第二章菌种的来源微生物的特性及工业微生物的要求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菌种选育分子育种第节微生物的特性及工业微生物的要求微生物的特性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分子改造目提高生产能力提高产品质量开发新产品解决生产实际问题防止菌种退化方法基因突变自然选育诱变育种基因重组杂交原生质体融合基因工程基因直接进化点突变易错同序法等自然状态下，碱基对发生自然突变机率为自然突变有两种情况种是我们生产上所不希望看到，表现为菌株衰退和生产质量下降，这种突变成为负突变。另种是我们生产上希望看到，对生产有利，这种突变成为正突变。自然选育自然选育在工业生产上意义自然选育虽然突变率很低，但却是工厂保证稳产高产重要措施。回复突变高产菌株在传代过程中，由于自然突变导致高产性状丢失，生产性能下降，这种情况我们称为回复突变问题高产菌株是正突变高，还是负突变高自然选育操作步骤般习惯上将自然选育称为菌种分离纯化。单细胞孢子悬液制备平板分离挑选单菌落注意形态观察发酵试验二诱变育种用各种物理化学微生物在种群中占优势，使筛选变得可能。当不可能采用定向培养时，则可设计在个分类学中考虑，不能提供任何有助于筛选产生菌信息，这时只能通过随机分离办法定向培养方法物理方法加热膜过滤等，表但主要是通过培养方法定向培养富集方法底物条件培养时间培养温度等切能提高目微生物相对生长速度手段，培养固体液体分批连续后使目微生物在种群中占优势。四菌落选出从产物角度出发在培养时以产物形成有目设计培养基利用简单快速鉴定方法，如抗生素从形态角度菌落外观形态，是微生物个重要表征。如多糖产生菌在适当培养基上生长，从具有粘液性菌落外观上就可以初步识别。实例碱性纤维素酶产生菌筛选国家七五攻关项目采样造纸厂度分钟处理文献产生菌为中性牙孢杆菌，嗜碱牙孢杆菌放线菌及霉菌曲利本蓝羧甲基纤维素，培养天，选择有凹陷圈菌落从个土样中获得株株为组成型株为诱导型例醛肟水解酶筛选,培养基中含每隔天移去半培养物，补充新鲜培养基不断分析样品，个月后降低后，稀释分离条菌落五目微生物富集方法研究进展分子生物学实验手段，在微生物鉴别及特定目标产物筛选方面发挥了着越来越重要作用。如同源性分析，基因序列分析及杂交技术等目前土壤中能够培养微生物不到总数。微生物多样性及资源开发仍然是今后若干年研究重点。,陈文新科学院院士第四节菌株选育分子改造目提高生产能力提高产品质量开发新产品解决生产实际问题防止菌种退化方法基因突变自然选育诱变育种基因重组杂交原生质体融合基因工程基因直接进化点突变易错同序法等自然状态下，碱基对发生自然突变机率为自然突变有两种情况种是我们生产上所不希望看到，表现为菌株衰退和生产质量下降，这种突变成为负突变。另种是我们生产上希望看到，对生产有利，这种突变成为正突变。自然选育自然选育在工业生产上意义自然选育虽然突变率很低，但却是工厂保证稳产高产重要措施。回复突变高产菌株在传代过程中，由于自然突变导致高产性状丢失，生产性能下降，这种情况我们称为回复突变问题高产菌株是正突变高，还是负突变高自然选育操作步骤般习惯上将自然选育称为菌种分离纯化。单细胞孢子悬液制备平板分离挑选单菌落注意形态观察发酵试验二诱变育种用各种物理化学分离纯化。单细胞孢子悬液制备平板分离挑选单菌落注意形态观察发酵试验二诱变育种用各种物理化学因素人工诱发基因突变进行筛选，称为诱变育种诱变剂能够提高生物体突变频率物质称为诱变剂诱变剂物理在紫外，快中子化学硫酸二乙酯，亚硝基胍二诱变剂处理过程中几个有关问题化学诱变剂使用过程安全性诱变剂量选择诱变剂选择出发菌株选择诱变剂作用原理略压硝酸亚硝基胍三诱变育种般步骤四筛选方法随机筛选形态理性化筛选从产物形成生理生化途径着手，进行有放矢筛选。如结构类似物抗性营养缺陷型等，筛选而产生这些特性，称为遗传标记。结构类似物在化学和空间结构上和代谢中间物终产物相似，因而在代谢调节方面可以代替代谢中间物终产物功能，但细胞不能以其作为自身营养物质。高丝氨酸脱氢酶黄色短杆菌中赖氨酸合成调节机制高丝氨酸转乙酰酶天冬氨酸激酶结构类似物抗性类似物,类似物营养缺陷型如缺陷型黄色短杆菌诱变谱系,三基因直接进化突变基因突变库建立筛选基因突变库筛选基因复制与遗传步骤在分子水平上，对目标基因直接处理，然后通过高通量筛选方法，提高目标蛋白性能。主要应用酶学性能提高温度有机溶剂生理环境工业催化环境底物专性脂酶拆分甲基癸酸硝基苯酯例光学拆分选择性次错位次定点突变第二章菌种来源定点突变错位指分子体外重组，是基因在分子水平上进行有性重组。项目进化速度进化对象进化周期影响对象突变效率常规定向进化缓慢进化整个基因组多年完整基因组低快速进化特定基因操纵子病毒几天部分基因组高与常规定向进化比较类型示例特性活性增加倍数潜在应用领域抗体人源抗体亲和性生物制药酶天冬氨酸转氨酶催化特异性，生物制药内酰胺酶抗生素抗性，抗生素枯草杆菌蛋白酶耐热性耐热时间工业酶细胞因子人类干扰素抗病毒，基因治疗肿瘤抑制因子半衰期基因治疗代谢途径砷酸盐代谢途径砷酸盐解毒生物制药汞代谢途径汞解毒生物制药部分技术研究成果本章小节涉及到工业化生产对于种特定产品，只有特定微生物动植物才具有大量表达潜力传统诱变方法仍然是种采用方法，特别是自然选育是工业发酵稳产高产重要保证目前土壤中已分离微生物不到总数，微生物多样性仍然是以后若干年研究重点基因重组直接进化技术应用，大大加快了生物产品开发进程。微生物在种群中占优势，使筛选变得可能。当不可能采用定向培养时，则可设计在个分类学中考虑，不能提供任何有助于筛选产生菌信息，这时只能通过随机分离办法定向培养方法物理方法加热膜过滤等，表但主要是通过培养方法定向培养富集方法底物条件培养时间培养温度等切能提高目微生物相对生长速度手段，培养固体液体分批连续后使目微生物在种群中占优势。四菌落选出从产物角度出发在培养时以产物形成有目设计培养基利用简单快速鉴定方法，如抗生素从形态角度菌落外观形态，是微生物个重要表征。如多糖产生菌在适当培养基上生长，从具有粘液性菌落外观上就可以初步识别。实例碱性纤维素酶产生菌筛选国家七五攻关项目采样造纸厂度分钟处理文献产生菌为中性牙孢杆菌，嗜碱牙孢杆菌放线菌及霉菌曲利本蓝羧甲基纤维素，培养天，选择有凹陷圈菌落从个土样中获得株株为组成型第二章菌种来源微生物特性及工业微生物要求些工业化产品生产菌种特点自然界中有目微生物分离原则菌种选育分子育种第节微生物特性及工业微生物要求微生物特性有些微生物能在厌氧条件下生长有些微生物能够利用简单有机物和无机物满足自身生长有些微生物能进行复杂代谢有些微生物能利用较复杂化合物有些微生物能在极端环境下生长二工业化菌种要求能够利用廉价原料，简单培养基，大量高效地合成产物有关合成产物途径尽可能地简单，或者说菌种改造可操作性要强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放线菌链霉素四环素红霉素等真菌青霉素头孢等些产芽孢细菌植物或动物来源抗生素生产有关微生物抗生素是次级代谢产物，需要生物体进行复杂代谢，目前发现生物来源如下第二节已工业化产品生产菌介绍二氨基酸生产有关微生物代谢控制发酵用人工诱变方法，有意识地改变微生物代谢途径，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。,年代以氨基酸发酵为代表代谢控制发酵，是发酵工业发展历史上个转折点高丝氨酸脱氢酶黄色短杆菌中赖氨酸苏氨酸蛋氨酸和异亮氨酸合成调节机制高丝氨酸转乙酰酶天冬氨酸激酶氨基酸生产菌要求代谢途径比较清楚，代谢途径比较简单谷氨酸发酵菌种其它氨基酸生产菌棒杆菌属，短杆菌属节杆菌属或小杆菌属棒型细菌常规菌种般也是以谷氨酸生产菌选育而成工程菌，大肠杆菌，枯草芽孢杆菌三食品酶制剂生产有关微生物开发个新酶，都要经过系列研究毒理试验。关于食品用酶，美国需要得到批准。目前已同意使用仅仅少数微生物能用于生产食品用酶。淀粉酶黑曲霉米曲霉米根酶枯草牙孢杆菌和地衣牙孢杆菌三常用基因表达系统原核生物大肠杆菌年枯草牙胞杆菌沙门氏菌生长迅速蛋白产量高表达蛋白纯化分离及分析快速外源基因导入相对容易已建立了整套表达理论及技术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具有定修饰蛋白能力。中国仓鼠卵巢细胞细胞表达系统具有准确转录后修饰功能具有产物胞外分越功能，便于下游产物分离纯化具有重组基因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很少分泌自身内源蛋白。微生物包括动植物细胞几乎可以生产我们所需切产品，但是涉及到工业化生产对于种特定产品，只有特定微生物才具有大量表达潜力。问题生产抗生素微生物能不能用于生产氨基酸礼来,花了年时间从万株微生物中，发现了三种有潜力新抗生素。例第三节自然界中有目微生物分离原则菌种分离般过程土样采取预处理培养菌落选择产品鉴定如何使样品中所含微生物可能性大如何在后续操作中使这种可能性实现目高效地获取株高产目产物微生物问题二采样时要注意问题气候水分空气来源要广结合产品特点标签地点时间气候等富集三种方案定向培养采用特定有利于目微生物富集条件，进行培养。三目微生物富集些基本方法富集目让目微生物在种群中占优势，使筛选变得可能。当不可能采用定向培养时，则可设计在个分类学中考虑，不能提供任何有助于筛选产生菌信息，这时只能通过随机分离办法定向培养方法物理方法加热膜过滤等，表但主要是通过培养方法定向培养富集方法底物条件培养时间培养温度等切能提高目微生物相对生长速度手段，培养固体液体分批连续后使目微生物在种群中占优势。四菌落选出从产物角度出发在培养时以产物形成有目设计培养基利用简单快速鉴定方法，如抗生素从形态角度菌落外观形态，是微生物个重要表征。如多糖产生菌在适当培养基上生长，从具有粘液性菌落外观上就可以初步识别。实例碱性纤维素酶产生菌筛选国家七五攻关项目采样造纸厂度分钟处理文献产生菌为中性牙孢杆菌，嗜碱牙孢杆菌放线菌及霉菌曲利本蓝羧甲基纤维素，培养天，选择有凹陷圈菌落从个土样中获得株株为组成型株为诱导型例醛肟水解酶筛选,培养基中含每隔天移去半培养物，补充新鲜培养基不断分析样品，个月后降低后，稀释分离条