第四節(jié)細胞經濟假說與細胞經濟學_　發(fā)酵原理課件

1、第四節(jié) 細胞經濟假說 與細胞經濟學 細胞是生物的基本單位，每個生命有機體或者由細胞組成，或者它本身就是單個細胞。生物工程和發(fā)酵工程科技人員認識微生物細胞就是要它們工作，因此就更關注它們工作的能力和局限性，也就是微生物細胞的經濟工作原理。 4.4.1 工業(yè)發(fā)酵與細胞經濟的對立 和統(tǒng)一4.4.2 網絡及節(jié)點剛性理論與五字 策略的互補性4.4.3 細胞經濟假說與細胞經濟學 的萌芽4.4.1 工業(yè)發(fā)酵與細胞經濟的對立 和統(tǒng)一 工業(yè)發(fā)酵的目的是利用微生物的生命活動為人類造福，為世界消災。既然微生物的細胞經濟的價值取向是自我保障，那么工業(yè)發(fā)酵與細胞經濟之間有什么關系呢？ 4.4.1.1 微生物的天然進化不

2、可能刻 去照顧人類的利益4.4.1.2 微生物的生存利益與人類的 經濟利益的對立與統(tǒng)一4.4.1.3 發(fā)酵工業(yè)生產中的人的主觀 能動作用的發(fā)揮 4.4.1.1微生物的天然進化不可能刻意去照顧 人類的利益 生命是以遺傳信息維系的、以不斷自我更新的形式存在于時間和空間的過程，因此必須以歷史唯物主義的觀點來研究微生物進化和發(fā)展。宇宙萬物都在運動和變化。天然存在的微生物物種是微生物在大自然中進行生命活動和發(fā)生遺傳物質的變化。在微生物進化的歷史長河中，運動變化中的微生物經受了環(huán)境的種種考驗，經過生存斗爭，適者生存下來，形成現(xiàn)在的各種微生物物種。 因此，它們是經物競天擇而得到的階段性進化成果。它們的生命活

3、動規(guī)律是在億萬年的物競天擇的過程中建立和逐步完善的，是不以人的主觀意志為轉移的客觀存在。天然存在的各種微生物物種的生命活動過程不論是造福于人類或危害人類的都是它們按它們自己的生命活動規(guī)律進行生存競爭的新陳代謝過程。微生物的天然進化不可能刻意去照顧人類的利益。 微生物具有造福于人類的巨大潛力，人類利用微生物可以實現(xiàn)更多美好的理想。然而，在發(fā)酵工業(yè)中人類只有依靠微生物才能間接地達到目的。因此，為了在工業(yè)發(fā)酵中爭取主動，必須發(fā)揮人的主觀能動作用，協(xié)調好工業(yè)生產中人類的經濟利益與微生物生存競爭之間的關系。為此，必須研究微生物生命活動的規(guī)律，以及這個規(guī)律和人的意志之間的對立與統(tǒng)一。4.4.1.2 微生物

4、的生存利益與人類的經 濟利益的對立與統(tǒng)一 人類和微生物同樣都是地球的居民，都是生命體，在地球生存空間處于理論上的平等的地位。盡管，人類有思維能力，微生物沒有；人類也不可能隨心所欲地支配微生物的生命活動。微生物有它自己的相對穩(wěn)定的生命活動規(guī)律，這些規(guī)律是經千千萬萬年的物競天擇而穩(wěn)定下來的。 微生物代謝產物的生物合成必須依靠微生物的高度有序的生命活動，決不是打亂它。人類要利用微生物為自己服務，就必須研究、了解并遵循微生物的生命活動規(guī)律，在可能范圍內對微生物的生命活動進行引導，而不是隨意將自己的意志強加給微生物。工業(yè)發(fā)酵呼喚人與微生物的合作，而在合作中，人處于主導的地位，人應該發(fā)揮主觀能動作用。 微

5、生物生命活動有其自己的生存、發(fā)展的保障機制，這些機制服務于它們自身的生存競爭；在工業(yè)生產中，人類通過微生物的生命活動謀求經濟效益。 微生物的生存利益與人類的經濟利益，也就是微生物的生命活動規(guī)律和人的意志，這兩者既是對立的，又是統(tǒng)一的。科學和技術工作的目的就在于努力促使對立向統(tǒng)一的轉化。 微生物在生存競爭中進化的總的方向是發(fā)展其自身的適應性、經濟性和代謝的持續(xù)性（生命保障）。微生物代謝過程中任何中間產物、細胞組分或酶的過多產生都是與其求生存的利益背道而馳的，只有當 3 個子系統(tǒng)協(xié)調運轉，實現(xiàn)最大限度的生長和繁殖，才是符合微生物自身利益的。 把微生物細胞作為“細胞機器”，用來合成人類所需要的化學物

6、質是人類的美好理想。 如果工業(yè)發(fā)酵的目的僅僅是為了獲得菌體細胞，事情還好辦些，因為這與微生物進化的目標一致；但如果要想獲得的化學物質是代謝的中間產物，或細胞的生物大分子或其它細胞物質的話，那就要求微生物過量地合成這些物質，而且還要及時將它們排出細胞。4.4.1.3 發(fā)酵工業(yè)生產中人的主觀能 動作用的發(fā)揮 微生物工業(yè)（發(fā)酵工業(yè)）是生物工業(yè)的開路先鋒。發(fā)酵工業(yè)生產依賴于微生物生命活動；微生物活細胞在人給定的條件下進行新陳代謝，完成人交給它們的生產任務。 在發(fā)酵工業(yè)生產中，人的意愿要通過微生物的生命活動來實現(xiàn)，人類只有依靠微生物才能間接地達到目的。在發(fā)酵工業(yè)中人客觀上處于被動的地位，而微生物在求生存

7、的方向上始終是主動的。 對于工業(yè)微生物學家和發(fā)酵工程師來說，如何在發(fā)酵工業(yè)生產中調動微生物的積極因素，始終是一個挑戰(zhàn)性的問題。 在微生物生命活動中，微生物細胞生存的保障體系有利于它們自身的生存競爭；在發(fā)酵工業(yè)生產中，人類要利用微生物的生命活動謀求經濟效益。微生物的生存利益與人類的經濟利益，也就是微生物的生命活動規(guī)律和人的意志，這兩者既是對立的，又是統(tǒng)一的。 發(fā)酵工程的基本矛盾在于：人出于經濟利益對微生物代謝的導向與微生物的細胞的生存保障體系對這種導向的抵抗。 在對立和統(tǒng)一的矛盾斗爭和相互轉化中，人的作用是關鍵的。正確理論的指導和應順自然規(guī)律的實踐能夠使對立向統(tǒng)一轉化。 我們研究微生物的生命活動

8、規(guī)律，建立工業(yè)發(fā)酵的生物學理論就是為了能在發(fā)酵工業(yè)中引導微生物的代謝，使微生物的生存保障的本能與人的經濟利益的對立在維持微生物細胞的生存 （ 高度有序的狀態(tài)）這一點上得到統(tǒng)一，讓用于發(fā)酵生產的微生物細胞在人為的特定條件下進行新陳代謝的同時，為人類生產指定的代謝產物。 人對微生物的生命活動規(guī)律理解得愈深，對微生物代謝的引導就愈有效，在發(fā)酵工業(yè)生產中的主動權就愈大。4.4.2 剛性理論與五字 策略的互補性 代謝網絡剛性理論是指有關代謝網絡及其節(jié)點剛性的理論。 本小節(jié)將從節(jié)點的剛性、網絡的剛性、剛性代謝（生命保障體系）的基本概念出發(fā)，進而追究剛性的由來，以及生存保障體系與代謝變動性、遺傳保守性的關系

9、，簡單地討論代謝網絡剛性理論。 微生物自動抵制代謝網絡中代謝物流量分布的改變的特性叫做代謝網絡的剛性。代謝網絡的剛性與主要節(jié)點的剛性大小、分布及數(shù)量密切相關。4.4.2.1 途徑分支點的分類4.4.2.2 代謝網絡與亞網絡 4.4.2.3 節(jié)點剛性理論與五字策 略的互補性 4.4.2.1 途徑分支點的分類 代謝網絡中，兩條或多條代謝途徑的中介分支點（ intermediate branch point ）稱為節(jié)點（node）。 在生物學過程中，往往由于途徑的酶水平或酶活性而影響途徑的產品的得率。雖然指向產品的分支途徑的酶的整體活性決定細胞機器的“生產力”，然而，產品得率是節(jié)點處流量分流（flu

10、x split ratio）的函數(shù)。 雖然由不同生物體調節(jié)代謝流量所用的代謝控制機制明顯地多樣化，然而基于在節(jié)點處代謝流的分流比的控制特性，對節(jié)點進行分類。如果處于分支點的代謝中間物在各個分支上的分流比不易改變，這樣的分支點被叫做剛性節(jié)點（ rigid node ）；反之，叫被叫做撓性節(jié)點（ flexible node ），介于兩者之間者則為弱剛性節(jié)點。剛，取其抵抗改變之意；撓，取其屈服順從之意。 微生物代謝網絡中的節(jié)點也是代謝流的集散處，微生物自動抵制節(jié)點處代謝物流量分流比的改變的特性叫做節(jié)點的剛性。節(jié)點的剛性取決于微生物代謝的自動調節(jié)機制。 S，為底物；P，為產物。分支處為節(jié)點。 剛性節(jié)點

11、（rigid node）：抵抗分流比改變的節(jié)點。如果某節(jié)點處的分流比受到該處的一條或多條支路嚴格的控制，這樣的節(jié)點被稱為剛性節(jié)點。這種控制往往是通過反饋控制和交叉激活兩種機制的聯(lián)合作用來實現(xiàn)的。所謂聯(lián)合作用，是指各個分支途徑自身的反饋控制和與之競爭原料的分支途徑的產物對它的交叉激活，兩種機制一起發(fā)生作用。剛性節(jié)點處的分流比不易發(fā)生改變，因為與節(jié)點相關的各種酶均存在特定的動力學關系。 撓性節(jié)點（flexible node）：屈服于分流比改變的節(jié)點。在此類節(jié)點處的分流比容易根據細胞代謝的需求做出響應，即容易做出相應的改變。從這些節(jié)點出發(fā)的互相競爭的分支途徑的第一個酶，對節(jié)點（酶的底物）有類似的底物

12、親和力，有類似的酶反應速率。撓性節(jié)點不限制分支途徑的產物得率，因為無論何時只要需要，任何分支途徑的分流比都可能在0100%范圍變動，因此撓性節(jié)點是最“ 順從”的（上圖右半部分） 。弱剛性節(jié)點（weakly rigid node）：性能上處于前述兩種節(jié)點之間的節(jié)點原則上都屬于弱剛性節(jié)點。嚴格地說，如果一個節(jié)點的分流比主要取決于一條分支途徑的動力學（即構成分支途徑的所有酶的整體響應），這樣的節(jié)點叫做弱剛性節(jié)點。 弱剛性節(jié)點的分流比由一個分支途徑（優(yōu)勢分支）控制，這可能是由于優(yōu)勢分支途徑的第一個酶具有較高的比活力和（或）較高的底物（節(jié)點）親和力，并且不受反饋抑制；即使從屬分支（假定是流向產物的分支）

13、解除調節(jié)，還是有相當大的一部分流量依然進入優(yōu)勢分支，從而限制產物得率的上升。 弱剛性節(jié)點與撓性節(jié)點有如下不同：一條分支途徑與另一條（一些）分支途徑相比，占有明顯的優(yōu)勢。這是由于優(yōu)勢分支途徑的酶對共同代謝物（節(jié)點）有更大的親和力，并且（或者）優(yōu)勢分支途徑的酶比從屬的分支途徑的酶有更大的整體活性。在這種情況下，完全解除從屬分支途徑的調節(jié)，也不會對流量有什么顯著的影響。另一方面，如果優(yōu)勢分支途徑的活性被減弱，就會顯著增加流入從屬分支途徑的流量。 強剛性節(jié)點是被終端產物激活或抑制高度調控（上圖左半部分）。在這個例子中，每個產物代謝物作為其競爭分支途徑的激活劑，同時又作為其自己合成途徑的抑制劑。反饋抑制

14、總是施加在催化途徑第一步反應的酶上。剛性節(jié)點對途徑的產物得率施加控制性的影響，它的解除調節(jié)比酶學的弱化可能更為復雜。 因此在應用“五字策略”制訂育種的具體方案時應盡量采用解除調節(jié)的育種手段。 假定目標是增加P1分支的分流比，而且，在沒有激活劑 P2存在時，P1的穩(wěn)態(tài)濃度（steady state concentration）高得足以抑制它本身的合成。在這種情況下，增加P1 分支途徑的分流比就會減弱流向P2的流量。然而，對于強剛性節(jié)點，這種做法將導致P2的低水平，所以P1 分支途徑將會喪失P2對它的激活作用。簡單地說，一條分支途徑的弱化導致其競爭分支途徑的弱化，結果是整個節(jié)點崩潰（ collap

15、se ），每條分支途徑的分流比相對來說沒有改變。 因為復雜、多樣的控制結構和酶動力學，代謝網絡并不總是呈現(xiàn)上述分類所暗示的對于流量分配的二元響應。因此，強剛性節(jié)點的一條分支途徑的弱化可能僅僅導致與它競爭的分支途徑的部分弱化，以致有可能在包含一個剛性節(jié)點的依賴型網絡 （ dependent network ） 中實現(xiàn)產物得率改進。也有可能因為弱化無用的途徑而引起中間代謝物的分泌，而不是流量的降低或代謝流的方向的改變。 盡管其他可能的控制結構也可能產生一個剛性節(jié)點，任何此類控制的關鍵問題是，在互相競爭的分支途徑之間存在一個反饋（相互影響）機制，以維持分流比恒定的趨勢。剛性節(jié)點不僅能限制產物得率，而

16、且通過簡單的酶活性弱化不容易減輕這種作用。 上圖所示的異檸檬酸節(jié)點是一個已經過全面研究的代謝分支點。當細胞在醋酸鹽基質上生長時，異檸檬酸裂合酶（IL）被誘導； 醋酸鹽在碳架物質的回補方面起重要作用，否則碳架物質就會在TCA循環(huán)中以CO2的形式丟失。當在醋酸鹽基質上生長時，異檸檬酸脫氫酶（IDH）主要處于磷酸化狀態(tài)（大約80%），在這種狀態(tài)下該酶沒有活性。當給予細胞更有利的碳源時，如葡萄糖，IDH就會迅速脫磷酸而被激活。這是共價調節(jié)的一個典型例子。 上圖概括了在乙酸鹽上生長時，兩種互相競爭酶的動力學參數(shù)。該分支點的一個重要特征是各自的 Km 值差別極大，異檸檬酸裂合酶（IL） 的 Km 值是異檸

17、檬酸脫氫酶（IDH ）的75倍。在異檸檬酸生理濃度時（ 約160molL-1），IL 催化的反應是關于異檸檬酸的一級反應，而IDH 則已被共同底物異檸檬酸所飽和。因為這兩種酶的動力學的相互控制，通過該支路的流量對異檸檬酸濃度水平的變化極端敏感。 若向乙酸基質中生長的培養(yǎng)物中加入葡萄糖，不僅能使IDH 的vmax提高（ 葡萄糖可使IDH 的vmax增加 5 倍） ，同時通過檸檬酸裂合酶的碳流的相應減少，其總結果是胞內異檸檬酸水平降低（大約170 倍）。 因為與IDH 相比， IL 對異檸檬酸有一個顯著高的 Km ， 所以異檸檬酸濃度的下降使通過該支路的流量有一個很大程度（約99%）的減少。 因此

18、，雖然沒有任何已知的變構調節(jié)劑直接作用于IL，通過它的流量可從總量的 30% 下降到實際上的 0。這種控制很有趣的特性是，最受影響的酶 IL 沒有受到直接控制。這種現(xiàn)象已經被稱作分支點效應。4.4.2.2 代謝網絡與亞網絡 代謝網絡的包含 2 個以上節(jié)點的任何部分，都可以稱為該代謝網絡的亞網絡。 代謝網絡和亞網絡的結構可以抽象為兩個基本類型：獨立型亞網絡和依賴型亞網絡。SBP12SB1B2P依賴型亞網絡獨立型亞網絡S-基質P-目的產物B-副產物 -節(jié)點12依賴型亞網絡： 亞網絡中的每個節(jié)點向終端產物貢獻一個按化學計量消耗的組成部分；所有分支的流量必須達到化學計量平衡，以防胞內代謝中間物的累積和

19、分泌。若要提高產物轉化率兩個節(jié)點的流量分配都必須改變，兩個節(jié)點的重要性相同。獨立型亞網絡： 亞網絡的主要節(jié)點不是以按比例縮合的方式形成產物，改變任何一個節(jié)點上的流量分配就有可能提高產物轉化率，但節(jié)點的重要性不同。 代謝網絡中包含大量的節(jié)點，一般認為只有相當少的節(jié)點，其分流比實際上影響目的產物得率，這些節(jié)點稱為主要節(jié)點 （ principal node ）。網絡的剛性程度取決于主要節(jié)點的性質及其在網絡中的分布。 不論在獨立型還是依賴型的代謝網絡中，網絡的剛性程度最終取決于將主節(jié)點的流量分布從適于生存競爭變成適于目的產物形成的難易程度。4.4.2.2 代謝工程與五字策略 的互補性 微生物生物工程基

20、本理論已對代謝流及其控制作了定性或半定量的分析，并在此基礎上建立了代謝導向的五字策略。這就為代謝流（及其控制）的定量分析架起了橋梁。為發(fā)酵工程研究人員和技術人員學習和應用代謝工程的代謝分析和綜合技術打好了理論基礎。代謝工程是這樣一種生物工程技術： 在對代謝流及其控制進行定量分析的基礎上，提出精確的遺傳修飾方案，并借助分子生物學技術付諸實施。如此按部就班反復進行實踐，從代謝的整體上改善細胞的性能和應用前景。 五字策略的統(tǒng)籌方法對代謝工程育種有宏觀指導意義，但五字策略是建立在人一廂情愿的基礎上的統(tǒng)籌策略。按五字策略制定育種方案時，盡管是以從原料到產物的載流路徑及其調節(jié)機制為依據的，但一般并沒有把節(jié)

21、點剛性的因素考慮在內；在實施時也就不可能完全達到預期目標。 對于流經剛性節(jié)點的代謝流，僅僅改變該節(jié)點下游的反應的酶水平或活性的，是不可能對代謝流進行順利導向的。如果目標節(jié)點為撓性節(jié)點或弱剛性節(jié)點，則可放心按應用五字策略制訂育種方案進行相應的遺傳操作，因為撓性節(jié)點對代謝流的導向是最順從的。考慮到可能存在剛性節(jié)點，在應用五字策略制訂育種的具體方案時應盡量采用解除調節(jié)的育種手段。 代謝途徑分析以及基于這些分析所進行的分子遺傳學操作，必須把代謝網絡節(jié)點剛性的問題考慮在內。五字策略仍需用代謝剛性理論來校驗、補充和修正。根據五字策略制訂育種方案，必要時需要對載流路徑上的主要節(jié)點（產物形成時代謝流量發(fā)生明顯

22、改變的節(jié)點）的性質進行評估。 五字策略與代謝工程是互補的，各有側重的。常規(guī)育種成本低，實驗周期短，采用五字策略一般都能取得比較好的效果（五個字中只要有兩三個字有效）。代謝工程育種有時也要以常規(guī)育種的成果菌種作為基礎材料。因此，五字策略宏觀指導下的代謝工程育種也許更切合工業(yè)生產實際。 4.4.3 細胞經濟假說與細 胞經濟學的萌芽 微生物細胞的代謝實際上是自然界的一種經濟運行。細胞經濟假說把微生物細胞作為按特殊的經濟規(guī)律運行的經濟實體來看待。我們把這種按特殊的經濟規(guī)律運行的有利于微生物的生存競爭的新陳代謝整體性叫做細胞經濟性。 微生物群體作為大自然的不可分割的部分，如大自然一樣，有其自身的運行規(guī)律

23、。人類社會同樣是大自然的不可分割的部分，也有其自身的經濟運行規(guī)律。然而，因為人有智慧，有認識大自然（包括人類自身）的經濟運行規(guī)律的能力，所以有可能局部地改變大自然經濟運行的狀況，但無法改變大自然（包括微生物）經濟運行的規(guī)律。 我們研究微生物經濟運行的狀況，就是為了要逐步認識微生物經濟運行的規(guī)律，以便應用這些規(guī)律為人類造福為世界消災。細胞經濟假說用經濟的眼光來分析和認識微生物細胞的生存保障問題，走出了細胞經濟學研究的第一步。在細胞經濟假說的研究中我們嘗試對細胞的經濟運行與社會的經濟運行進行比較研究，這樣的比較研究從微生物細胞經濟開始，是因為： 微生物細胞中經濟規(guī)律是客觀存在的；一個微生物細胞本身

24、就是一個微觀經濟體系，經濟結構相對簡單，調節(jié)機制多樣化；控制微生物細胞的代謝活動相對容易；在研究微生物細胞經濟運行規(guī)律的基礎上構建發(fā)酵工程生物學理論；自然科學與人文科學交叉，形成新的學科生長點。4.4.3.1 發(fā)酵學與微觀經濟學的交叉4.4.3.2 微生物細胞經濟的運行狀況 4.4.3.1 發(fā)酵學與微觀經濟學的交叉 學科是指一定科學領域或一門科學的分支。學說是指學術上自成系統(tǒng)的主張和理論。在化學、生物化學、微生物學、分子生物學、細胞學、微生物代謝生理學，以及儀器分析、傳感技術、計算機技術發(fā)展的基礎上，發(fā)酵正在從技藝（technique）走向科學（science），并正在形成自成系統(tǒng)的學術理論；

25、發(fā)酵學經過半個多世紀的醞釀終于應運而生，成為微生物學的工程學分支，成為生物工程最重要的臺柱之一。 經濟學的產生與發(fā)展，就是為了如何更好地解決人類社會所面臨的基本矛盾，即如何把有限的資源合理、有效地分配和使用于各個方面，以滿足于一個社會的無限多樣的需要的矛盾。 19世紀后期，在翻譯西方文獻 “economy”一詞時，日本學者借用古漢文將它譯作“經濟”，“經濟”從字面可解釋為“經世濟民”，一般是指社會經濟制度、經濟活動、經濟部門、經濟行為等等。經濟學是英語構詞法從“ economics ”翻譯的。 經濟學是研究各種經濟關系和經濟活動的科學，包括經濟學科的理論基礎、部門和專業(yè)經濟學和技術經濟學等門類

26、。微觀經濟學屬于經濟學的一個分支，主要研究單個經濟單位。 從經濟學所面臨的基本矛盾出發(fā)，微觀經濟學所研究的基本問題，包括以下幾個方面：經濟活動的目標（價值取向問題）；如何組織生產（經濟效率問題）；分配原則和分配機制（系統(tǒng)的穩(wěn)定和延續(xù)問題）。 細胞經濟學屬于生物學 （ 自然科學 ） 和經濟學（ 社會科學 ）的交叉學科。因此還要從對應的領域尋找對應的研究對象。 生物學領域的與工業(yè)發(fā)酵直接相關的研究對象微生物細胞的經濟運行，與經濟學領域的微觀經濟學研究的內容有許多可以比較研究之處。 微生物細胞獨立存在自主生存，而且微生物細胞直接存在于其培養(yǎng)環(huán)境中，因而它們的代謝能支撐和生命保障必須靠自己，比其他生物

27、細胞表現(xiàn)得更明顯、更完整、更單純、更容易操作（人工調節(jié)的可行性），用它來研究細胞的經濟問題最為合適，而且與經濟學中的微觀經濟學（研究的是單個經濟單位）有更多的共性。 微生物細胞是生物學的概念，工業(yè)發(fā)酵的微生物生物機器是工程學的概念。 微生物細胞的生產力（可量化為細胞經濟假設中的經濟系數(shù)）與工業(yè)發(fā)酵的微生物細胞機器的生產力（可量化為工業(yè)發(fā)酵的產率系數(shù)），是不同的概念。高產菌種生產目的產物的能力與微生物自身的生存保障能力是對立統(tǒng)一的兩種不同的生產力。 在典型工業(yè)發(fā)酵的微生物細胞（即細胞機器）而言，天然的細胞經濟結構（代謝的 3 個子系統(tǒng)，取決于細胞的遺傳物質與細胞所處的環(huán)境）已被局部破壞或調整，但

28、細胞經濟管理原則（細胞整體高度有序性的遺傳根據對代謝的支持和制約）不變。微生物細胞的經濟管理原則既束縛細胞機器的生產力，又為細胞機器的生產力提供保障。如果沒有這個管理原則，生命活動就難以持續(xù)。 微生物的適應性和節(jié)約性建立在代謝變動性上，微生物的持續(xù)代謝建立在代謝網絡的剛性上。因此代謝變動性和代謝網絡的剛性是細胞經濟管理原則的生物學根據。 工業(yè)生產過程中細胞機器的經濟運行狀況可以改變，但細胞的 “ 整體協(xié)調，維持生計 ” 的細胞經濟管理原則不會改變。 細胞生產關系和細胞生產力都可以改變，但細胞經濟管理原則（微生物生命的本質）不能變。 細胞經濟管理原則，如經濟學中的價值規(guī)律一樣，按細胞經濟的價值取

29、向（生命保障）協(xié)調細胞的新陳代謝；發(fā)酵生產的價值取向不能動搖細胞經濟管理原則。 細胞經濟管理原則的根據可能存在于細胞遺傳物質的保守部分。 環(huán)境中（不論是自然環(huán)境還是人為培養(yǎng)的環(huán)境中）的微生物細胞與市場經濟中自負盈虧的經濟實體有明顯相似的地方。它們都受一定因素制約；它們都是開放體系；它們都可以人為地改變運行方式。對它們進行比較研究，借鑒經濟學探索微生物的生命活動規(guī)律；還期望能通過對微生物的經濟運行規(guī)律的研究，來拓寬經濟學的研究思路。 細胞經濟假說是理解發(fā)酵工程的基本矛盾（人與微生物的對立統(tǒng)一關系）以及發(fā)酵工業(yè)上人與微生物合作關系的理論基礎。人與微生物合作并取得“雙贏”意味著工業(yè)發(fā)酵的成功，“雙贏”也必須建立在細胞經濟管理原則（細胞經濟規(guī)律）之基礎上。4.4.3.2 微生物細胞經濟的運行狀況 經濟運行的主要機制是交換、競爭和產生效益。交換才有生氣，競爭才能進步；為了獲得經濟效益