(guó)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)；同期，該校研究人員還研究了纖維素、殼聚糖等多糖物質(zhì)的酶法水解機(jī)制，突破了多糖水解過(guò)程的可控定向控制，實(shí)現(xiàn)了環(huán)糊精、殼寡糖等多糖水解產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)。這些研究成果帶動(dòng)了我國(guó)制糖產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)與改造，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。20世紀(jì)八九十年代，又相繼研究了果糖轉(zhuǎn)移酶等一系列糖酶的構(gòu)建，突破了糖酶在一系列功能糖生物制造中的關(guān)鍵技術(shù)。值得一提的是，從新中國(guó)成立到20世紀(jì)90年代這一時(shí)期，山東大學(xué)是另一個(gè)開(kāi)展糖苷酶研究較為集中的地方，在王祖農(nóng)、高培基、曲音波教授帶領(lǐng)下，開(kāi)展了大量的纖維素酶的研究，取得了大量的基礎(chǔ)研究成果，為纖維素的利用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[7]。

20世紀(jì)80年代末，美國(guó)科學(xué)家首先克隆到糖基轉(zhuǎn)移酶基因，由此推動(dòng)了糖鏈的功能研究，并直接導(dǎo)致1988年糖生物學(xué)概念的提出。當(dāng)時(shí)留學(xué)于日本的復(fù)旦大學(xué)醫(yī)學(xué)院 (原上海醫(yī)科大學(xué))陳惠黎教授意識(shí)到糖基轉(zhuǎn)移酶的重要性，于1990年回國(guó)后，繼續(xù)與日本科學(xué)家合作，在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展糖基轉(zhuǎn)移酶與腫瘤的關(guān)系研究，并在1994年申請(qǐng)成立了衛(wèi)生部糖復(fù)合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室[7]。

在糖生物學(xué)與糖工程概念提出后，張樹(shù)政院士敏銳地洞察到國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)，積極向國(guó)內(nèi)同行介紹這一趨勢(shì)。1994年11月，她在主題為“結(jié)構(gòu)生物學(xué)”的第25次香山科學(xué)會(huì)議上做了題為“糖結(jié)構(gòu)生物學(xué)”的報(bào)告；1995年金城、張樹(shù)政發(fā)表了題為“糖生物學(xué)與糖工程的興起與前景”的綜述文章，將糖工程概念引入中國(guó)，拉開(kāi)了中國(guó)糖工程研究的帷幕[3]。當(dāng)時(shí)，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)所的糖化學(xué)家惠永正研究員、北京醫(yī)科大學(xué)的周柔麗教授和大連醫(yī)科大學(xué)的朱正美教授也是糖生物學(xué)與糖工程研究的積極倡導(dǎo)者，他們分別在根瘤因子的全化學(xué)合成、腫瘤糖抗原和糖鏈介導(dǎo)的胚胎著床研究方面做出了出色的研究工作[7]。

為推動(dòng)國(guó)內(nèi)糖研究的發(fā)展，張樹(shù)政院士在“九五”規(guī)劃期間積極向國(guó)家有關(guān)部門(mén)建議開(kāi)展糖生物學(xué)研究，并得到了中國(guó)科學(xué)院的大力支持。1998年8月25?28日召開(kāi)了由張樹(shù)政、陳惠黎、朱正美為大會(huì)執(zhí)行主席的第 103次香山科學(xué)會(huì)議“糖生物學(xué)與糖工程的前景”。此后，又召開(kāi)了兩次國(guó)際性的香山科學(xué)會(huì)議，分別為第122次香山科學(xué)會(huì)議“糖綴合物與人類健康”(1999年9月1?4日，大會(huì)執(zhí)行主席：張樹(shù)政、惠永正、Elbein AD和Tomoya Ogawa) 和第192次香山科學(xué)會(huì)議“糖鏈結(jié)構(gòu)與功能調(diào)控前瞻”(2002年10月9?11日，大會(huì)執(zhí)行主席：張樹(shù)政、楊福愉、永井克孝和金城)，兩次會(huì)議均由來(lái)自中國(guó)、日本、美國(guó)、法國(guó)的40多位專家學(xué)者參加，通過(guò)會(huì)議進(jìn)一步研討使國(guó)內(nèi)同行及時(shí)了解并把握國(guó)際動(dòng)態(tài)與發(fā)展趨勢(shì)。

在國(guó)內(nèi)同行的建議下，還成立了中國(guó)生物化學(xué)與分子生物學(xué)會(huì)糖復(fù)合物專業(yè)委員會(huì)與中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)糖生物工程專業(yè)委員會(huì)兩個(gè)專業(yè)委員會(huì)。其中尤其是中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)糖生物工程專業(yè)委員會(huì)，其建立和發(fā)展均與我國(guó)糖工程的發(fā)展緊密相關(guān)。該委員會(huì)于 2002年 12月 8日在海南省?？谑姓匍_(kāi)了中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)糖生物工程專業(yè)委員會(huì)成立大會(huì)，該委員會(huì)在推動(dòng)糖工程研究發(fā)展，加強(qiáng)糖工程領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)普及，把握領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)，倡導(dǎo)研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)合作，推進(jìn)相關(guān)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步等方面起到了重要的作用。

另外，隨著我國(guó)糖生物學(xué)與糖工程學(xué)研究水平的提高，一系列高水平的國(guó)際糖工程會(huì)議也在我國(guó)召開(kāi)，如 2011年 10月，由中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)所承辦的第 3屆亞洲糖生物學(xué)與糖工程會(huì)議在上海召開(kāi)。而糖生物學(xué)兩大國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議 (糖生物學(xué)年會(huì)和糖綴合物研討會(huì)) 之一的“第 22屆糖綴合物研討會(huì)”會(huì)議也于 2013年在大連召開(kāi)。

經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，我國(guó)以糖生物工程技術(shù)為核心的生物糖產(chǎn)業(yè)近年來(lái)年增長(zhǎng)率維持在20%左右，并且其預(yù)期復(fù)合增長(zhǎng)率將超過(guò)40%，呈現(xiàn)出發(fā)展迅速的局面，糖工程技術(shù)已成為我國(guó)21世紀(jì)高新技術(shù)及新產(chǎn)業(yè)革命支柱之一，被列入《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006?2020年)》確定的重點(diǎn)領(lǐng)域及前沿技術(shù)。

3 中國(guó)糖工程研究的發(fā)展

3.1 糖工程基礎(chǔ)研究

中國(guó)科學(xué)院微生物研究所從1995年開(kāi)始，以重要微生物為模式種開(kāi)展微生物多糖合成途徑及功能研究，應(yīng)用功能基因組學(xué)、糖生物學(xué)、糖鏈代謝酶的生化與分子生物學(xué)手段研究其多糖、糖基化的生物合成途徑及其生物學(xué)功能，取得了一系列重要成果。同期，中國(guó)科學(xué)院微生物研究所酶室還從微生物中選出了產(chǎn)多聚唾液酸、肝素酶、海藻糖合成酶、幾丁質(zhì)酶的高產(chǎn)菌種，獲得了抗平滑肌增生的低分子肝素，構(gòu)建了產(chǎn)唾液酸醛縮酶、CMP-唾液酸合成酶等的高產(chǎn)工程菌株；經(jīng)過(guò)多年的研究，目前唾液酸的生產(chǎn)已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段；這些研究成果為研制糖藥物打下了良好基礎(chǔ)。近年來(lái)又在流感病毒的鑒定、糖疫苗的研究方面取得可喜進(jìn)展[7]。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，山東大學(xué)王鵬教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)利用酶法合成和化學(xué)-酶法合成結(jié)合的方法，人工構(gòu)建了糖核苷酸生物合成基因簇，并且這一基因簇構(gòu)造出了具備多酶組合合成糖核苷酸功能的基因工程菌“超級(jí)菌”，已在寡糖合成中發(fā)揮作用，初步證實(shí)了這一策略的可行性，可望在有生物學(xué)意義的復(fù)雜寡糖的生物合成中得到進(jìn)一步應(yīng)用。同時(shí)建立和發(fā)展了酶法高效合成比較重要的幾種糖核苷酸及其相關(guān)衍生物的技術(shù)，能夠生產(chǎn)克級(jí)糖核苷酸，大大降低了成本。為加速新型糖及其衍生物藥物的研發(fā)、功能糖的研制及其在食品、飼料、農(nóng)藥等方面的應(yīng)用，2007年4月，以山東大學(xué)為依托單位，山東省生物藥物研究院、保齡寶生物股份有限公司、山東龍力生物科技股份有限公司、山東福田藥業(yè)有限公司為合作單位的國(guó)家糖工程技術(shù)中心獲批組建，成為我國(guó)第一個(gè)糖工程領(lǐng)域的國(guó)家級(jí)研究中心，該中心于2011年4月順利通過(guò)國(guó)家科技部組織的驗(yàn)收，正式掛牌成立。

由于糖工程研究在國(guó)內(nèi)逐漸受到重視，逐漸在中國(guó)科學(xué)院、北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、江南大學(xué)、大連醫(yī)科大學(xué)、西北大學(xué)、西北農(nóng)林大學(xué)等單位形成了一批研究團(tuán)隊(duì)；以這些研究團(tuán)隊(duì)為依托，建立了一批重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，如山東大學(xué)的國(guó)家糖工程技術(shù)中心、復(fù)旦大學(xué)的衛(wèi)生部糖復(fù)合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、江南大學(xué)的教育部糖化學(xué)與糖生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、大連醫(yī)科大學(xué)的遼寧省糖生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等。

3.2 糖藥物研究

基于我國(guó)長(zhǎng)期使用中草藥的特點(diǎn)，對(duì)中草藥多糖的研究也最具中國(guó)的特色，以東北師范大學(xué)張翼伸、中國(guó)科學(xué)院上海藥物所方積年、中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)所田庚元等科學(xué)家為代表早在國(guó)內(nèi)開(kāi)展中藥多糖的研究。張翼伸教授系統(tǒng)研究了人參、金頂側(cè)耳、草蓯蓉等植物中富含的多糖成分和結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了系列的活性研究。方積年研究員從1978年就開(kāi)始從事免疫活性多糖的研究，分離純化并鑒定了 100多種多糖結(jié)構(gòu)，并成功創(chuàng)制治療胃癌的二類新 (西)藥——靜脈注射用香菇多糖。田庚元研究員自20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始從事中藥多糖的研究，從中藥牛膝中分離得到的牛膝多糖，作為一種免疫調(diào)節(jié)劑已成功開(kāi)發(fā)為由衛(wèi)生部批準(zhǔn)的保健食品，現(xiàn)正在繼續(xù)開(kāi)發(fā)為國(guó)家二類新藥[7]。

2006年后，中國(guó)科學(xué)院上海藥物所多糖課題組在丁侃研究員的帶領(lǐng)下，在糖化學(xué)工程研究的基礎(chǔ)上，將研究領(lǐng)域拓展至糖生物學(xué)。實(shí)驗(yàn)室除了進(jìn)行多糖、寡糖分離純化方法學(xué)研究、結(jié)構(gòu)鑒定、生物活性、構(gòu)效關(guān)系、作用機(jī)制等探討外，同時(shí)致力于細(xì)胞膜蛋白聚糖在腫瘤、早老癡呆、糖尿病和腦中風(fēng)等重大疾病中功能與相關(guān)機(jī)制研究。在此基礎(chǔ)上探索新的藥物靶標(biāo)分子，并進(jìn)行基于糖類化合物的新藥研發(fā)。

1982年中國(guó)海洋大學(xué)管華詩(shī)課題組以海洋多糖褐藻膠為基礎(chǔ)原料研制成功糖尿病的輔助治療劑——降糖素和胃腸雙重造影硫酸鋇制劑，此后，該課題組進(jìn)一步投入到多糖藥物研究中，1985年，管華詩(shī)院士主持研制成功中國(guó)首個(gè)海洋藥物藻酸雙酯鈉 (PSS)，PSS是在海藻酸鈉多糖基礎(chǔ)上進(jìn)行糖工程改造的衍生物，至今仍是無(wú)數(shù)心腦血管病患者的福音。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，中國(guó)海洋大學(xué)管華詩(shī)院士課題組進(jìn)一步投入到多糖藥物研究中，又研制發(fā)明了一系列海洋新藥，如用于缺血性心腦血管疾病的甘糖酯、保肝抗癌的海力特、降糖寧和海洋保健食品降糖樂(lè)等。2003年11月，經(jīng)國(guó)家教育部批準(zhǔn)在該校海洋藥物研究室基礎(chǔ)上立項(xiàng)建設(shè)“海洋藥物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，建立了海洋糖工程藥物研究開(kāi)發(fā)技術(shù)體系。他們以海洋多糖為基礎(chǔ)原料，采用生物降解和化學(xué)降解等方法，制備獲得純度高、結(jié)構(gòu)清楚的海洋寡糖單體化合物50個(gè)，分屬褐藻膠、卡拉膠、瓊膠及幾丁質(zhì) 4個(gè)系列；并以此糖類化合物為基礎(chǔ)原料，獲得糖綴合物60個(gè)，初步構(gòu)建了我國(guó)第一個(gè)海洋糖庫(kù)。我國(guó)“十五”期間，該實(shí)驗(yàn)室主持承擔(dān)了糖生物學(xué)與糖工程領(lǐng)域首個(gè)973項(xiàng)目“糖生物學(xué)與糖化學(xué)——特征糖鏈結(jié)構(gòu)與功能及其調(diào)控機(jī)制”。2010年，管華詩(shī)院士領(lǐng)軍的“海洋特征寡糖的制備技術(shù) (糖庫(kù)構(gòu)建) 與應(yīng)用開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。

3.3 功能寡糖的研究與開(kāi)發(fā)

隨著人們對(duì)寡糖功能的認(rèn)識(shí)不斷加深，功能性寡糖的開(kāi)發(fā)在國(guó)際上已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)涉及醫(yī)學(xué)、化學(xué)、工程等學(xué)科的新型領(lǐng)域，功能性寡糖產(chǎn)品也被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、飼料、農(nóng)業(yè)等重要領(lǐng)域。我國(guó)科學(xué)家在長(zhǎng)期積累的基礎(chǔ)上，從 20世紀(jì) 90年代開(kāi)始也對(duì)功能寡糖進(jìn)行了大量的研究。據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)時(shí)我國(guó)各種功能寡糖生產(chǎn)能力約5萬(wàn)t，實(shí)際年產(chǎn)4萬(wàn)t。主要品種有異麥芽寡糖、果寡糖、木寡糖、甘露寡糖、大豆寡糖、水蘇糖等，但實(shí)際年產(chǎn)以萬(wàn)噸計(jì)的只有異麥芽寡糖，年產(chǎn)以千噸計(jì)的有果寡糖、水蘇糖，其他品種的年產(chǎn)量很有限[7]。

中國(guó)科學(xué)院大連化物所天然產(chǎn)物與糖工程課題組自1995年以來(lái)，在杜昱光研究員帶領(lǐng)下開(kāi)展寡糖的清潔酶法制備和活性研究工作。他們采用了特定的酶解反應(yīng)與膜分離耦合技術(shù)調(diào)控寡聚糖聚合度組成的新思想，發(fā)明了一條成熟、可行、易于放大、具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)殼寡糖的新技術(shù)和工藝路線，解決了產(chǎn)物原位分離及產(chǎn)物寡聚糖的聚合度調(diào)控等關(guān)鍵問(wèn)題，并于2000年實(shí)現(xiàn)了寡聚糖生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化。在研究寡糖的構(gòu)效關(guān)系、探索寡糖對(duì)微生物、植物、動(dòng)物細(xì)胞的生長(zhǎng)代謝調(diào)節(jié)及其抗病機(jī)理的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了寡糖保健品、生物農(nóng)藥、飼料添加劑及應(yīng)用于海產(chǎn)品養(yǎng)殖的寡糖免疫調(diào)節(jié)劑。目前已成功地研究開(kāi)發(fā)出寡糖保健品 4個(gè)(均獲衛(wèi)生部、國(guó)家藥監(jiān)局批文保健食品證書(shū)，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化)、寡糖生物農(nóng)藥5個(gè) (其中3個(gè)獲得農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥證書(shū))，獲飼料及飼料添加劑新產(chǎn)品證書(shū)一項(xiàng)；實(shí)現(xiàn)了寡糖生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)化，并獲得國(guó)家計(jì)委5 000 t寡糖生物農(nóng)藥高科技產(chǎn)業(yè)化示范工程項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)1 000萬(wàn)的支持。已生產(chǎn)的寡糖生物農(nóng)藥在全國(guó)應(yīng)用面積已達(dá)100萬(wàn)hm2，獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。

1998年在杜予民教授的倡導(dǎo)下，武漢大學(xué)率先建立全國(guó)首個(gè)甲殼素研究開(kāi)發(fā)中心，主要進(jìn)行殼聚糖及其衍生物結(jié)構(gòu)、性能、制備、改性及應(yīng)用的研究，尤其是基于天然聚多糖分子設(shè)計(jì)與組裝制備金屬基納米熒光材料以及制備納米藥物控釋材料、天然聚多糖分子設(shè)計(jì)與生物活性等方面。近年來(lái)，經(jīng)過(guò)研究人員的不懈努力，我國(guó)已拓展了功能寡糖的品種至殼寡糖、海藻酸鈉寡糖等，目前功能寡糖年產(chǎn)能數(shù)百萬(wàn)噸，占到全球總量的1/3以上，但仍未形成完整成熟的寡糖市場(chǎng)，仍處于低端發(fā)展階段[7]。

值得一提的是，雖然仍處于低端發(fā)展階段，但在我國(guó)已形成了系列有代表性、具有活力的糖工程企業(yè)，并形成了較有規(guī)模的產(chǎn)業(yè)集群區(qū)。作為國(guó)家“十二五”規(guī)劃培植的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，生物產(chǎn)業(yè)是山東省禹城市的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。目前，禹城市已經(jīng)形成功能糖、大豆生物、生物基新材料、微生物制造四大特色產(chǎn)業(yè)，這四大產(chǎn)業(yè)均與糖工程緊密相關(guān)。特別是功能糖產(chǎn)業(yè)，已形成規(guī)模以上企業(yè)10家，年綜合產(chǎn)能110萬(wàn)t，產(chǎn)銷量占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的 80%、國(guó)際市場(chǎng)的 35%，是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力最大、品牌最好、品種最全、技術(shù)最先進(jìn)、市場(chǎng)占有率最高的功能糖研發(fā)制造基地。因此，禹城有“中國(guó)功能糖城”的美譽(yù)，如山東龍力生物科技股份有限公司、保齡寶生物股份有限公司、山東福田科技集團(tuán)等知名公司匯聚于此。

除作為食品添加劑外，功能寡糖另外兩個(gè)主要的用途是生物農(nóng)藥和飼料添加劑。生產(chǎn)這兩種產(chǎn)品的企業(yè)較缺乏集團(tuán)性，在全國(guó)多個(gè)省市均存在分布，代表性的企業(yè)有山東龍力、大連格萊克生物科技有限公司、大連凱飛化學(xué)股份有限公司、北海國(guó)發(fā)海洋生物產(chǎn)業(yè)股份有限公司、海南正業(yè)中農(nóng)高科股份有限公司等公司的產(chǎn)品已被大規(guī)模推廣應(yīng)用，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中取得了一定的實(shí)效。據(jù)2009年的數(shù)據(jù)顯示[7]，我國(guó)有 9個(gè)廠家登記了殼寡糖 (氨基寡糖素) 生物農(nóng)藥；其中大連中科格萊克生物科技有限公司擁有全國(guó)最大的殼寡糖生產(chǎn)線，年產(chǎn)量可達(dá)到120 t，市場(chǎng)占有率達(dá)50%以上。此外，香菇多糖、幾丁聚糖、葡聚烯糖等功能糖生物農(nóng)藥也已被成功開(kāi)發(fā)應(yīng)用，獲得了農(nóng)藥登記證號(hào)；木寡糖、果寡糖、殼寡糖等寡糖飼料添加劑已形成了一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，對(duì)推進(jìn)功能寡糖類飼料添加劑的發(fā)展起到了很好的促進(jìn)作用。

4 總結(jié)與展望

糖生物工程的起源與發(fā)展歷史并不長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)全世界科學(xué)家30多年的不懈努力，糖鏈的生物學(xué)功能正被不斷揭示，證明糖鏈與生長(zhǎng)、發(fā)育、疾病過(guò)程密切相關(guān)，并由此引發(fā)一場(chǎng)糖工程藥物研發(fā)國(guó)際性的競(jìng)爭(zhēng)，將極大地推動(dòng)糖工程研究與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

經(jīng)過(guò)最近20年的發(fā)展，我國(guó)糖工程研究已形成了一個(gè)研究群體，并取得了一批豐碩的研究成果。作為工業(yè)生物技術(shù)的重要組成部分，糖工程研究與產(chǎn)業(yè)化在過(guò)去的10多年中更是取得了豐碩的成果?；仡欉^(guò)去10多年的發(fā)展歷程，中國(guó)糖生物工程的特色表現(xiàn)在：1) 糖工程迅速發(fā)展，誕生了一批多糖、寡糖藥品及保健產(chǎn)品，而且多糖、寡糖在種植、養(yǎng)殖方面得以應(yīng)用，使得糖生物工程產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化與應(yīng)用方面走在了世界前列；2) 糖工程產(chǎn)業(yè)形成了集群化的特點(diǎn)；3) 糖的功能研究的某些方面也進(jìn)入世界先進(jìn)行列。總體來(lái)說(shuō)，糖工程的應(yīng)用研究與產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展領(lǐng)先于基礎(chǔ)研究，近年來(lái)呈現(xiàn)出應(yīng)用成果推動(dòng)功能研究的趨勢(shì)，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，我國(guó)的糖工程基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)化將會(huì)在解決能源、環(huán)境、健康問(wèn)題等方面發(fā)揮重大的作用。

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