海洋占全球面积的70%以上，蕴藏着丰富的微生物资源，海洋微生物因其生存环境的特殊性(如高温、低温、低营养、高盐、高压和低氧等)，发展出独特的代谢方式，并使其成为海洋生物活性物质的重要来源。近几年来，海洋微生物酶凭借其特殊的性能，正逐渐应用于各行业中，高特异性的酶促反应能减少副产物的生成，又能起到节约能源和保护环境的作用。其中有关海洋微生物碳源利用的多糖降解酶产量大、种类丰富，而且在发酵生产和生物质能源利用中具有十分重要的应用价值，已引起科研人员的广泛关注。本文将对海洋微生物多糖降解酶的主要类型，目前的研究状态以及未来发展趋势作一综述，以期为海洋微生物多糖降解酶的研究与开发提供参考。

1 海洋微生物多糖降解酶的主要类型 1.1 淀粉酶

淀粉酶是一种能够催化水解淀粉的一类酶的总称，根据淀粉酶作用于淀粉生成的还原糖的端基异构类型的不同，可将其分为α-淀粉酶(EC 3.2.1.1)和β-淀粉酶(EC 3.2.1.2)。根据淀粉酶水解淀粉的不同方式，又可将其分成4大类: 内切淀粉酶(如细菌α-淀粉酶)、外切淀粉酶(如葡萄糖淀粉酶、β-淀粉酶及部分真菌α-淀粉酶)、脱枝酶(如普鲁兰酶、异淀粉酶等)和转移酶(如麦芽糖转糖基酶和环糊精转移酶)。淀粉酶广泛存在于自然界的微生物、植物和动物体中，其中微生物来源的淀粉酶提取工艺简单、成本低、产量高、性质稳定、使用条件温和，在工业上得到了广泛应用。海洋微生物由于生活在特殊的海洋生态环境中，具有耐酸、耐碱、耐压、耐低温及耐高温等特点，为特殊淀粉酶的开发和生产提供了重要来源。Legin等^[1]从深海热液区的269个分离株中筛选出了70株产淀粉酶的耐热微生物，大多数的热稳定性淀粉酶来源于高度耐热的古细菌Thermococcus。Zhang等^[2]在南极洲深海沉积物中分离出大量产淀粉酶的嗜冷微生物Pseudomonas、Rhodococcus和Nocardiopsis。Qin等^[3]发现海洋细菌 Zunongwangia sp.能产生具有环糊精水解活性的α-淀粉酶AmyZl，其表现出极端的耐盐性和冷适应性，在4 mol/L NaCl溶液中保留有93%的活性，在0℃时仍有39%的活性。

1.2 纤维素酶

纤维素酶是一个多组分的酶系，根据纤维素酶催化功能的不同将其分为3类组分: 内切葡聚糖酶，简称CMC酶，可将纤维素水解为小分子纤维素或寡聚糖；外切葡聚糖酶，即纤维二糖水解酶，简称CBH，能将小分子纤维素或寡聚糖水解为纤维糊精和纤维二糖；纤维二糖酶，简称BG，将纤维糊精和纤维二糖最终水解为葡萄糖。因此，将纤维素完全降解为葡萄糖需要3种纤维素酶的协同作用来完成。纤维素酶广泛存在于自然界的生物体中，细菌、真菌及动物等都能产生纤维素酶，但海洋微生物来源的纤维素酶在极端环境下有更高的酶活性，在工业应用中具有极大的潜力。Saccharophagus degradans是一种革兰染色阴性好氧细菌，被认为是海洋微生物多糖降解菌群中最具代表性的种类，能降解大量的来源于海藻、植物和无脊椎动物的复杂多糖^[4]，该菌的全基因组有180多个开放读码框能编码水解植物细胞壁的全部多糖降解酶，蛋白质组学分析显示这些多糖降解酶由13个纤维素酶和7个辅助酶包括2个纤维糊精、3个纤维二糖、1个纤维糊精磷酸化酶和1个纤维二糖磷酸酶组成。徐庆强等^[5]从青岛近海海域海水中分离出一株产碱性纤维素酶的耐冷海洋菌株Cytophaga fucicola QM11，该菌的生长温度范围为4-48℃，QM11所产碱性纤维素酶最适反应温度为40℃，最适反应pH为9.0。具有溶剂稳定性的碱性纤维素酶被报道来源于溶剂耐受的海洋菌株Bacillus aquimaris^[6]，在含有20%苯的溶剂中酶的稳定性会增加，并且在相同浓度的甲醇、丙酮和甲苯中也有显著的稳定性，通过在两种离子液体1-乙基-3-甲基咪唑甲磺酸盐和1-乙基-3-甲基咪唑溴化物中预先培养后，酶活性可分别增加150%和155%。韩国学者 Lee 等^[7]从庆尚道的近海海水中分离到一株产纤维素酶的海洋细菌Bacillus subtilis subsp. subtilis A-53，该菌所产纤维素酶的最适反应温度为50℃，最适反应pH值为6.5，利用该菌进行了产酶试验，在7 L和100 L反应器中，CMC酶活可分别达到150.3 U/mL和196.8 U/mL。

1.3 几丁质酶

几丁质又称为甲壳素，是由N-乙酰-D-氨基葡萄糖以β-1，4-糖苷键连接而成的长链多聚物，是节肢动物的外骨骼，包括昆虫、甲壳类动物(软体动物、螃蟹和虾)、头足类的内壳(鱿鱼和章鱼)及真菌细胞壁的主要组成部分。几丁质酶是一类专一性降解几丁质的酶系，主要由内切几丁质酶、外切几丁质酶和β-N-乙酰己糖胺酶组成，微生物通过几丁质酶协同作用可以把几丁质降解为几丁单糖或几丁寡糖。几丁质酶降解几丁质得到的中间产物被广泛应用于医药、食品加工、化妆品、饲料和造纸等行业，尤其是在农作物病虫害的生物防治中有显著的效果^{[8, 9]}。几丁质是海洋环境含量最丰富的可再生资源，每年就有超过1011 t几丁质形成，为提高几丁质的降解效率，人们一直致力于海洋环境中寻找高效的几丁质降解菌和活性更高的几丁质酶。王晓辉等^[10]从大连渤海湾的底泥样品中分离到1株高产低温几丁质酶的海洋细菌 Pseudoalteromonas sp. DL-06，该菌株经30 h摇瓶发酵后测定粗酶液几丁质酶酶活为9.184 U/mL，最适反应温度为15℃，60℃孵育1 h仍保持50%以上的酶活性，表明该低温酶具有一定热稳定性。经SDS-PAGE及酶谱分析，发现该菌株能够产生至少3种以上不同分子质量的几丁质酶组分。García-Fraga等^[11]研究发现海洋嗜盐古菌Escherichia coli CECT395可产生几丁质酶，在pH值为7.3，温度为40℃时表现出最优的催化活性，且其催化活性在pH值为6.0-8.5，温度为25-45℃范围内有较高的稳定性。Yang等^[12]在海洋细菌Paenicibacillus barengoltzii 中发现一种新型几丁质酶基因PbChi70，并将其在大肠杆菌中克隆表达后，所产生的蛋白PbChi70在pH值为5.5、温度为55℃时具有最好的酶活性，且在pH值为4.0-9.5之间保持稳定的酶活性。

1.4 琼胶酶

琼胶酶是一种能够降解琼脂(由琼脂糖和琼脂胶组成)的多糖降解酶，是广泛分布在海洋生物中的一种重要酶，根据其作用方式不同，可以把琼胶酶分为α-琼胶酶和β-琼胶酶。α-琼胶酶裂解琼脂糖的α-1，3糖苷键，生成以3，6-内醚-α-L半乳糖为还原性末端的的琼寡糖系列；β-琼胶酶裂解琼脂糖的β-1，4糖苷键，生成以β-D-半乳糖为还原性末端的新琼寡糖系列。经琼胶酶降解产生的琼胶寡糖具有多种特殊功能: 在医药领域，可作为抗癌药、护肝药、心血管药或抗炎药等应用于临床；在食品和化妆品领域，可作为天然防腐剂、甜味剂的充填剂及美白保湿剂或抗氧化剂等；在微生物学和分子生物学研究领域，可作为重要的工具酶用于分离制备海藻原生质体，从海藻中提取不饱和脂肪酸、维生素、类胡萝卜素及甜菜碱等生物活性物质，可利用琼胶酶降解琼脂糖从琼脂糖凝胶中回收DNA和RNA。因此，琼胶酶及其产酶菌株是近年来海洋生物资源开发利用的热点。马芮萍等^[13]从海洋红树林泥土中分离到一株产琼胶酶的细菌Stenotrophomonas sp. NTa，可分泌α-琼胶酶和β-琼胶酶，所产琼胶酶粗酶对检测的抑制剂、去垢剂及变性剂有较好的抗性，具有潜在的开发利用价值。Lin等^[14]从海洋细菌Agarivorans sp. HZ105中筛选出一个编码琼胶酶的基因，并将其在大肠杆菌中克隆表达后发现该酶可将琼脂糖降解为新琼四糖。另外一个琼胶酶基因来源于海洋细菌Agarivorans sp. LQ48，该酶基因与Pseudoalteromonas sp. CY24的AgaB的序列相似度为73%，但该酶也能水解琼脂糖的β-1，4-糖苷键，终产物为新琼四糖和新琼六糖，尤其是该酶能在pH3-10的范围内孵育1 h后还有95%的酶活力，这种特性在以往的琼胶酶中相当少见，提示该酶在日化行业和制药业中具有很大的应用潜力^[15]。Yang等^[16]从山东青岛的海藻中分离出一株可产两种β-琼胶酶的细菌Agarivorans albus OAY2，经优化发酵条件后，琼胶酶-a和琼胶酶-b的酶活性可分别达到2 715 U/mg和1 338 U/mg。Liu等^{[17, 18]}从细菌Agarivorans albus OAY2中克隆了两种新型的β-琼胶酶基因agWH50C和AgWH50A，其中agWH50C与来源于Saccharophagus degradans 2-40的β-琼胶酶Aga50D仅有45%的序列相似性，且降解产物仅为新琼二糖；蛋白AgWH50A与来源于Agarivorans sp. QM38的蛋白AgaD02仅有53%的氨基酸序列同源性，其降解产物为新琼四糖，这两种琼胶酶在工业上均具有较好应用潜力。

1.5 卡拉胶酶

卡拉胶又称角叉菜胶、鹿角菜胶，是自红藻中提取的一种酸性多糖。卡拉胶酶可水解卡拉胶的β-1，4糖苷键，生成一系列偶数的卡拉胶寡糖。卡拉胶酶按照底物特异性分为3种: κ-卡拉胶酶，特异性作用于β-4-硫酸-D-半乳糖和α-3，6-内醚-D-半乳糖之间的β-1，4-糖苷键，终产物为硫酸κ-新卡拉寡糖；ι-卡拉胶酶，特异性作用于β-4-硫酸-D-半乳糖和α-2-硫酸-3，6-内醚-D-半乳糖之间的β-1，4-糖苷键，终产物为硫酸ι-新卡拉寡糖；λ-卡拉胶酶，特异性作用于β-2-硫酸-D-半乳糖和α-2，6-硫酸-D-半乳糖之间的β-1，4-糖苷键，终产物为硫酸λ-新卡拉寡糖。近年来研究显示，卡拉胶寡糖具有免疫调节、抗肿瘤、抗氧化、抗菌、抗病毒等活性，同时具有抑制血管生成、抗凝血及对放射性损伤的保护等作用^[19]。因此，卡拉胶寡糖在生物医药等方面具有重要的研究价值和广阔的开发前景，而海洋微生物因为其丰富的卡拉胶酶资源和多样的酶特性，受到相关研究者的高度关注^[20-22]。许彩云等^[23]从红树林土壤腐叶中分离出能产卡拉胶酶的菌株，经鉴定为细菌Pseudoalteromonas sp. ASY5，该菌株产生的κ-卡拉胶酶在较高的温度和碱性条件下均具有较高的酶活性。Yao等^[24]从卡拉胶生产基地沉积物分离出1 株产κ-卡拉胶酶的菌株Cellulophaga lytica strain N5-2，其最高产量可达到1 170 U/mL。胡秋实等^[25]通过生理生化特性和16S rDNA序列分析发现印尼热泉菌产卡拉胶酶量最高的菌株都属于Anoxybacillus属，其产生卡拉胶酶的最适反应温度均在70℃以上，较高的热稳定性可以在高温的工业环境中发挥催化作用。同时在北极海水菌中发现4株产卡拉胶酶的最适反应温度均为20℃左右，可在低温环境下发挥催化作用，而且其热稳定性较低，只需通过温和的热处理就可使酶失活，快速地终止反应。

1.6 褐藻胶裂解酶

褐藻胶是一种源自褐藻类植物细胞壁的水溶性酸性多糖，褐藻胶裂解酶是一种专性裂解褐藻胶的多糖降解酶，可通过β消除反应切断酸性褐藻胶多糖糖苷键，并在新生成的非还原端C4，5间产生具有不饱和双键结构的寡糖产物。褐藻胶裂解酶按其对底物降解方式的不同分为多聚α-L-1，4-古罗糖醛酸裂解酶和多聚β-D-1，4-甘露糖醛酸裂解酶，其降解产物褐藻低聚糖具有独特的生物活性和药用价值，已开发和生产的国家级新药PSS(藻酸双脂钠)、甘糖酯、海力特和已进入临床的新型抗艾滋病药物911等，其原料基础均为褐藻低聚糖。因酶解反应条件易于控制、底物特异性强、产率高、节能环保等诸多优势，海洋微生物产胞外褐藻胶裂解酶已成为目前制备褐藻低聚糖的主要工具酶。汤海青等^[26]从大量的海水样品中筛选分离出一株具有产褐藻胶裂解酶活力的菌株Pseudoalteromonas tetraodonis QZ-4，其生长和产酶较稳定，摇瓶培养的酶活力可达到135 U/mL，生长期较短，营养要求简单，因此具有较高的生产潜力。Badur等^[27]从海洋浮游细菌Vibrio splendidus 12B01中分离并纯化出了4种褐藻胶裂解酶，分别是AlyA、AlyB、AlyD和AlyE，能快速降解低聚糖生成新陈代谢所需的单体物质。Zhu等^[28]从腐烂的褐藻中分离出了一株产新型褐藻胶裂解酶的细菌Microbulbifer sp. ALW1w，在以褐藻酸钠作为底物时，所产褐藻胶酶在45℃和pH7.0时活性最高，且其活性可在pH5.0-9.0之间保持稳定，在终浓度为0.5 mol/L NaCl溶液中酶活性可增加5.1倍，该褐藻胶酶可催化褐藻胶产生低聚合度的褐藻寡糖，该褐藻寡糖具有抗氧化活性，是一种潜在的天然抗氧化剂。

2 海洋微生物多糖降解酶的研究现状 2.1 产酶微生物的筛选

目前，从海洋环境中分离出产多糖降解酶的微生物主要有假单孢菌(Pseudomonas)、产气单孢菌(Aeromonas)、弧菌(Vibrio)、芽孢杆菌(Bacillus)、交替假单孢菌(Pseudoalteromonas)等不同种属。筛选方法主要是采用添加有各种多糖(淀粉、纤维素、几丁质、琼胶和褐藻胶等)的培养基，但有时多糖水解圈不易观察，导致漏检，因此，寻找简便、高效的筛选方法一直是研究者们关注的热点。Sawant等^[29]用革兰氏碘液取代培养基中的氯化十六烷基铵基吡啶，使无色的褐藻胶水解圈变为较易观察的黄色水解圈，有效地避免了漏检的发生，提高了筛选效率。同时，海洋微生物在漫长的演化过程中适应了独特的生存环境，其体内特有的极端酶系是其赖以生存的保证，极端酶优异的催化活性在众多领域中有广泛地应用前景，因此极端酶的开发和利用已成为当今研究的热点。

2.2 提高海洋多糖降解酶高产菌株的产酶能力

由于生长环境和营养条件的变化等原因，从海洋中分离出来的野生菌株产多糖降解酶的活力均较低，同时微量的发酵中间产物可能干扰目标酶的活性。因此，有必要提高多糖降解酶酶活力，为工业化生产奠定基础。目前，主要通过以下途径来提高海洋多糖降解酶高产菌株的产酶能力: (1)采用物理或化学等诱变方法使野生型菌株变为高产酶的突变菌株。常见的物理方法有紫外线、X-射线、γ-射线、高能电子、快速中子等照射以及超声波诱变和温度诱变；化学方法如亚硝基胍、亚硝酸和DES等，相对于单一因素的诱变，有报道显示复合诱变的效果会更好^[30]。李鹏等^[31]从浙江舟山群岛海域潮间带海泥样中筛选到了一株产淀粉酶的玫瑰暗黄链霉菌A46，通过紫外线和DES诱变处理，得到一株酶活为105.6 U/mL的突变株，其酶活提高213.3%。(2)优化产酶菌株的发酵条件。由于海洋环境中嗜冷、嗜盐、嗜压等微生物大量存在。因此，在优化发酵条件时，应考虑这些微生物生存的特殊环境，有研究者^[31]采用响应面分析法显示温度和盐度对菌株 S. roseofulvus A46所产淀粉酶酶活的交互影响较强，在发酵过程中应该优先考虑盐度的影响。同时，为了更好的应用于工业生产，利用经济有效的碳源是产酶条件优化时需要考虑的因素。据报道，由海洋细菌Psychrobacter aquimaris LBH-10产生3种纤维素酶的最佳营养成分是米糠，微生物培养温度在30℃同时保持通气的状态下，在100 L的生物反应器里经过72 h的反应后，结晶纤维素酶、CMC酶和滤纸酶3种纤维素酶的最大产量分别为83.2 U/mL、388.7 U/mL和75.4 U/mL^[32]。El-Sersy等^[33]从海洋放线菌中筛选出的6株产CMC酶的菌株可以用稻草作为碳源，经培养基和发酵参数的优化后，可使酶的产量最大化。(3)产酶菌株的基因克隆和高效表达。利用分子生物学技术和重组DNA技术克隆多糖降解酶的基因，将其转化至大肠杆菌、酵母等宿主细胞中进行表达，以大量生产多糖降解酶。Swift等^[34]从菌株Microbulbifer sp. 6532A中克隆褐藻胶裂解酶基因，构建表达载体并在大肠杆菌中进行表达，获得37 kD的重组蛋白AlgMsp，该酶在pH8.0和0.2 mol/L NaCl条件下具有最高的活性。Ma等^[35]从菌株Cellulophaga sp. QY3中克隆到ι-卡拉胶酶，并且成功构建载体pET28-cgiB在大肠杆菌BL21中高效表达，该酶在无NaCl条件下仍具有活性，可应用于工业生产。目前诱变育种已经与基因工程进行了很好的结合，可获得更加稳定而高产的突变菌株^[36]，同时构建产酶工程菌后再优化发酵条件，可使酶活力进一步提高。王振东等^[37]从青岛海域海蜇体中分离到一株产几丁质酶的嗜水气单胞菌QDC01，从中克隆到几丁质酶基因，并构建了原核表达载体在大肠杆菌中成功表达；通过优化发酵条件后，菌株QDC01产酶活力可达0.58 U/mL，高于他人报道的气单胞菌产酶活力。

2.3 分析多糖降解酶的结构

通过了解蛋白质结构和功能的关系，弄清多糖降解酶进行催化降解的作用机制，为多糖降解酶的分子改造和开发应用奠定基础，具体可通过对3-D结构的分析结合生物信息学技术和基因工程技术使海洋微生物多糖降解酶具有特异性的功能结构，使其能够催化特异性的底物。有研究者通过比较嗜冷α-淀粉酶和与其结构最接近的猪α-淀粉酶与抑制剂acarbose形成复合物的高分辨率的 x-衍射结构证实了在嗜冷α-淀粉酶中，所有参与抑制剂形成氢键的24个氨基酸残基都是严格保守的，同时也表明，嗜冷酶活性中心以外的改变可以使酶具有嗜冷催化的特征^[38]。Zhang等^[39]通过对糖苷水解酶GH5、GH12等一系列家族的纤维素酶序列、结构进行大规模的统计分析，构建了其序列进化树及酶活性中心序列谱。这种基于结构生物信息学的统计分析为进一步对纤维素酶分子进行理性设计奠定了理论基础。吴丽云等^[40]对Pseudomonas syringae褐藻胶裂解酶进行三维建模发现，与Sphingomonas sp. A1的褐藻胶裂解酶的三维结构呈现相似的空间结构，其主要结构为由螺旋构成的栅状结构，结构中也包含一个很深的隧道缝隙，预测该结构有利于褐藻胶底物分子的渗入，并与酶催化位点相互作用。

3 海洋微生物多糖降解酶的发展趋势 3.1 复苏不可培养微生物

Kogure等^[41]用直接活菌镜检计数法(direct viable count，DVC)发现海水中90%以上的细菌都是活的，但是在培养基平板上却仅有少数的细菌(0.01%-0.1%)能形成可见的菌落，大多数海洋微生物在实验室条件下都表现出不可培养状态。随着基因测序技术的快速发展，测序成本降低，宏基因组分析已成为一种常规技术，使海洋环境中的不可培养微生物逐渐受到研究者的关注。宏基因组技术是将样品中的总DNA提取出来后，用核酸内切酶进行部分消化，再与质粒、黏粒及细菌人工染色体等载体连接，转入宿主细胞，构建成宏基因组文库，再筛选新的活性物质或基因，如多糖降解酶或相关基因^[42]。但是，要研究海洋微生物产多糖降解酶的代谢多样性、功能多样性以及实现大规模的产业化，就必须对微生物进行纯培养。目前，各种新的海洋微生物可培养技术蓬勃发展，如稀释培养、高通量培养、扩散盒培养和微囊包埋等。最近，Oberhardt^[43]及同事从一个大型资源库提取了用来准备让微生物在其上生长的培养基的配方，以此建成一个被称为KOMODO的数据库，这个数据库包括来自18 049 种不同微生物和3 335个培养基配方的信息，使得研究人员能够对决定微生物在实验室中生长的原理进行系统性研究。复苏海洋不可培养微生物至关重要，因其不仅能够促进新型海洋微生物多糖降解酶的研究进展，更是多糖降解酶商业化生产的前提和基础。

3.2 海洋微生物多糖降解酶在非传统行业的应用

纤维素、木聚糖和木质纤维素是多糖最主要的成分，它们大量存在于自然界中，而且是生物垃圾和工业垃圾的主要成分，降解这些成分可对环境保护起到至关重要的作用，同时纤维素酶和木质纤维素酶可用于降解植物中复杂的多糖结构，有利于生物燃料的生产。Wang 等^[44]在南极洲发现了一株嗜冷菌 Pseudoalteromonas sp. NJ64，其产生的冷活性纤维素酶可以有效水解海带渣中的纤维素，同时可生成高纯度的生物乙醇。2012年Wargacki等^[45]在Science上也发表了用褐藻胶裂解酶降解褐藻胶来生产生物乙醇的研究。Amin等^[46]报道了一种含有α-淀粉酶的生物酶洗涤剂，其中α-淀粉酶来源于芽孢杆菌Bacillus sp. no. 195，同时报道了该生物酶洗涤剂作为物体表面清洗剂和纺织品清洁剂的使用方法。Souter等^[47]发明了一种除臭清洗剂，其包含一种特殊的香料和α-淀粉酶。日本Kobayashi等^[48]发现低分子量的新琼二糖具有良好的保湿和美白效果。陈海敏等^[49]研究发现聚合度10-30的琼胶低聚糖在吸湿、保湿和美白方面的效果显著，可作为保湿和美白成分添加于化妆品中。Yang等^[12]从海洋细菌中得到一种几丁质酶PbChi70能高效地将几丁质降解为N-乙酰葡糖胺，其在医疗及皮肤护理方面具有较高的利用价值。

3.3 各种生物学技术的应用

分子生物学是海洋生物学技术研究的基础，在海洋微生物资源开发方面具有重要的作用，如对产多糖降解酶的海洋微生物进行基因工程研究时就需要分子生物学的方法。随着新的生命科学实验技术的不断增多，微生物组学技术得到快速发展，如宏基因组学、蛋白组学等在海洋微生物鉴定、活性基因的筛选和蛋白表达等方面具有重要的利用价值。Wierzbicka-Wos等^[50]以X-gal为底物对海水微生物文库进行筛选，获得一个GH1家族嗜冷活性的多功能基因，它同时具有半乳糖苷酶、葡萄糖苷酶、β-岩藻糖苷酶活性，且能水解荧光底物和β键连接的寡糖。然而组学技术所产生的大量生物学数据需要进行分析和处理，此时生物信息学技术应运而生，如氨基酸序列的分析，未知蛋白结构和功能的预测等。已有研究者采用生物信息学技术对褐藻胶裂解酶进行蛋白质二级结构预测及三维模建的研究^[40]，Joo等^[51]讨论了蛋白质组研究嗜盐古生菌和引入有效筛查程序，预测和确认新嗜盐酶的功能。为了更深入地研究核酸、蛋白质结构与功能的关系，需要结构生物学和蛋白质工程学的研究方法，虽然目前该方法在海洋生物技术中应用不多，但是在海洋微生物多糖降解酶的修饰和改造方面具有重要利用前景，如可利用蛋白质工程技术增强酶的活性，增强有机溶剂或其他化学品的耐受性，底物结合特异性及极端条件的耐受性等。Voutilainen等^[52]通过改造分子结构域的方式将具有一定个数的二硫键的CBM融合到纤维素酶中，可以提高纤维素酶的热稳定性和活性。随着后基因组时代的来临，从整体上研究生命体系的系统生物学已进入全球迅速发展时代，在此基础之上，出现了可对生命体进行合成、构建的合成生物学技术，有研究报道系统生物学与合成生物学工具可用于生物燃料生产菌株的构建方面^{[53, 54]}。海洋微生物多糖降解酶是海洋生物活性酶中极其重要的一部分，充分应用海洋生物技术对海洋微生物多糖降解酶的开发至关重要。

3.4 多糖降解酶的商业化生产

有一些海洋微生物多糖降解酶表现出工业应用的巨大潜力，但是对其大规模的开发工艺还少有报道。大多数有意义的酶仅仅局限在理化性质的研究，克隆和高效表达以及实验室规模的产物优化和结构鉴定，并没有更进一步的研究。纤维素酶由于其广泛地应用在20世纪60年代就已实现商品化，但早期仅限于陆源微生物产纤维素酶的研究。在食品加工行业具有极大商业化潜力的嗜冷木聚糖酶是一种分离自南极微生物的多糖降解酶，目前已获得相关专利^[55-57]。但是，在对一些海洋微生物多糖降解酶进行工业化或生物医学应用的试验中发现，实现其商业化的一个主要挑战是缺乏大规模低成本的生产工艺，而极端来源的多糖降解酶可为解决该问题带来希望，首先需要通过基因克隆和高效表达来满足微生物最佳生长和酶生产所需要的极端环境，为了保证大量酶的供应，应对下游加工过程中大规模的生产工艺进行深入研究。然而，随之而来的另一个巨大挑战是如何筛选适合用于工业化生产的酶，尽管许多生产厂房可以通过改变生产环境来满足酶生产的条件，但是这需要大量的经济投入。在现有的生产条件下，找到一个更加合适的酶可能是最经济的方法，但是任何一种多糖降解酶的活性和物理特性的调控都是系统而复杂的工作，需要结合目前不断进步的生物技术工具来实现，这可能是海洋微生物多糖降解酶实现商业化的关键。

4 展望

海洋微生物多糖降解酶是海洋微生物新型活性酶的重要分支，极端环境的性质和多功能的催化活性使海洋微生物多糖降解酶在工业生产中具有极大的应用潜力，同时亦可作为重要的工具应用于生物技术研究中，但是从酶资源的筛选到商业化应用是一个复杂而艰难的过程，还需要大量的研究与开发，随着各种先进技术的不断发展及各国对海洋生物酶研究领域的关注，海洋微生物产酶资源的大量开发及商业化生产将指日可待。