关于美国主编阿诺德·德曼教授的一些个人感叹 在本书的德文戴本推出后，很快就有 根州立学院(MSC,现为密西根州立大学) 一些热心的读者寄来了答复，Spektrum 的Frederick W.Fabian教授(I888- Akademischer Verlag出版社建议将此书推 1963),于是阿尼的父母带着他乘火车去 广到西方去…然而问题是：已经“德国 了位于东兰辛的密西根州立学院。 化”的版本必须经过美国读者们充分地 “消化吸收”才可以被全球化。 阿尼被“留在”了Fabian教授在MSC 的食品发酵实验室，开始参与科学研究。 考虑到需要选择一位合格的美国生物 T21 正he New日ork Cimes..T 枝术专家，同时此人还要喜欢我的构思风 格与幽默，我的脑海中很快浮现出了一个 OBERGH DOES IT TO FARIS IN器 FLIES 1.000 MILES THROUCH SNOW CHEERING FRENCHI CARRY HIM OFF 名字：阿诺德·德受(Arnold Demain), 布鲁克林大桥，镜克画家Tavik Frantisek Simon (1877-1942)创作于1927年的杰作，何尼正是 我开始阅读他的个人简历，以下就是 在这一年出生的 我从上百页介绍中摘录的一些话： 吧！)，他们具有对艺术的热爱、对科学技 “阿诺德·莱斯特·德曼(Arnold Lester 术的敏捷思维，还有对待工作的勤奋… Demain)博士在微生物的应用推广中付出 了巨大努力，包括微生物毒素酶促发酵、 “阿尼成长于美国经济大萧条时期的 抗生素的生物合成、维生素，氨基酸及核 布鲁克林和布朗克斯，由于经常搬家，他 读过五所初中和三所高中，直到1944年2 Charles Lindbergh于1927年的飞行实整，一个 苷酸、微生物营养、工业发酵、调控机理， 月毕业。在那几年中，阿尼曾努力打工以 月之后阿尼出生了， 以及微生物发酵反应的遗传工程。” 贴补家用，他干过很多工作，例如送货员 1945年2月，阿尼被招入美国海军服 不可否认他是一位微生物工业巨人， (每送一次货2美分，偶尔会有5美分的小 役，这时距离他的18岁生日还有好几个 他的整个一生都可以称作是生物技术发展 费)，还有Lord&Taylor'sFih公司的采 的见证！ 月，因为第二次世界大战正在如火如茶地 购员（上学期间每小时40美分，暑假期间 进行当中。 我该如何与这样的一位“巨人”打交 每周17美元)。这段时期的磨砺对他后来 的事业发展显现出了巨大的影响。” 他于1947年重返MSC微生物与公共 道呢？要知道我从来没有跟他见过面！ 健康学院，于1949年获得理学学士学位， “阿诺德（阿尼，Amy)于1927年4月 我必须承认，我非常喜欢他的这段经 然后于1950年获得理学硕士学位。他的 26日出生于纽约布鲁克林，他的祖父母都 历！我曾出生在德国一个比较贫穷的地 硕士论文是关于黄瓜在发酵过程中软化 是来自奥匈帝国的移民。“ 方，在我的童年也同样有过奏似的打工经 的微生物作用，阿尼选择这一主题的原 历（在农场当牧童）。 因很明显是受其父亲职业的影响。 Henry Demain成立了一个专门制造罐头 和腌制蔬菜的Va食品公司，而阿尼的 两个叔叔Ben和Seymour在马里兰州的 切斯特顿(Chestertown)合开了一家 Demaint食品公司，并在北卡罗来纳州的 Ayden开展了腌制食品业务，Heny是腌 制食品的业务主管。Henry在建立起自己 阿尼的欧洲血统起源地：利沃夫(Lemberg,即 的腌制蔬菜公司之前，曾为纽约的Fields Lvov). 1948年，阿尼于害西根州走学院（现为害西根 州立大学)攻读项士学位， 和后来的Bloch与Guggenheimer工作过。 “我的祖父，Joseph Demain曾在组约的 由于我的祖父母也来自这个帝国，我 “到了16岁(1944年)，由于父亲Heny 一个主要市场中卖了多年的腌制食品。 总是想（可能有点自我标榜）：世人皆知这 是个腌腊食品加工师，他结识了当时美国 因此，我最初曾准备继承这个家族的传 里的人所具有的迷人魅力（想想维也纳 研究黄瓜发酵作用的团队领导者一密西 统。” xi
阿尼回忆道：“我从未忘记过我出生 信的事” 后的那些年，因为在那时有两件重要的事 情让我终生难忘。纽约洋基队的Babe 1954年3月，网尼接受了位于宾夕法 Ruh创造了一项此后保持了34年之久的 尼亚州丹维尔(Danville)的默沙东公司 单赛季全垒打新纪录一60次，同年， (Merck Sharp&Dohme,MSD即美国默 Charles Lindbergh独自一人飞越了大西 克公司)青霉素工厂的邀请，担任微生物 洋，到达巴黎。 研究员。 我的父亲说服我去做一个食品发酵 这是他科研事业中一个重要的转折， 技术方面的专家，他只认识一位相关专 他开始将精力集中在了青零素的生物合成 家—Frederick W,Fabian,他发起了一 研究上。他通过大量的阅读了解了青套素 年一度为期一周的密西根州腌制和泡制食 发酵知识，到1955年底，他进入了MSD 品包装工人学校的夏令营。” 位于新泽西州拉维镇(Rahway)的中心科 生物技术工业化的巨人在实验室中。 研实验室(MSDRL),开始了他为期十三 年的研究工作。 州扬斯敦的Joanna(“Jody)Kaye,并 在MSD供职的日子里，他利用对休 与她坠入了爱河！1950年底，他们一同开始 眠细胞进行饥饿处理，从而改革了方法， 在加州大学伯克利分校继续攻读博士学位。 增强了次生代谢物的产出。他也是首个检 他在伯克利的主要活动除了学习，就 测出赖氯酸会反馈抑制青零素产生的科学 是将收集著名的UC酵母的传统传承下去 家（见本书第四章），并致力于研究微生物 并发扬光大。 次生代谢对其初级代谢物的影响。 然后，阿尼花了四年的时间师从于 阿尼说：“我在青霉素工厂的研究发 Demain家的腌制食品是最好的，搭他的来子所 著名的酵母研究专家Herman J.Phaff 现，超过99%的青霉素在培养基的液体部 说.图为阿尼的头子ody于加利福尼亚攻读项 (1913~),致力于多聚半乳糖醛酸酶的研 分表现出构型，而且在生产过程中会被部 士学位。 究，并于1954年获得了加州大学戴维斯 分降解。因此，我认为青霉素的产率应该 战后，我于I947年初回到了东兰辛继 分校的博士学位。他博士毕业论文的主题 是其净合成量与发酵过程中的失活量两者 续我的学业。在密西根州的那段日子里，我 是蔬果腌制过程中起关键作用的果胶酶的 的差值。同时，对于1953年日本科学家加 在Fred Fabianf的腌制食品软化实验室工作。 性质，Phaff教授成为了他的第二个导师。 藤功一(Koichi Kato)所提出的那个争议 暑假里，我就去给父亲和叔叔们帮忙。在 阿尼说：“我们从早到晚的工作，回 性观点，我相信他将从发酵过程中产生的 1947-1950年间的夏天，我负责从南卡罗菜 家同家人共进晚餐后，又回到实验室继续 “青霉素核”与其支链前体乙酸苯酯分离 纳州的农场主手中购买黄瓜，然后用船运 进行研究和讨论，直到凌晨。在Herman 开了，他的发现具有相当高的经济价值， 到我父亲的腌制工丁。实际上我跟着这些 的帮助下，我终于用马克斯克鲁维酵母 因为后来“青霉素核”一直被用于商业生 黄瓜一起从南卡罗菜纳州到威斯康辛州， (Klyveromyces fragilis)的胞外多聚半乳糖 产半合成青霉素。1959年，英国Beecham 在这从南向北的旅途中，我还要在我叔叔 醛酸酶(YPG)阐明了果酸降解的机理。 实验室的工作人员鉴定出了这个化合物是 位于北卡罗莱纳的腌制蔬菜工厂中帮忙。 6-氨基青霉酸(6APA). 我父亲的作坊在马里兰州，他的蔬菜腌制 显然，我们是世界上首次提出使用 在拉维的最初十年里，阿尼与技术助 工厂在威斯康辛的Brodhead。.我在叔叔的 亲和色谱法的人，利用果酸凝胶来筛选从 培养滤液中吸附的YPG。我们证明了多 理，Joanne Newkirk在微生物生长因子、头 加工厂工作期间，遇见了美国北卡罗莱纳 州立大学农学院的John(“Jack)Lincoln 聚体水解成二聚体的过程是单个酶的作 孢菌素生物合成、蛋白质生物合成，以及 用，而非当时科学界所认为的需要多种酶 核苷酸发酵作用的研究上取得了巨大进 Etchells教授。当我叔叔的发酵过程出现 类的参与。 展。他的团队在世界上最早发现蛋白质消 问题时，总会将Jack请到Ayden帮他们修 化过程中的生长刺激作用是缘于像酪蛋白 改方法解决问题。于是Jack成为了我的第 这项发现发表在了包括《自然》 这样的脂质与蛋白质的结合，而并非总是 …个导师。 (Nature)在内的四本刊物上。当时我并未 与其肽链或氨基酸复合物相关。他证明了 那么，除了微生物之外，还有什么是 意识到这篇文章的发表有多么重要，直到 葡萄酒制作过程中产生的两种乳酸杆菌 最重要的事呢？ 后来（在收到Nature寄来的大量拒绝信 Lactobacillus homohiochiheterohiochi, 后)才明白，一个普通研究生的第一篇文 不仅可以耐受超过20%的乙醇，还能将乙 阿尼遇见了后来新加人的来自俄亥俄 章发表在Nature上是件多么令人难以置 醇作为促进其生长的最佳诱导物。他当时 xii
的上级一MSD微生物部门的David 在生产味精(MSG)。他在青霉素工厂的 Hendlin与Boyd Woodruff,.这两位著名 同事已经发现，引发该过程的一个方法是 的微生物学家后来成为了阿尼的第三任和 添加青霉素到已经成熟了的培养物中。 第四任导师。 当时，MSD的另一个主要产品则是 阿尼谈道：“我对重要抗生素B-内酰 维生素B2,他们用来生产该产品的生物 胺头孢菌素C生物合成的研究开始于 是脱氮假单胞杆菌(Pseudomonas denitri. 1961年左右，即它被牛津的Abraham和 ficans)。而其菌株改良则是一项非常成功 Newton首次发现六年之后。” 的工作，其中的一种新菌株一泛酸酯营 “我在MSD微生物公司的工作于I964 养缺陷型回复体可以产生两倍于来自突变 1970年初，阿龙在MT的研究团队 年结束，因为我开始准备在MSD成立一个 体的商用菌株所产生的B12。实际上，这 促进微生物菌株中产物合成的新部门。” 样的产量提高在促进菌株成熟的发酵过程 学家Gerald Wogan的合作中，我们发现 中是不为人知的。 了一种莓菌一它是从一个泰国家庭中分 阿尼谈道：“在1966年左右，MSDRL 离出来的，曾导致了一名儿童的死亡一 的负责人Max Tishler让我负责开展一种 可以产生三种毒素：细胞松弛素E震颤原、 微生物核黄素（维生素B2)的工作，我 tryptoquivalin,以及tryptoquivalone。我们 们选择了棉病囊菌(Ashbya gossypii)作 的合作促成了从黄曲霉(Aspergillus 为研究对象，因为那时我们已经可以从每 flavus)中获得的ditryptophenaline,和从 升微生物培养物中提取出5克核黄素。到 寄生曲霉(Aspergillus parasiticus）中获得 1969年我离开MSD时，我们已经将产量 的aspersitin及其结构说明，并且分离出了 提高到了每升12克，为了提高经济效益， 环匹阿尼酸。 Boyd Woodruft(左).阿尼在MSD的主管，后 来成为了他的好朝友，当他作为美国著名橙生 其产量必须达到每升25克，我想这一要求 “在一次关于真菌绿色木霉 物学家Selman A.Waksman(1888-l973)的李 生时。 在之后的几年里很快就会被原来的团队实 (Trichoderma.Viride,见第六章)中纤维 现，因为那时候生物合成的核黄素已经成 素酶的专题研讨会上，我被间及了一些相 关问题，这让我进入了纤维素酶的研究领 阿尼应MSD副总裁Karl Pfister 为了MSD所生产的被人和动物利用的商 业产品了。” 域。我们发现热纤梭菌(C1 ostridium (1919-)的要求成立一个新的微生物发酵 部门，从而有机会去创建超过30人的团队 1968年，受Nevin Scrimshaw的邀 hermocellum）ATTC27405所产生的细 来致力于提高当时MSD的发酵工业以及 请，阿尼成为了MT的全职教授.1969年， 胞外纤维素酶可以降解晶体状纤维素，这 发展新的发酵产物。他利用支顶孢属 他成立了一个微生物发酵实验室，并在 是首次证明可以用细菌产生纤维素酶。 Cephalsporium acremonium中头孢菌素的 M1T工作了32年。他所带领的研究团队 在接受了Elwyn T.Reese(马萨诸塞 生物合成，阐明了其合成机理是源自甲硫 取得了头孢菌素生物合成过程中一个关键 州Natick美国陆军研究与发展实验室中有 氨酸的刺激 种之前未曾报道过的机 酶一脱乙酰氧基头孢菌素C合成酶的突 关木霉属纤维素酶的权威学者)的建议 制。 破性发现。这个酶的发现为青霉素作为头 后，我们发现这种酶在降解晶体状纤维素 孢菌素C生物合成的中间产物奠定了基 的过程中会受到纤维二糖的抑制，而在降 础，并且证明之前关于支顶孢属C 解不定型纤维素的过程中这种抑制现象则 acremonium的这两种终产物是由次生代 非常少见。后来，我们发现这种酶在纤维 谢分支途径形成的假说是错误的。 素转化为葡萄糖的过程中非常有用，因为 “在我进入MT的时候，那里的营养 它可以降解纤维素，并且抑制纤维素酶的 MSD的其中一家发酵工 与食品科学学院还没有开展关于抗生素的 活性。” 研究。因此，我对引入这方而的研究有些 阿尼还假设抗生素和其他次生代谢物 担心.我的学生开始从我在青霉素生产过 可以自然产生，从而为幸存的有机体所利 程中所进行的赖氨酸干扰这样的早期研究 用。这一理论推翻了之前的观点，认为抗生 入手，并且发现了是赖氨酸而不是酶的加 素产物完全是实验室微生物生长过程中形 人才产生了对反馈抑制的主要影响。我不 成的人工产物，从面让人了解到微生物中 阿尼和其团队研究谷氨酸棒状杆菌 仅对微生物的“好”产物感兴趣，还相当 抗生素的产生也是其保护自身的一种方式， (Corynebacterium glutamicum)中L-谷氨 关注它们的“坏”产物。在与MT的著名 即避免自杀现象，现在，这已经是自然环境 酸(GA)的过生产现象，此时的MSD正 天然产物化学家George Buchi以及毒理 中抗生现象的一个非常基本的原则了。 xiii
用，我们发现这些过程都缺乏动物和乳制 研团队，并提供帮助。如果没有他们，我 品所衍生的产物，但却可以促进生长以及 在MT就不可能获得成功。 毒素生产。这项研究的目的旨在促进破伤 风疫苗的生产，并且杜绝由于朊病毒的存 70多岁时，生物技术的爆发让我真正 在而造成的由抗生素引起的痢疾现象。现 开始了科学上的应用.在1972~1973年间， 在，我们已经在两种毒素的生产过程改进 斯坦福大学以及加州大学旧金山分校的 Paul Berg、Stan Cohen与Herb Boyer在 在比利时根特大学(Ghent University)接受荣 上取得了成功。” DNA重组技术上获得了成功，这一成就揭 替博士学位， 退而不休 开了现代生物技术的新篇章。一个内科医 阿尼还对短杆菌(Bacillus brevis)中 多年以来，阿尼已经成功地将基础理 生(Peter Farley),一个生化学家(Ronald 的短杆菌肽S进行了研究，发现抗生素对 论知识同潜在的实际应用结合了起来，他 Cape),一个获得过诺贝尔奖桂冠的物理 产生菌中孢子的萌发具有抑制作用。阿尼 发表了500多篇研究和综述性文章，到现 学家(Donald Glaser),以及其他一些研究 与他的团队对红曲霉(Monascus s印.)的 在他仍然在新泽西州麦迪逊(Madison)的 人员共同将DNA重组技术成功地应用到了 红色素以及吸水链霉菌(Streptomyces 德鲁大学指导研究生兴趣盎然地进行着研 商业中，并于1971年在伯克利成立了最早 hygroscopicus)的雷帕霉素生产中的营养 究工作，还有不少文章待发表。 的生物技术公司一Cetus公司。 影响也进行了研究，他们还发展了从密实 菌素向普伐他汀，和从青霉素G向脱乙酰 “2001年从MT退休后，我很幸运地 我幸运地成为了这个生物技术工厂的 第二个顾问，同诺贝尔奖得主Joshua 氧基头孢菌素G转化的重要生物转化产物。 进入了德鲁大学(Drew University)的一 个独特的学院。德鲁是个小巧玲珑、风景 Lederberg一起工作，后来又到斯坦福大 “我在MSD对维生素B12进行的早期 如画，同时又具有本科研究水平的一所大 学出任Cetus技术指导，由此开启了我所 研究激励了我在MT对这一领城的继续 学。它有一个Charles A.Dana荣誉科学家 经历过的最令人兴奋的冒险。这些Cetus 研究，并且建立起了关于这种维生素的积 研究所，即被广为人知的R1SE。该协会 创始者们的梦想变成了一个大的行业，进 极研究计划。 由十个具有工业生产经验的研究人员建 而造福于全世界的患者，并且在微生物与 在20世纪90年代初，我的实验室开 立，而我们的主要目的就是为现代研究领 农业技术的工业化实践中城起了变革大 潮。 始进行免疫抑制剂雷帕霉素的生物合成研 域培养科学研究型学生。 究。1995年，我们开始进行将降血胆固醇 幸好我曾在工厂中工作了15年，在 尽管现在Cetus已经不存在了（于20 制剂密实菌素向普伐他汀一一种有效的 MSD的工作使我更好地理解了巴斯德的 世纪90年代中期被Chiron公司，即现在的 对羟甲基戊二酰辅磚A还原酶抑制剂 话一·世上不存在两种科学，只有一种 Novartis合并)，它仍然应当被看做现代生 生物转化的进程，并发现了一种可以完成 科学和它的应用，这两种行为就像果实和 物技术的基石，并且它研制出了在今天被 这一转化反应的新途径，该途径已经被应 树一样，是相互关联的。’1991年，我在参 广泛使用的重要技术—聚合酶链式反应 用于工业中。” 加一个公开的采访时说过‘显然，真正理 (PCR)。当然了，PCR的主要研究者Kay 解基础生物学的是那些可以应用它的人'。 Muis也成为迄今为止生物技术工业领域 最后，阿尼的研究领域开始向太空 唯一位获得了诺贝尔哭的科学家.” 扩展！ 在MSD,我在职业生涯早期就知道 了对于微生物的应用不仅仅只是腌制和 “到了20世纪90年代中期，我们开始 酸浸食品，它们还可以用来制造抗生素、 了一系列由美国国家航空航天局(NASA) 生产商业用酶、将关节炎和风湿病患者 资助的实验，用于证明模拟微重力 体内的类固醇转变为能为身体所使用的 (SMG)对次生代谢物的影响。我们利用 成分、生产可供人与动物补充营养的氨 NASA位于德克萨斯州的休斯顿约瀚逊太 基酸和维生素，以及对人与动物健康有 空中心设计的旋转壁生物反应器 益的药物。 (RWBs),发现在SMG调控下的微生物活 动与自然重力下的活动有很大不同。 在MT,我很幸运地拥有一个出色的 团队，这中间有很多聪明又勤奋的客座科 我在MIT的最后一项实验方案是对 学家、博士后、研究生、本科生以及高中 世养上第一个造传工柱公司并非人们通常认为 破伤风梭状芽胞杆菌(Clostridium tetani) 生。我的所有成功都来源于他们共同的努 的Genentech,而是Cetus公司，1971年它成主 与艰难梭状芽胞杆菌(C.difficile)进行营 力以及两位出色的实验室主管Nadine 于加州伯克利，1974年，何诺德·德受（左）与 养研究，通过设计不同的介质进行培养基 A.Solomon与Aiqi Fang。这两位科学家 Peter Farley(Cetus第一位总哉)，以及Robert 保存、接种细菌的生长发育以及发酵作 Fildes(Cetus第二位总我)在英国谢菲尔德的 不仅做研究，而且在办公室中监督我的科 一个工业最生物遗传研讨会上。 xiv
长久以来，生物技术一直被人类广泛运用。早在史前时期，人类就已经 发现并能够利用微生物为自己制造一些食品了，虽然当时人们并不知道微生 物的存在，也不知道在这些食品的制作过程中完竟发生了什么。 路易斯·巴斯德是第一个对此进行研究的人，他为微生物发酵的应用莫 定了基础，堪称现代生物技术之父。其实“微生物”只是一种通称，包括所 有体形微小、结构简单的低等生物。用于食品生产的微生物通过无氧发酵可 以提高营养价值、改善食物品质、增添风味。食品加工中最常用到的微生物 就是酵母，它的无氧应急代谢模式会将葡萄糖不完全燃烧产生乙醇和二氧化 碳。利用此原理生产出的美味不胜枚举，如啤酒、葡萄酒、酱油、酷、奶酪、 面包、茶、香肠等等。 想知道法国上等干邑葡萄酒、意大利摩德纳的传统，黑葡萄醋、法国 Camembert软质乳酪、旧金山法式酸酵头面包等诸多世界级美食的发展史和 加工原理吗？本章将为您一一解密。 污 @ 能 PDG