中科院微生物所乳链菌肽研发纪实

　　“从最初的基础研究，到通过生产、开发形成有优势的高科技产品，是一个复杂的系统工程，需要科研、产业乃至政府部门的共同努力。我们的研究工作之所以取得成功，源于国家科技、产业等许多部门的大力支持，尤其是最开始国家自然科学基金的资助，为项目后来的成长埋下了‘种子’。”

　　获得2005年度国家科技进步二等奖的“乳链菌肽的研究与开发”项目，由中国科学院微生物研究所和浙江银象生物工程有限公司共同完成。如果说，银象公司总经理沈颜新在项目实施中，付出的是中国民营企业家对产业发展的执著，那么中科院微生物所研究员还连栋等几代科研人员付出的，则是我国现代科技人员“为人类造福”的孜孜以求。

　　日前，还连栋研究员接受记者专访，披露了“乳链菌肽的研究与开发”项目在国家支持下，18年来深入研究、自主创新的故事。

选题紧扣国家需求

　　通过独立选题、自主创新取得好的科技成果，进而通过小试、中试、工业化生产试验、工业化生产、市场开发，将其转化为质量上乘、市场竞争力强的产品，对任何科技人员来说，这都是一件足以自豪的事；尤其在激励因素不足、科研市场相去甚远的宏观环境下，取得这样的成绩更是弥足珍贵。那么，是什么促使还连栋课题组十几年来多方争取、深入研发，终于取得目前这样了不起的成就？ 

　　“食品安全问题是永恒的主题。”还连栋说，二恶英、瘦肉精、苏丹红，以及大肠杆菌O-157、利斯特氏菌、金黄色葡萄球菌等微生物在日本、美国引起的污染事件，在社会上掀起一系列轩然大波，某些化学合成食品防腐剂存在安全隐患不断暴光，食品安全问题成为人们越来越关心的热点话题，“天然、营养、多功能”成为食品添加剂发展的潮流。但还连栋课题组，早在1989年就将研究的对象锁定在乳链菌肽这一天然防腐剂上，可谓“引潮流之先”。

　　那么，何谓乳链菌肽？它的“天然防腐剂”称号由何而来？还连栋介绍，乳链菌肽亦称乳酸链球菌素，是某些乳酸乳球菌产生的一种小肽，由于其独特的分子结构，对许多革兰氏阳性菌，尤其是对引起食品腐败的嗜热脂肪芽孢杆菌、肉毒梭菌、金黄色葡萄球菌、利斯特氏菌等，具有强烈的抑制作用；同时，在低pH（即酸性）溶液中，经100℃以上的高温加热也不会失去活性，但被人食用后，却能被消化道中的ɑ-胰凝乳蛋白酶降解，不会改变人体肠道内的正常菌群，也不会引起常用抗生素出现的抗药性问题，更不会与其他抗生素出现交叉抗性。

　　1969年，联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO） 联合食品添加剂专家委员会确认，乳链菌肽是一种高效、无毒的天然食品防腐剂。目前，乳链菌肽已被世界50多个国家和地区广泛应用于乳制品、肉制品、植物蛋白食品、果汁饮料和罐头食品的防腐保鲜。对这样的生物制品来说，扩大其市场竞争力的途径，主要是通过提高菌种的产量，研究新的发酵和产品提取工艺，提高生产效能，大幅度降低成本。

　　1989年，还连栋等了解到乳链菌肽这一事关食品安全和人体健康的产品，在国家自然科学基金委等有关部门支持下，率先筛选到了乳链菌肽产生菌，选育出乳链菌肽高产突变株，确定了其发酵和后提取工艺，在实验室中获得了小试样品。随后与浙江银象公司合作，将乳链菌肽产品推入国内外市场，结束了我国食品防腐剂行业单纯依靠化学合成防腐剂的历史，将我国相关饮料和食品产品推入“绿色生产”时代。

　　目前，“银象牌”乳链菌肽已大量供应杭州娃哈哈、河南双汇、北京三元等国内食品生产厂商，同时大踏步迈入国际市场，打破了英国Aplin & Barret公司乳链菌肽“一统天下”的局面，出口对象包括世界最大食品配料供应商丹麦Danisco公司，国际市场占有率高达60%。时至今日，已累计销售250多吨，销售总收入近3亿元、实现利税8000多万元、出口创汇2000多万美元。虽然市场、社会效益如此良好，但对一手缔造这一产品的还连栋课题组来说，最难忘的还是国家自然科学基金委、中科院、科技部、发改委等单位十几年来的不懈支持。

研究要走自主创新道路

　　为乳链菌肽带来“神奇”防腐性能的，是它高效的抑菌作用、耐高温、对人体无毒的功能特性。而赋予它这些特性的，则是借助翻译后的修饰作用所具有的5个硫醚环的独特组成及分子结构。而要将乳链菌肽成功用于食品工业，对科技研发人员来说，其任务一方面是要深入认识乳链菌肽的抑菌防腐的原理，一方面则是在此基础上研究扩大抑菌效能、探索提高生产效率的新工艺，而前者是后者的前提和基础。

　　1989年，时年45岁的还连栋以“乳链菌肽基因定位和基因工程研究”为题，申请一项国家自然科学基金面上项目。虽然经费总额只有2.5万元，但是得到国家的支持让他们感到十分鼓舞。课题组通过3年努力，建立了乳链菌肽产生菌的定向、快速的筛选方法，从新鲜牛奶样品中筛选得到乳链菌肽产生菌，通过DNA杂交，证明编码乳链菌肽的前体基因位于染色体上，同时建立了乳链菌肽活性检测方法。在我国率先开展了乳链菌肽的基础研究，为大规模的研究和开发奠定了良好基础。

　　1991年，国家科学基金项目结题，由于研究成果突出，课题组获得中国科学院“八五”重点项目“乳链菌肽的研究与开发”资助。通过诱变育种，得到乳链菌肽高产菌株；而在工艺上，因在上世纪90年代初牛奶在我国仅是婴儿、孕妇和病人凭证供应的“奢侈品”，他们摈弃国外应用脱脂牛奶作为发酵培养基的发酵工艺，采用廉价的蛋白胨和酵母粉作为发酵培养基，建立了独创性的乳链菌肽发酵和后提取工艺，并进行了5升发酵罐放大试验。在此基础上，与浙江银象生物工程公司合作进行2500升的中间放大试验，提前、超额完成了中国科学院“八五”重点项目的技术指标，通过了中试鉴定。

　　为进一步夯实研究的基础，还连栋再次申请国家自然科学基金面上项目并获批准。1996~1998年，他们在“乳酸乳球菌穿梭载体的构建及乳链菌肽基因的克隆和表达”项目资助下，在乳酸乳球菌中克隆和表达了乳链菌肽的前体基因，通过DNA序列测定，证明他们获得的高产菌株的产物是乳链菌肽Z，是世界上第一个实现工业化生产的乳链菌肽新品种。随后，采用定点突变研究了乳链菌肽分子铰链区的氨基酸结构与功能的关系，获得的突变株不仅保留了对革兰氏阳性菌的活性，而且对某些革兰氏阴性菌亦具有抑制作用。

　　基础研究的目的毕竟还是为了应用，还连栋课题组在国家“九五”科技攻关项目“特种保鲜剂——乳链菌肽”支持下，继续与浙江银象公司联合进行了20吨发酵罐规模的工业化生产试验，全部采用国产设备和材料建成了我国第一条乳链菌肽工业化生产线，主持制定了我国乳链菌肽产品质量标准，使乳链菌肽成功应用于乳制品、肉制品、饮料和罐头食品中，其产品出口国外市场。随后又在国家“十五”科技攻关项目“乳链菌肽发酵新工艺的研究”和国家高技术产业化示范工程项目“微生物法乳链菌肽产业化高技术示范工程”支持下，通过诱变育种和后提取工艺的改进，使乳链菌肽菌种的产量获得大幅度提高和生产成本大幅度下降，最终于2005年建成了世界最大、年产150吨乳链菌肽的现代化生产厂。

坚持产学研相结合

　　“从基础研究到形成产品，是一个复杂、完整的系统工程，需要科技、产业界乃至政府部门的共同努力，走产学研相结合的道路，而不是科学家在实验室里能独立完成的。”还连栋认为，科学家的洞察力和兴趣是研究取得突破的必要条件，但是没有相关部门的支持，所有研究的设想都是“无米之炊”；一切研究活动都是认识自然、改造自然、造福人类，科技产品的研究与开发直接关系到国民经济的发展和人民生活条件的改善，因此科学家不能光为研究而研究，而需兼顾其应用价值；一旦条件成熟，还需走出科研院所的大门，和有责任感的企业家合作，尽快将科研成果转化为生产力。

　　18年来，“乳链菌肽的研究与开发”工作坚持走自主创新之路，不仅建立了定向、快速筛选乳链菌肽产生菌方法、选育出高产菌株，改进了发酵培养基、确立了新的发酵工艺，并建立了自主独创的后提取工艺路线，产生了重大经济效益和良好的社会效益，同时还在国内外发表研究论文22篇，申请国家发明专利2项（已获授权），参与《功能性发酵制品》和《微生物工程》专著中有关乳链菌肽章节的编写，培养博士研究生和硕士研究生9名，并于2005年获得国家科技进步奖二等奖和中国食品工业协会科学技术奖特等奖。

　　骄人成绩的取得，得益于一个团结拼搏的研究集体。还连栋表示，乳链菌肽成果是几代人团结奋斗的结晶。研究初期，老一辈科学家、微生物所的老所长薛禹谷研究员虽年近七旬，还亲自工作在第一线，对乳链菌肽在国家自然科学基金中的立项和课题申请作出了杰出的贡献。项目组陈秀珠副研究员兢兢业业、任劳任怨，使乳链菌肽研究与开发登上了一个个新台阶，在“十五”攻关期间她牺牲了许多节假日和休息时间，与银象公司的技术人员摸爬滚打在一起，使乳链菌肽菌种的产量提高了3倍，达到了国内外领先的水平。

　　科研和开发的工作，为研究生的成长提供了条件，而他们也在乳链菌肽的研究与开发工作中迅速成长起来，为项目成功奉献出聪明才智。在相关自然科学基金项目的研究中，硕士研究生才迎对乳链菌肽产生菌定向筛选方法的建立作出了贡献；硕士研究生胡海菁克隆了乳链菌肽完整的生物合成基因簇，并在乳酸乳球菌中表达了乳链菌肽前体基因；博士研究生袁静对乳链菌肽铰链区分子结构与功能进行了系统研究，获得了扩大抑菌谱、能抑制革兰氏阴性菌的突变体……

　　“坚持产学研相结合的道路是乳链菌肽研究与开发获得成功的关键，但高起点的基础研究工作是所有创新活动的源头。”还连栋表示，国家自然科学基金评审公平、公正，特别是鼓励自由探索、允许失败，为科学家创新提供了宽松的环境。他介绍，课题组其他方面的研究工作，也获得了国家自然科学基金面上项目资助。例如2000~2002年承担的面上项目“一个新抗菌多肽生物合成基因的研究”，从牛链球菌中分离到一个未见报道的、新的抗菌多肽Bovicin HJ50，对其生理生化性质、作用机制做了详细、深入的研究，并加以分离纯化，测定其N-端氨基酸序列，克隆了它的结构基因，使课题组开拓了新的研究领域。

　　随着国家科技事业不断发展，在相关部门支持下，课题组青年科技人员钟瑾博士承担的“Bovicin HJ50双组分传导系统（bovK,bovR）的研究”也于今年获得国家自然科学基金青年基金项目的资助，在课题组前期工作的基础上，钟瑾博士带领研究生克隆了完整的Bovicin HJ50生物合成基因簇，使研究工作取得突破性进展，对bovK和bovR编码产物功能的研究也正在进行中。和还连栋期待的那样，“长江后浪推前浪，一代更比一代强”，课题组全体科研人员正在自主创新的道路上大步前进。