工业生产要求通过优化物理、化学参数达到最高产量，然而现有大多数酶的特性不符合这些实际要求。极端环境，如温泉、二氧化铀、咸水盆地、酸性矿山废水、冰川土壤、冰川冰和南极土壤等是丰富的、大部分未开发的新型酶的宝库。虽然极端环境中微生物群落的多样可能性低，但这些环境仍然是非常有价值的样本来源。

研究表明，从来自极端环境的宏基因组库中发掘的酶通常具有与环境相符的属性，如耐热、耐冷、耐碱、耐酸和耐盐等。筛选时需要考虑宿主的生长特征与用于催化活性筛选的最佳物理化学条件。大肠杆菌对极端环境高度敏感，筛选这类微生物时可以调整感兴趣的条件（例如高低pH、高盐浓度等），但同时需要满足宿主的生长要求。另外，筛选也可以不让宿主面对任何选择性压力，这种情况下宿主用于克隆宏基因组文库，并在正常生长条件下筛选。在以上两种情况下，酶在初步分析后其催化性能的表征可以用细胞提取液来完成。对于性能突出的酶，可以纯化后进行进一步表征。

目前已经有许多从极端环境中发掘的新型酶类。例如，Jiang等（2004）从采集自海底火山口的一株嗜热细菌——海栖热袍菌（Thermotoga maritima）基因组中克隆得到一种新型耐热木聚糖酶（XynB），该酶的最适作用温度高达90℃。Yang等（2006）从新疆天池的土壤样品中筛选得到一株真菌新种嗜热拟青霉，从该菌株发酵液中发掘了一种新型的耐热木聚糖酶，最适温度达到75℃。酯酶由于其特殊的酶学特性，在洗涤剂、食品、精细化学和生物修复等中得到了广泛的应用。与中温同类酶相比，低温酯酶因为在低温下的高催化活性，在节能方面具有更高价值。研究人员采用深海淤泥环境样本构建了宏基因组文库，通过基于功能的筛选确定了一个新型酯酶，这个酯酶在低温下具有最高酶活力。纤维素酶在工业生产中具有广泛的应用价值，如棉花纺织行业的软化、牛仔布的精加工、纤维素纸浆、造纸行业脱墨、纤维提炼、纤维改性和生物能源等。宏基因组方法已广泛用于从不同环境样品中发掘纤维素酶，包括土壤、堆肥、蚯蚓的新鲜粪便、白蚁的大肠、兔盲肠内含物和牛瘤胃等。(www.daowen.com)

从食草动物瘤胃中不可培养的微生物菌群中分离的纤维素酶大多数是酸性中温酶。尽管已从宏基因组库分离出大量具有纤维素酶活性的克隆，但真正有新颖性的酶基因却很少，因为大部分纤维素酶在大肠杆菌中难以表达。此外，大多数筛选出来的酶是内切葡聚糖酶，这可能是因为内切葡聚糖酶在大肠杆菌中更容易正确折叠。目前尚无从宏基因组库筛选出具有结晶纤维素水解活性的纤维二糖水解酶的报道，可能是由于大部分纤维二糖水解酶来源于真菌。迄今，也没有基于活性的cDNA宏基因组文库筛选真菌纤维素酶的报道。此外，由于极端环境微生物高度适应这样的恶劣条件，大多数物种在系统发生上与大肠杆菌相隔很远，因此在宏基因组筛选中形成了一个重要的瓶颈，即缺少可用于筛选系统发生上多样化酶家族的方法。如果能够开发这样的筛选方法或者找到合适的宿主，将大大增加从环境样本中筛选出新酶的成功概率。