生物工艺学在过去20年里一直为公众所关注。日本工业在不断从中吸取养分的同时，开始在此研究领域有所收获。如今，在日本生物技术市场上，主要表现在制药工业，据说年营业额高达800亿日元。估计到下个世纪，随着新药的不断推出及生物工艺技术在农业、食品加工及其工业领域中应用程度的不断提高，相信其利润可升至3万亿日元。在上述产业中，生物工艺学的应用不会对环境构成任何危害。通过生物工艺技术手段，以消除环境垃圾为目的的“生物救治”法的应用及其研究正在如火如荼地开展起来。

与此同时，在全球范围内，科学家们对人类基因组的分析研究也在进行之中，美国在此研究领域占主导地位。据报道，美国投资于人类基因组研究项目上的预算额是日本的10倍，尽管欧洲和美国的预算额超过日本许多，但日本仍在积极投身于人类基因组的分析研究工作。

这项研究工作之所以重要，其原因在于基因组是人体的蓝图。因此，分析基因不仅能提供各种蛋白质功能的最新实用信息，且能为开发制药工业奠定坚实基础。在美国，尤其是在许多合资公司里，利用DNA重组专利技术的应用已相当普及。另外，通过对基因组的研究，人类还可以对遗传状况有更深入地了解，这将对预测未来疾病的发生以及寿命的预期提供了可能性。因此说人类基因组是极其重要的信息源。

生物电子技术作为生物和电子整体中的一新兴领域，正在受到人类的密切关注。该领域的研究目标包括：发明能辨别生命形成的生物传感器，及有同人脑一样功能的生物计算机和神经计算机。这项研究会引申并最终设计出一种可与人类通讯的计算机或机器人。生物工艺学的应用前景十分广阔，其研究范围则无穷尽也。本文就有关生物工艺学的最新趋势做一番探讨。

生物工艺学在环境领域的应用

毫无疑问，日益恶化的环境问题已经成为世界性亟待解决的一大难题。人类有必要开发一种能在全球范围内旨在消除环境污染的新技术，而生物工艺学技术则能在此领域发挥作用。例如，利用该技术可以解决因大气中二氧化碳增加所引发的全球变暖问题。日本在此课题研究中处于领先地位，他们通过生物化学手段将二氧化碳收集起来，并作为回收能源再次利用。这个项目的发起者是新能源开发组织（NEDO）和地球创新技术研究会（RITE），其中还包括有日立公司在内的16家私人组织的参与。东京大学高科技研究中心的试验室正在从事另一课题的研究，通过对微藻的培养和筛分用于处理二氧化碳，这种有机物不仅能耐高浓度的二氧化碳，且具有从二氧化碳中产出有用物质的能力。当这项研究得以实现之时，也即大气中二氧化碳能够得以循环之曰。

在生物多样性公约签订之后，日本有义务为促进生命形式的有效生存及利用发挥自己的作用。基于此，各种研究项目均在进行之中。尤其是出现在热带地区的生命形式极其丰富多彩，有些生命形式，其存在的数量和所具有的能力到目前为止对人类而言尚不得而知。如果我们想创建一种崭新的工业，首先得要去了解和发现这些生命形式的特性。热带雨林也会吸收大量的二氧化碳气体。深入研究热带雨林的回归及沙漠开垦或绿化将是未来极其关键的重大任务。在沙漠中，昼夜间温差极大，平均降雨置很低，土壤含盐量极高，其条件基本上不适宜植物的生长。如果通过生物工艺技术能够创造出一种高耐盐及高耐干燥气候的植物，便有可能使沙漠变成绿洲。红树属植物据称含有耐盐基因，其中，由于仙人掌能在干旱气候条件下茁壮成长，因此备受科研人员的关注。在不久的将来，利用从上述含耐盐碱植物中提取到的基因，后经嫁接的植物则能达到绿化沙漠的目的。另外，科研人员对珊瑚礁也有过很大的争议，他们怀疑珊瑚礁是通过吸收二氧化碳后才形成的，若果真如此，扩大珊瑚礁的面积则能促进海洋吸收掉大量的二氧化碳。

还有一种被称之为“生物救治”法的工艺，目前正在成为众多研究人员关注的焦点。这项工艺能通过生物处理的方式去除对环境有害的物质，例如：利用微生物通过救治法可降解掉氯化物，如三氯乙烯、四氯乙烯和多氯联苯等。上述物质主要应用于半导体加工业、成衣干洗业中，其中多氯联苯对环境危害相当大。美国在1992年花费在生物救治项目上的投资额竟达17亿美元之多，该项投资额预期到1997年会再翻一番。生物救治的市场份额估计每年将以15%的速度增长。生物救治的应用范围是相当广泛的，它不只局限于对氯化有机物的处理。

去除重金属及多氯联苯和二噁英这类在环境中不宜降解的有机物技术，目前正在受到广泛应用，其市场占有率还有扩大的趋势。

另外，将沉积于湖泊、水坝及海洋中的淤泥转换成有机肥料的新技术也在着手展开。上述多项新技术的实施将使生物工艺技术成为改善环境的关键所在。

生物工艺学对21世纪的挑战

这里将着重对生物工艺技术在21世纪所能扮演的角色作用进行讨论。下个世纪的起始之日已离我们为时不远了，在所剩不多的日子里，我们将有许多工作要做，其主要问题包括：1）社会老龄化；2）人口的快速增长；3）环境的预防/补救；4）开发取之不尽且价格低廉的能源资源。在未来的研究过程中，相信仍然会有不可预见的困难会困扰我们，而克服这些难题的唯一手段只有靠科学技术。日本是一个自然资源十分贫乏的国家，只有靠顽强的竞争及运用先进的科技手段来克服这一缺憾。在21世纪，科学技术仍将成为促进日本经济增长的命脉。生物工艺技术的角色在解决诸多环境问题方面将起着十分重要的作用。

社会老龄化问题

到2018年，日本65岁以上的老人估计达24.85%。我们必须要正视老龄化社会的现实，也即从未来的社会基础结构到社会体系都将会发生新变化。基于此，我们就要在科技方面先行一步。对于老年人来说，他们最关心的是能有一个好身体，因此，生物工艺技术将会在未来社会中担当起重要角色。到目前为止，科研人员正在努力揭示人体衰老的过程机理，由于这是一项基础研究课题，要想完全解释衰老现象发生的原因尚需时日。一旦人类破译了人体衰老的秘密，则控制或减缓人体衰老过程的梦想就有可能成为现实。尤其值得一提的是，利用生物工艺学技术生产的药品将会成为预防和治疗疾病的有效手段。如果我们想让老年人都身体健康，生物技术和生物科学的进步则成为关键因素。与此同时，为了达到治疗人体损坏器官的目的，则有必要进行捐献或人造器官的移植。尽管目前对器官移植尚存有争议，但公众对此的认识不会有太大的问题。另外，科学技术已使人类有可能在所谓的“同源盒”中发现了某些重大线索，例如发现了生命形式的形态形成基因。通过控制同源盒中的基因生长，则有可能找到一种能从培养细胞中再生组织的方法。如果这种实践成为可能，则从某一器官上取下部分组织进行培养，然后通过控制同源盒，就会再生出一种健康、完美无瑕的器官来。但要想实现这一目标，尚有许多机理有待澄清，许多问题有待解决。

利用生物与人造材料结合组成器官的开发工作也取得了一定的进展，不仅如此，超显微下人造器官可通过微型机加工技术得以结构重组。合成聚脂物最终会获得生物相容性，进而使人造器官能取代人体原配器官，且不会出现排斥现象。为T达到这一目的，则要求生物仿生技术在模仿生物体功能方面必须达到惟妙惟肖的程度。一项旨在能够设计、合成出具有生物功能特性的分子工程正在实施当中。这将会刺激人造分子的结构，使其能够极力模仿出具有生物分子所具的那些功能。科学家们相信，终将会有那么一天，人类将会生产出具有生物相容性的人造器官来。

与此同时，开发生物传感器技术也出现了令人赞叹不已的可喜局面。日本在此研究领域一直处于世界领先地位，目前各种传感器在日本都有生产。生物传感器据信在用于对老年人及家庭中体弱多病患者的监测方而起着关键作用。现在，一种用于通过监测病人尿液和粪便的卫生间传感器系统已经开发出来，其传输过来的数据被送达“健康诊所”，并在此迅速得到专家的分析，如果这些数据显示病人健康状况有异常，则患者即刻会通过健康诊所接受彻底的检查。一旦发现病情，病人就会在专科医院里受到适当地医疗诊治。体液监测在防御性医疗救治中尤显重要，如果疾患被消灭在萌芽状态，则在有效维持老人健康措施上会变得容易一些。

生物电子技术的研究目前也正处于如火如荼的境地。这与具有人脑功能的神经计算机和生物计算机的开发不无关系。如果新型神经计算机得以开发出来，则有可能对电子工业产生巨大影响。例如，有可能发明一种能为大脑功能受损后提供外部帮助的计算机。另外，装备有神经计算机或生物计算机的机器人能为身体虚弱者提供帮助，这种机器人与正常人十分相象，甚至能像人类那样与我们进行感情交流。在未来的某--天，我们或许会见到由机器人来照顾老年人的曰常起居的情形。在上述所举例证中，最重要的因素在于计算机也应有生物传感器所具有的5种自然传感性：感光、听觉、嗅觉、味觉及触觉。

基于此，生物工艺技术作为促使老龄化社会健康发展的一种关键技术将会起到极其重要的作用。

人口过剩与食品短缺

世界人口正呈急速增长趋势，到21世纪中期，估计人口数量会在现有基础上翻一番，可能会达到90至100亿人。据日本经济计划署估计，到21世纪末，世界食品的生产与需求基本能保持平衡，如果人口增长速度照此情形发展下去，出现食品短缺的窘况也就为时不远了。据日本经济计划署预测，按现有土地种植面积计算，要想为100亿人提供足够的食品储备恐怕难以实现，这即意味着我们必须开发出具有高效光合作用的植物，以便能使粮食生产翻番。若想实现这一目标，我们得要跨越众多难以逾越的鸿沟，例如：在光合作用条件下的基因强化问题；植物叶子的增大问题；碳氢化合物生产能力的改善问题等。若想使植物的生长速度提高到一定程度，就需要向土壤中提供适当的无机化合物，要想获得这些养分，就必须提供足够的肥料，而肥料的提供也要适度，或许在肥料的循环中还得添加一些微生物。另一方面，遗传重组技术已进入实施阶段，开发抗病植物及能够适应恶劣环境生长的植物已经成为可能。在美国，遗传重组西红柿已经投放市场。很明显，遗传重组技术的应用不仅能提高作物产傲，而且植物的耕作过程也变得比以前容易了，同时还有效地扩大了食品的生产能力。

尽管这些新品植物为我们提供了碳氢化合物，但蛋白质和脂质对于人类来说也是必不可少的。为了能够保证这些物质的供给，在家畜饲养业中实施生物工艺技术十分重要。但在动物饲养业中直接扩大饲料的供给量，这便意味着谷类食品和其它原料的消耗量就会随之增加，这样就有必要通过其它途径寻觅蛋白质的来源。基于此，我们应放眼于对海洋的利用，例如通过充分利用生物技术，达到改善水生动植物资源再生的目的。开发再生资源的措施包括：雌核发育；雄核发育；三倍体技术等。通过这些技术的应用，海洋中的水生动植物能得以迅速繁殖。海洋中食物链的基础是浮游植物的生产。目前海洋的状况有点类似于沙漠，如两者均缺少含氮肥料、钾、磷和其它稀有重要物质。为了增加海洋中含氮肥料的数量，应绝对增加目前适宜的无机养分的供应量。据说海洋洋底具有大量的无机物，通过某种手段有必要将其海底无机物带到海洋表而，但这得需要大最的能源消耗。因此通过利用其它自然现象，如改变洋流方向，或通过太阳能、风能或海浪能的利用则有可能达到提取这类营养物质的目的。

与此同时，人口问题自然也会引发其它诸多问题的产生。正如前面所提及的，为了保持人体健康，我们必须要解决许多问题，诸如医疗保健和物质生活质量的改善等。生物工艺学在实施上述目标进程中将会发挥极其重要的作用。

[Science & Technology in Japan，1997年12月号]