生物機器

介紹

動物體和植物體一般是多細胞生物體，情況比較複雜；而微生物的情況要簡單得多。因此，首先把微生物細胞作為生物機器來研究。微生物一般是以單細胞或細胞串的形式存在，它們直接面向其存在的環境，是細胞形態的生物機器，可以把他們當作典型的生物機器來研究。本詞條的解釋依據來自對於工業生物機器（微生物生物機器、細胞機器）的研究。

微生物與機器

（1）工業生物機器（微生物生物機器）與的微生物細胞關係

工業發酵目的產物真正的生產機器是微生物細胞。工業上作為菌種使用的微生物細胞，是用來生產對應的目的產物的生物機器，是有工業生產個性的微生物細胞。“生物機器”是工程學的概念；“微生物細胞”是生物學的概念。微生物生物機器是從天然的微生物細胞育成的，因此天然的微生物具有作為生物機器使用的潛力。

微生物機器的狀況

（3）微生物生物機器的“開機”狀態（維持生存的狀態）

生產菌種在天然條件下競爭能力一般較天然微生物物種低，但可以通過人依據細胞固有的經濟性對生產中環境條件的控制來彌補這個缺陷，從而維持生計，實現生物機器的生產能力。

微生物機器的生產流程

有機物料的輸入—→遺傳信息的激活—→代謝網路（代謝網路上的酶和蛋白質因子）的出現—→代謝物流的形成—→有機產物的輸出

微生物生物機器的驅動

（2）微生物生物機器的驅動（代謝能對生命活動的支撐）

① 有序狀態的維持

②細胞經濟規律的規範

③ 生命活動的“底線”

“細胞機器”與“細胞工廠”

有人把微生物細胞比作“細胞工廠”，當然有他們的道理；在生物工業領域提出“細胞機器”主要為了：

① 強調微生物細胞作為生產裝置使用

② 強調微生物細胞是用代謝能驅動的（是活物）

③ 比較容易為工科學生接受（物質和能量進出的控制）

採用“細胞機器”可能有如下弊病：

① 有機械論之嫌疑

② 影響經濟實體和巨觀調控理論的展開

在生物工業領域，系統生物學與合成生物學的發展，形成了細胞機器與細胞工廠的概念與技術開發，先用“細胞機器”的概念建立發酵生產模式，在研究細胞經濟時，將“細胞機器”的概念上升為“細胞工廠”（細胞經濟實體）。可以把自然環境（大環境）中的微生物叫做“細胞工廠”；把生產環境（小環境）中的微生物叫做“細胞機器”，以免出現概念混淆。

微生物機器的運行特徵

（5）微生物細胞機器的運行特徵（即與普通意義上的機器的不同之處）

① 細胞機器有“線上製造（細胞增殖）”和“線上運行（目的產物生產）”兩種運行狀態，為細胞機器所建工作模式是“線上運行”階段的工作模式。

② 細胞機器自帶發動機（自備的能量轉換機構將化學能或光能轉化為用於直接驅動自身運行的代謝能）因此是原動機。

③ 細胞機器的運行是在其所處環境下細胞遵循生物學規律自主代謝的過程（以細胞經濟為中心的生命活動）。