全细胞催化由于具有多样性和易操作性的优点，在工业上得到了迅速的应用，但是也存在以下几方面的问题：底物跨膜的通透性影响最终的转化率；副反应导致底物或产物的降解；存在旁路反应和副产物积累的问题。这些问题在一定程度上限制了全细胞转化在工业上的应用，因此利用基因工程异源表达重组酶或对天然酶进行定向改造在生物转化领域得到了迅速的发展。

生命科学的飞速发展大大增加了全细胞催化的可行性，如利用DNA重组技术，可使目标酶在不同宿主细胞中大量表达。利用这种分子生物技术甚至可以修饰宿主细胞的代谢途径，合成复杂的代谢产物。

目前，已成功利用基因工程技术生产及应用一些人工全细胞酶的实例如表8-1所示。

表8-1 人工全细胞酶应用实例

利用基因工程技术改善全细胞催化的步骤主要包括：目标基因扩增、载体构建、重组工程菌构建等。

目前应用于人工改造全细胞酶的方法主要有以下几种。

1.重组大肠杆菌人工全细胞催化

大肠杆菌（E.coli）表达系统是基因工程中应用最早的表达系统，利用大肠杆菌表达外源基因及此表达系统的优化研究已有较多报道，大肠杆菌已成为全细胞催化应用最为广泛的宿主细胞。工业上，大肠杆菌已用于生产丙二醇、乳酸等重要化工产品，以及谷胱甘肽、羟脯氨酸等药物中间体。(www.daowen.com)

2.重组酵母和真菌用于生物转化

利用酵母细胞进行全细胞催化具有很长一段历史，其中酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和毕赤酵母（Pichia pastoris）应用最为广泛。

3.基因改组的应用

基因改组越来越多地应用在全细胞催化过程中。利用此技术对野生酶进行定向进化可以显著提高其底物特异性和稳定性。比如联苯双加氧酶因能够转化多环芳香族化合物而用来降解环境污染物，这种酶由BphA1、BphA2、BphA3和BphA4四个功能组分构成，其中BphA1编码的是铁硫蛋白的大亚基。

全细胞催化技术因其自身的优点，比游离酶以及化学催化具有更经济、更环保的优势，但其催化反应过程的不确定性、细胞膜对底物或酶的通透性、副反应导致的产物降解以及副产物的累积等，阻碍了其在工业上的推广。

因此，运用基因工程技术筛选和改造各种微生物催化剂将是解决全细胞催化技术自身缺点的有效方法，这些研究也将成为今后发展生物催化技术方面的重要研究课题。