基因轉殖微生物之生物製劑的開發與應用概念

微生物存在自然界，在演化或生態扮演重要特殊角色，與所有生物、人類息息相關，適切加以利用可以增加正向功能。近代對微生物的研究，使人類可以了解諸多微生物之特性，在疾病的預防、治療、食品加工、工業領域的應用有很大進步。隨著分子生物學、生物技術的發展與基因體的解序，透露出的生物資訊，使微生物的了解為深入。利用微生物的生物資訊與生物技術，以生物技術改造微生物再加利用，可能是未來的趨勢，亦具開發的潛力。

傳統微生物的利用，大致自土壤、環境中篩選具特定功能、可供利用的微生物，再加以培育利用；部分可在實驗室中予以適當誘導突變、篩選功能強化之菌株再加利用。微生物製劑的開發與應用即基於此概念。微生物製劑可作為食品加丄製劑，可作為工業利用，例如利用纖維分解微生物可以分解纖維之功能，用在造紙工業或織布之纖維處理，亦可作為畜牧飼料之添加物，增加纖維分解，促進牲畜之纖維分解能力與吸收；亦可作為生物肥料，促進耕地殘留纖維分解，以利作物生長；另外如溶磷菌之利用，藉其特殊酸之功能以分解土壤中之不溶磷酸鈣、磷酸鋁等礦物質為可溶性有機磷，一則減少土壤中不溶性磷的累積、減少對土壤的傷害，亦可釋出可溶性磷或有機磷供作物生長之需，如此可減少磷肥施用，甚至利用此類微生物分解無機磷礦轉為可溶性磷或有機磷，此類微生物即可作為微生物肥料之用。

唯以微生物為微生物製劑仍存潛在危險因子，因為大多數微生物具潛在病原性，可能具致病性。在大自然環境中，微生物存在的生態平衡系統中，各類微生物皆可生存其中，唯生物之數量可能僅維持低量生存狀態，如果製成微生物製劑使用，短時間可能施用菌種大幅增生，間接破壞其間微生物生態平衡系統，雖時間可以漸次恢復生態平衡，但其微生物生態可能已改變，如微生物潛在病原性可能誘發危害人畜。微生物潛在病原性之誘發與其數量具有必然相關，在使用微生物製劑必須加以考量。

特定功能基因的利用與基因轉殖微生物

傳統微生物的利用，是利用微生物的特定功能，從基因點加以分析，此特定功能必然與特定基因具關聯性，可能為一特定基因或一群基因之表現產生此特定功能；比如纖維分解微生物之可以分解纖維，因為此微生物可以產生纖維分解酵素Cellulase or Xylanase，此纖維分解酵素可以分解纖維；在基因層次，即此微生物至少應具一相對纖維分解基因。以分子生物學的研究，可以確定基因決定一切。將此等基因選殖出來，加以適當改造、組合，轉殖至另一微生物，此轉殖微生物即具有此一特定功能；亦即將纖維分解基因選殖，轉殖至另一不能分解纖維之微生物，此“纖維分解基因轉殖微生物Gene-Transformed Cellulolytic Microbes”即可分解纖維。類同的“基因轉殖微生物”可以此方式構築。

“基因轉殖微生物Gene-Transformed Cellulolytic Microbes”的構築概念即從傳統微生物的利用、加以衍伸改變，從利用微生物及利用微生物的特定功能，從利用微生物及利用微生物的特定功能，延伸至利用微生物的特定基因與其功能。前述利用微生物的潛在病原性，在大量應用可能危害人類健康安全，如若構築“基因轉殖微生物”，可以選擇適當安全之微生物菌種作為基因轉殖之寄主，將特定功能基因轉殖入寄主微生物；在“基因轉殖微生物”的構築過程可以嚴加控制，如此在製成“微生物製劑”應用時，可以更安全適當管控、並強化其特定功能達到生產利用的目的。

如何構築“基因轉殖微生物”以生物技術的原理與方法構築。利用已知之生物資訊，蒐尋特定功能之基因，以ＰＣＲ方法將此特定功能之基因選殖出來；亦可建構基因庫Genome Library將特定基因選殖出來。再建構於特定質體Plasmid上，給予必要與適當構築，使此質體可以啟動基因之表現，轉殖入選定之寄主微生物，檢測此基因轉殖微生物其功能以確定此轉殖基因之功能；以目前所知，基因轉殖予以適當構築皆可在寄主微生物啟動表現。以簡單例子予以描述：

Xanthomonas campestris為一植物病原性微生物，已知其具纖維分解能力，在突變實驗中確定其一Cellulase Gene Xcc3521為纖維分解之基因，將此基因轉殖入E.Coli，此基因轉殖E.cli具有纖維分解功能。檢視X.campestris genome可以發現X.campestris具有９個Cellulase Genes，５個Xylanase Genes(如下)，其纖維分解功能不盡相同。