龋齿研究：应对全球关注的第三大疾病

1985年，张树政以题目负责人的身份，向中国科学院和国家自然科学基金委员会共申请研究经费12万5千元，研究“糖苷酶的研究和应用”。糖苷酶研究的长远目标是阐明酶结构与功能的关系及作用机制，探索新酶，找出适于糖结构分析的一系列工具酶。张树政瞄准这个目标，以多年从事糖苷酶研究的基础，开始了微生物糖苷酶的系统性研究，为后来的糖工程研究打下了基础。

1991年3月26日，结题报告由中国科学院微生物研究所学术委员会杨开宇签署意见：“本研究按原定计划完成，在大量筛选的基础上，获得了产不同糖苷酶的优良菌种，其中产β－N－乙酰氨基己糖苷酶的溜曲霉、产麦芽四糖淀粉酶的产碱菌、产β－甘露糖苷酶的嗜热细菌，均属国内首次报道，对这两种糖苷酶进行了分离纯化和酶学性质的研究，对另外几种糖苷酶的应用与比较研究建立了良好的基础。”

在十年动乱期间，虽然张树政没有担任任何领导职务，但她一直被认为是微生物室酶学研究的学术领头人，在当时的许多研究工作中，她都起过或多或少的作用，今天回顾起来，大多数当年参加国酶学研究室工作的科研人员，始终认为张树政在业务上对她们是有帮助的。

微生物糖苷酶类在工业上的应用历史悠久，应用面广。早在1915年法国即生产细菌α－淀粉酶代替麦芽用于纺织物的褪浆。1930年代初果胶酶即用于果汁果酒的澄清。后来又有葡萄糖淀粉酶用于生产葡萄糖，蜜二糖酶用于甜菜糖的生产等等。

中国科学院微生物研究所的前身之一菌种保藏委员会在1950年代初即由方心芳等开始研究细菌淀粉酶，1954年张树政到此工作后不久即开展了曲霉淀粉酶的研究，已在本书前面谈及。他们开展了酶法制葡萄糖等微生物酶的应用研究，还先后开展了多种工业用糖苷酶的研究，如纤维素酶、果胶酶、β－淀粉酶、异淀粉酶、β－半乳糖苷酶（即蜜二精酶）、环糊精葡糖基转移酶和右旋糖酐酶等，并在生产上得到成功。还进一步研究了红曲霉的葡萄糖淀粉酶的结构与功能，在国际上有了一定的影响。到1980年代，对微生物糖苷酶进行深入的基础研究，既有生产上的迫切需要，又有糖生物学和糖生物工程学科兴起提出的学科发展要求，张树政领导的微生物酶学研究，已有了30余年经验的积累。因此，张树政提出该课题的研究基金申请，她在申请书书上写道：

本课题的意义：糖蛋白的及糖脂等糖缀合物中的糖链部分是生物信息分子，它们在细胞和分子识别及相互作用中起着决定性作用。近年来其结构功能的研究受到极大重视，成为继蛋白质、核酸之后又一个重要的研究新领域。国际糖缀合物会议第六届（1981年）有论文292篇，第七届（1983年）有497篇，可见其发展之快。寻找新的糖结构分析用的工具酶有重大理论意义和应用价值。糖苷酶在食品分析、临床检验及酶标免疫测定方面也有重要应用价值，研究成功会带来较大的经济和社会效益。糖苷酶在我国工业工已经应用的有淀粉酶、糖化酶等。但右旋糖酐酶虽有研究尚未见到正式应用的报道，而国外已用于预防龋齿。世界卫生组织将龋齿列为第三位需要重点防治的疾病，仅次于心血管病和癌症。果胶酶国外在30年代即已用于果汁果酒的澄清，我国已有研究，但未能工业化。纤维素酶的研究国外已有几十年的历史，现在正通过多种途径攻关，不久可望取得重大突破。对这些课题有必要进行研究。前两项可在近期取得经济效益和社会效益，后一项工作我们有较好的基础，坚持下去，最终也要达到工业应用，实现由废弃纤维素生产有价值的产品以创造财富。(www.xing528.com)

他们提出的研究任务，分糖苷酶的研究和糖苷酶在医药及工业上的应用两方面，即兼顾学科发展和为国家经济发展服务。前者包括已知酶的分离纯化及酶学基本性质的研究和新酶的探索，即寻找有优良特性的酶，如耐热、稳定、有适合不同要求的专一必性等，为在国内生产一系列糖苷酶打下基础，以满足国内糖结构分析、食品分析、临床检验或酶标免疫测定等的需要；后者则是寻找高活力的糖苷酶生产菌，研究发酵条件，改进生产工艺并扩大应用菌，提高产率，进一步探索这些该酶的新应用等。

他们在5年中，按原定计划完成了任务。主要成就是分离了几百个土样中的菌株，加上其他课题组提供的菌种，共筛选了包括真菌、细菌和放线菌在内的几千株菌，筛选到了产酶活力高，酶的性能优良，有应用前景和进一步可作基础研究的糖苷酶菌种，有些是文献中没有报道过的；分离纯化了一些酶，研究了它们的酶学性质；对具有应用前景的某些菌种产生的酶进行了酶形成条件试验。这些研究内容及水平均处于国内领先地位。

用于糖结构分析的糖苷酶，当时在国际上已有十几个商品化的制剂。例如从蝾螺和法螺提取的几种外切型糖苷酶，从刀豆和无花果中提纯了几种糖苷酶，也有从肺炎双球菌、灰色链霉菌和黑曲霉等微生物中分离出的，日本学者曾研究过用糖苷酶作糖链结构分析的工具酶。当时我国在这一领域完全依靠进口，而进口商品工具酶价格极贵，且常常由于运输而造成失活。随着糖蛋白、糖脂和糖缀合物的深入研究，工具酶的需求量必然增加。张树政领导的研究室从溜曲霉中得到的β－N－乙酰氨基己糖苷酶是最常用的工具酶之一，按当时Sigma产品目录，进口价格最贵时竟高达89美元／0．1单位。而研究酶的结构与功能所取材的淀粉酶类，一方面是它们在整个酶制剂生产中占有极大的比重，取材容易。其中外切型的共有3种———葡萄糖淀粉酶（酶角产物为葡萄糖），β－淀粉酶（酶解产物为麦芽糖）和麦芽四糖淀粉酶（酶解为麦芽四糖），它们的酶解作用，相同点为从糖链的非还原端顺序切割α－1．4葡萄糖苷键，不同点为产物葡萄糖的数目不同。当时国外正在研究由蛋白质工程定点突变的方法改进酶的生产性能，因此将它们和葡萄糖淀粉酶进行结构与功能方面的比较，这会大大促进我国对淀粉酶类的研究及应用，具有理论和实践意义。

在5年的时间内，张树政领导的酶学研究室中，集中了近20人的研究力量，多方面开展了糖苷酶的研究。在以下多种微生物产糖苷酶开展了研究，发表了数十篇论文，获得了一些在生产上发挥作用的酶制剂产品。