海洋生物科技的应用手段优化

在海水养殖、海洋活性物质提取及纯化等过程中，转基因方法、基因组学、发酵、生物处理技术、生物反应器等现代生物技术和方法得到广泛应用，分子或基因生物技术在海洋生物体中的应用已经对海洋经济产生重要影响，有望在水产养殖、微生物宏基因组、保健品、医药、药妆品、生物材料、生物矿化、生物淤积、生物能源等领域获得突破。与此同时，仪器分析技术的进步以及蛋白质组学和生物信息学的发展加强了人类利用生物学技术进行商业化开发海洋生物资源的能力。

海洋生物科技领域中几个主要的研究手段如下。

（1）海洋生物勘探技术。在海洋生物勘探过程中，生物技术为创造海洋植物、动物新基因提供了新工具和新动力，转基因研究中新工艺和新技术的发现为新材料的开发提供了可能，尤其在二级代谢产物的生物合成和调节途径研究中，转录组分析方法研究领域的新进展可以对信使核糖核酸的功效进行更有效的筛选。基因组学技术以及生化合分子数据库的建立推动了海洋药物的发现，宏基因组策略可以从微生物群落中寻找和分离出具有特殊生物催化功效的酶，分子生物学可以帮助海洋科技对基因组水平的理解。对海洋生物的基因组研究可以促进特殊基因、蛋白质、酶和小分子的开发利用，对代谢途径及其基因组学的研究可以帮助理解化合物的生产途径，并通过代谢工程优化细胞合成化合物的遗传和调控途径。

（2）海洋生物活性物质的筛选技术。筛选是研究和开发海洋生物活性物质的第一步。传统的筛选方法是利用实验动物或其组织器官对某种化合物或混合物进行逐一的试验，其速度慢、效率低、费用高。随着科学技术的发展，活性物质筛选逐步趋向系统化、规模化、规范化，特别是分子生物学技术的发展使活性物质的筛选技术有了很大的改进。目前世界上以分子水平药物模型为基础的大规模筛选技术用生命活动中具有重要作用的受体、酶、离子通道、核酸等生物分子作为大规模筛选的作用靶点，进行活性物质筛选，方法简便、快速、命中率高、费用低，有的还可以用机器人操作。

（3）海洋基因工程。目前国际上对生物技术在海洋生物活性物质研究和开发中应用研究非常多的是基因工程，即分离、克隆活性物质的基因，转入高效、廉价的表达系统进行生产，以获得大量高质量的产物，确保海洋生物资源的持续性与有效性。在医药方面，基因工程多肽和蛋白质类药物、单克隆抗体及新型诊断试剂的研究和开发，是现代生物技术影响最大、效益最好、发展最快的领域之一。

（4）海洋发酵工程。海洋生物发酵工程主要是通过对富含活性物质的海洋微生物进行发酵培养，从中获得大量产物。目前生产海洋生物活性物质的原料绝大部分来自海洋微藻和微生物等低等海洋生物，利用生物反应器培养微藻开发海洋生物活性物质是国际上的研究热点之一。用水池培养微藻从广义上说是一种生物反应器技术，但其效率比较低。目前研究较多的是利用封闭的光生物反应器培养微藻，美国公司利用发酵法培养微藻生产多不饱和脂肪酸已经达到工业化生产阶段。

（5）海洋酶工程。酶工程涉及酶的生产和应用技术。从耐寒、耐高温、耐高压和耐高盐度的海洋微生物中可以分离出特殊种类的酶，如热稳定的DNA聚合酶、在组织培养中有分散细胞作用的胶原酶、能催化卤素进入代谢产物中的卤素过氧化物酶等。日本研究者已经建立了一种诱导微藻大量生产超氧化物歧化酶的方法，可用于医药、化妆品和功能食品。在酶工程为工业技术进步做出巨大贡献的同时，酶制剂本身也形成了巨大的市场。1997年全球酶市场约为14亿美元，此后以每年4%～5%的速度增长。由于新药开发及制药新技术的需要，特殊用酶迅速增加，已成为酶技术开发的重点。生活在极端环境下的海洋微生物和微藻体内含有丰富的极端酶，已成为生物技术的重要研究领域，不仅可提供工业特殊用酶，也为获得新的生物活性物质提供了极好的生物资源库。(www.xing528.com)

（6）海洋生物活性物质生源材料的大规模培养。获得丰富的生源材料是开发海洋生物活性物质的基础。由于大多数生物活性物质在海洋生物体内含量低微，现有的野生海洋生物资源不足，并且大部分海洋生物活性物质的结构复杂，难以进行全人工合成，因此生物活性物质生源材料的大规模培养成为关键问题之一。研究显示，在各种培养技术中，较低强度的超声波可以通过改进反应物的质量传输机制，提高酶的活性、加速细胞的新陈代谢。采用低功率超声辐照培养基，可提高藻类细胞的生长速率，提高这类细胞的蛋白质产量。在海洋单胞藻营养成分中，多不饱和脂肪酸是重要的生物活性物质，研究显示，在较低工作电压条件下，超声辐射处理后的微藻中多不饱和脂肪酸的含量明显增加。

（7）海洋活性物质的化学研究。目前，国内外海洋活性物质的化学研究主要有三种方式：

①组成引导型，即以海藻多糖、甲壳质、鲨鱼软骨素、海蛤多糖等各种多糖、糖蛋白以及核酸等海洋生物质为新药的结构模式，对其进行化学修饰后寻找高效、低毒的新化合物。

②化学结构引导型，如酚类、醌类、甾醇类等化合物，按构效关系对其衍生物进行研制，开发一系列新的海洋药用活性物质。

③活性引导型，在研究之前先明确目标物质的功效、市场、竞争对手以及筛选成功的风险等要素，然后通过大规模筛选生物活性物质寻找和发现新药或新的先导化合物，应用高通量药物筛选技术对采集到的海洋生物提取物进行大规模、高效率、有秩序、多靶点的活性筛选。