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第2讲 基因工程菌的发酵


思考题?
v 为什么基因工程菌的发酵液在外排之前,必须要 进行灭活处理?
谢谢聆听!
基因工程菌发酵的特点:
Ø特点:
1. 发酵产物比常规菌更纯粹和单一 2. 能大幅度提高产物的含量 3. 能合成生产外源基因编码的产物
基因工程菌的应用:
• 1. 基因工程药物的生产 例如:胰岛素、干优素、乙肝疫苗、生长激素、
粒细胞巨噬细胞集落刺激因子等。
2. 其它发酵产品的制备 例如:酶制剂、氨基酸(苏氨酸、色氨酸)、抗生
Combinatorial Biosynthesis and Drug Discovery
一、前 言
什么是基因工程菌?
——主要是指以微生物为操作对象,通过基因工程技术 获得的表达外源基因的工程生物。也称为重组菌。
如:重组大肠杆菌、重组酵母菌等
作为基因工程菌的条件:
1. 发酵产品是高浓度、高转化率和高产率的。 2. 菌株能利用常用的碳源,并可进行连续发酵。 3. 菌株不是致病株,也不产内毒素。 4. 代谢控制容易进行。 5. 重组的DNA不易脱落。
素等
二、基因工程菌发酵所用设备
基因工程菌的培养设备
(1)发酵罐的组成:发酵罐体、搅拌器、温控、灭
菌系统、空气无菌过滤系统、参数测量与控制系统、以 及培养液配制及连续操作装置等。
(2)基因工程菌对发酵设备的要求:
既要防止外部微生物侵入罐内,还要不使培养 物外漏。
机械搅拌式发酵罐
气升式发酵罐
三、基因工程菌的培养工艺
细胞自身对pH具有一定调节能力,但当外界条件变化过于激 烈时,细胞失去自身调节能力,从而影响细胞的正常生长。
如采用两阶段培养工艺: ①培养前期阶段:着重于优化工程菌的最佳生长条件 ②培养后期阶段:着重于优化外源蛋白的表达条件
总之:必须建立工程菌发酵的最佳化工艺。
即指:
①最快周期最周全的废物处理效果 ⑦最低失败率等综合指标。
16℃和18℃培养时,菌体生长较慢,从而影响翻译,即酶的合 成。
4 溶解氧的影响
溶解氧(Dissolved oxygen,DO2):是工程菌发酵培养过
程中影响菌体代谢的一个重要参数,溶解氧浓度对菌体生长和 产物生成的影响很大。
发酵前期,随DO2的下降,细胞生长减慢,ST (surface tension) 值下降; 发酵后期,随DO2的下降,ST值下降幅度更大,外源基因高水平转录和翻
铵、硝酸铵、氯化铵等。 ③其他:无机盐、微量元素、维生素、生物素等,营养缺陷型菌 株还要补加相应的营养物质。
2 接种量的影响
① 什么是接种量?——移入的种子液体积和培养液体积之 比。 ② 接种量的大小对发酵有什么影响?
答:影响发酵的产量和发酵周期, (1)接种量小,菌体生长的延迟期长,不利于外源基因的表达; (2)接种量大,有利于对基质的利用,可以缩短生长延迟期,但
会使菌体生长过快,代谢产物累积过多,反而会抑制后期菌体的生长;
3
温度的影响
在复制水平上 在转录水平上 在其他方面
通过调控复制改变基因剂量来影响基因表达 通过影响RNA聚合酶作用来调控基因表达 在mRNA降解和翻译水平上影响基因表达
温度还影响蛋白质的活性和包含体的形成。
例如:大肠杆菌合成青霉素酰化酶不仅受苯乙酸诱导和葡萄 糖阻碍,还受温度调控。
发酵生产 目的:
1、获得大量外源基因产物 2、减少宿主细胞本身蛋白质的污染
要求外源基因高水平表达
宿主、载体和克隆基因之间的相互关系及其 所处的环境条件
1 培养基的影响
培养基的组成既要提高工程菌的生长速率,又要保持重组质粒 的稳定性,使外源基因能够高效表达。
①碳源:葡萄糖、甘油、乳糖、甘露糖及果糖等。 ②氮源:酵母粉、蛋白胨、酪蛋白水解物、玉米浆和氨水、硫酸
译,细胞 需要更大的能量,需维持较高水平的DO2值(≥40%),以促进细胞 的呼吸作用,也更利于外源蛋白产物的形成。
Ccr:临界氧浓度,指不影响呼吸所允许 的最低氧气浓度。
5 诱导时机的影响
一般在对数生长期或生长对数期后期开始诱导表达 因为此期菌数量多,生长旺盛。
7
pH的影响
pH的变化 ——主要是由工程菌的代谢、培养基的组成、发酵条件来决定。
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