菌种的来源
第二章：菌种的来源
微生物的特性及工业微生物的要求 一些工业化产品生产菌种的特点 自然界中有目的微生物分离的原则 菌种选育、分子育种
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❖ 微生物的特性及工业微生物的要求
第一节 微生物的特性及工业微生物的要求
一、微生物的特性 有些微生物能在厌氧的条件下生长 有些微生物能够利用简单的有机物和无机物满足自 身的生长 有些微生物能进行复杂的代谢 有些微生物能利用较复杂的化合物 有些微生物能在极端的环境下生长
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❖ 已工业化产品生产菌的介绍 三、食品酶制剂生产有关的微生物
开发一个新酶，都要经过一系列研究的毒理试验。关于 食品用酶，美国需要得到FDA的批准。目前已同意使用的 仅仅少数微生物能用于生产食品用酶。
α—淀粉酶：黑曲霉、米曲霉、米根酶、枯草芽孢杆菌 和地衣芽孢杆菌
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❖ 已工业化产品生产菌的介绍 三、常用的基因表达系统
❖ 自然界中有目的微生物分离的原则
例：醛肟水解酶的筛选--Journal of biotechnology 94(2002), 65-72
培养基中含0.05% of Z-PAOx 每隔2-3天移去一半培养物，补充新鲜培养基 不断分析样品，2-3个月后Z-PAOx降低后，稀释分离条菌落
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❖ 微生物的特性及工业微生物的要求
二：工业化菌种的要求
能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成 产物
有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的 可操作性要强
遗传性能要相对稳定 不易感染它种微生物或噬菌体 产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病
菌无关） 生产特性要符合工艺要求
❖ 自然界中有目的微生物分离的原则 第三节 自然界中有目的微生物分离的原则
一、菌种分离的一般过程
土样的采取 → 预处理 → 培养 → 菌落的选择
→ 产品的鉴定 目的：高效地获取一株高产目的产物的微生物 问题： 如何使样品中所含微生物的可能性大
如何在后续的操作中使这种可能性实现
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❖ 自然界中有目的微生物分离的原则 二、采样时要注意的问题
实例：碱性纤维素酶产生菌的筛选（国家七五攻关项目）
文献:产生菌为中性芽孢杆菌，嗜碱芽孢杆菌、放线菌及霉菌
采样（造纸厂） →80度30分钟处理
↓ 0.0075%曲利本蓝＋1%CMC（羧甲基纤维素），pH10.5 培养3～4天，选择有凹陷圈的菌落
从285个土样中获得62株
26株为组成型 36株为诱导型
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❖ 已工业化产品生产菌的介绍
➢ 中国仓鼠卵巢细胞（CHO细胞）表达系统
具有准确的转录后修饰功能； 具有产物胞外分泌功能，便于下游产物分离纯化； 具有重组基因的高效扩增和表达能力； 具有贴壁生长特性，也可进行悬浮生长； CHO很少分泌自身的内源蛋白。
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❖ 已工业化产品生产菌的介绍
AK:天冬氨酸激酶 HD:高丝氨酸脱氢酶 HT:高丝氨酸转乙酰酶 黄色短杆菌中赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸的合成 调节机制
Байду номын сангаас
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❖ 已工业化产品生产菌的介绍
氨基酸生产菌的要求： 代谢途径比较清楚， 代谢途径比较简单
谷氨酸发酵的菌种： 棒杆菌属，短杆菌属、节杆菌属或小 杆菌属的棒型细菌
其它氨基酸生产菌： 常规菌种一般也是以谷氨酸生产菌 选育而成；工程菌，大肠杆菌，枯 草芽孢杆菌
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❖ 已工业化产品生产菌的介绍
第二节 已工业化产品生产菌的介绍
一、抗生素生产有关的微生物
抗生素是次级代谢产物，需要生物体进行复杂的代谢， 目前发现的生物来源如下：
放线菌（链霉素 四环素；红霉素 等）
真菌（青霉素、头孢等）
一些产芽孢的细菌
植物或动物来源
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❖ 已工业化产品生产菌的介绍
气候、水分、空气 来源要广 结合产品的特点 标签：地点、时间、气候等
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❖ 自然界中有目的微生物分离的原则
三、目的微生物富集的一些基本方法
➢富集的目的： 让目的微生物在种群中占优势，使筛选变 得可能。
➢富集的三种方案： 定向培养:采用特定的有利于目的微生物富集的 条件，进行培养。 当不可能采用定向培养时，则可设计在一个分 类学中考虑， 不能提供任何有助于筛选产生菌的信息，这 时只能通过随机分离的办法
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❖ 自然界中有目的微生物分离的原则
定向培养的方法
物理方法：加热、膜过滤等 但主要是通过培养的方法
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❖ 自然界中有目的微生物分离的原则
定向培养的富集方法
1、底物
2、pH条件
3、培养时间
4、培养温度
等一切能提高目的微生物相对生长速 度的手段，培养（固体、液体；分批 连续）后使目的微生物在种群中占优 势。
问题： 生产抗生素的微生物能不能用于生产氨基酸？
微生物（包括动、植物细胞）几乎可以生产 我们所需的一切产品，但是涉及到工业化生 产对于某一种特定的产品，只有特定的微生 物才具有大量表达的潜力。
例：
礼来(Eli lilly),花了10年的时间从40万株微 生物中，发现了三种有潜力的新抗生素。
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二、氨基酸生产有关的微生物
50, 60年代以氨基酸发酵为代表的代谢控制发酵，是 发酵工业发展历史上的一个转折点：
代谢控制发酵：用人工诱变的方法，有意识地改变微生 物的代谢途径，最大限度地积累产物，这种发酵形象地 称为代谢控制发酵，最早在氨基酸发酵中得到成功应用。
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❖ 已工业化产品生产菌的介绍
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❖ 自然界中有目的微生物分离的原则
四、菌落的选出
从产物角度出发 在培养时以产物的形成有目的的设计培养基 利用简单、快速的鉴定方法，如抗生素
从形态的角度 菌落的外观形态，是微生物的一个重要表征。如多糖
产生菌在适当的培养基上生长，从具有粘液性的菌落外观 上就可以初步识别。
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❖ 自然界中有目的微生物分离的原则
(一)原核生物：大肠杆菌(1977年Boyer)、枯草牙胞杆菌 沙门氏菌
生长迅速、蛋白产量高; 表达蛋白的纯化、分离及分析快速； 外源基因的导入相对容易； 已建立了整套表达理论及技术.
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❖ 已工业化产品生产菌的介绍 (二) 真核细胞表达系统
➢ 酵母(既是微生物又是真核细胞)
生长迅速，营养要求不高，易培养； 安全性好； 比哺乳动物细胞操作简单； 具有一定的修饰蛋白的能力。