青霉素合成基因
青霉素的研究发展
青霉素的研究发展一、青霉素的发展1、青霉素的发现青霉素是人类发现的第一种毒性很小又能有效杀菌的抗生素，从其发现到量产经历了14年。
1928年，英国人亚历山大·弗莱明意外地发现了一种能够“溶解”葡萄球菌的霉菌，他把这种霉菌命名为青霉素。
1939年，他将历时10年培养的菌种提供给牛津大学澳大利亚病理学家弗洛里和英国生物化学家钱恩。
1940年，他们完成了制备青霉素结晶体和动物实验。
辉瑞公司第一个盯上青霉素的人叫约翰·史密斯，他1906年加入辉瑞实验室，一直致力于把辉瑞从化学品提供商转型为主要的以研究为基础的制药企业。
1914年，他曾经一度离开辉瑞，加入施贵宝公司负责研发，1919年回到辉瑞。
1930年后，他了解到弗莱明对青霉素的早期研究之后，对其疗效做了进一步的调查。
1941年，第二次世界大战爆发，史密斯接受了美国政府下达的艰巨任务：大规模量产青霉素，以供战时之需。
辉瑞采用其特有的深罐发酵技术完成了任务（由约翰·麦基具体领导），并同时成为世界上首个生产青霉素的公司。
1945年，辉瑞生产的青霉素已经占到全球产量的一半（我国从1953年开始生产青霉素，从当时看，也是紧跟世界的脚步了，到2001年，我国生产的青霉素也超过了全球产量一半，可是辉瑞已经准备关闭其抗生素工厂了），无数在战时负伤感染的人得到拯救。
2.1、青霉素的发展自1940年青霉素投入使用以来，该类抗生素以其疗效确切、对人体细胞毒性小且价格低廉而广泛应用，临床首选于G＋球菌所致的感染。
目前，青霉素类抗生素已从抗阳性窄谱品种发展到广谱的品种，按其抗菌作用可分为：①主要抗G＋菌的窄谱青霉素，如天然青霉素G、青霉素V，耐青霉素酶的半合成青霉素甲氧西林、氯唑西林、氟氯西林。
②主要作用于G－菌的窄谱青霉素，如美西林、替莫西林。
③抗一般G－杆菌的普青霉素，如氨苄西林、阿莫西林、仓氨西林。
④抗绿脓杆菌的广谱青霉素，如羧苄西林、替卡西林、哌拉西林、阿洛西林、阿扑西林等。
人教版生物选修3(课后习题)1.3 基因工程的应用 Word版含答案
1.3基因工程的应用基础巩固1转基因动物是指( )A.提供基因的动物B.基因组成中转入了外源基因的动物C.能产生白蛋白的动物D.能表达基因遗传信息的动物2若利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种,其在环境保护上的重要意义是( )A.减少氮肥使用量,降低生产成本B.减少氮肥生产量,节约能源C.避免因施用氮肥过多引起的环境污染D.改良土壤的群落结构、海华水”,化引起淡水“赤洋,污染环境。
利用现象”“潮基因工程技术培育能固氮的水稻新品种,可减少氮肥施用量,避免水体富营养化,保护环境。
3下列哪项不是植物基因工程技术的主要应用?( )A.提高农作物的抗逆性B.生产某些天然药物C.改良农作物的品质D.作器官移植的供体项为动物基因工程技术的重要应用。
4基因治疗是指( )A.把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中,达到治疗疾病的目的B.对有基因缺陷的细胞进行修复,从而使其恢复正常,达到治疗疾病的目的C.运用人工诱变的方法,使有基因缺陷的细胞发生基因突变后恢复正常D.运用基因工程技术,把有缺陷的基因切除,达到治疗疾病的目的疗,其基本方法都是把相应的正常基因导入有基因缺陷的相关细胞中,从而使病人恢复正常。
5科学家运用转基因技术,将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因转到大白菜细胞中,培育出抗虫效果很好的优质大白菜,减少了农药的使用量,保护了环境。
下列说法正确的是( )A.抗虫基因中含有终止密码子B.抗虫基因能在大白菜细胞中正常表达C.转基因技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和载体D.限制酶识别的序列一定是GAATTC于终止密码子存在,子mRN不同的限制酶识别的序A,上。
载体不是酶。
限制酶有多种列大都不相同。
6以下关于抗病转基因植物成功表达抗病毒基因后的说法,正确的是( )A.可以抵抗所有病毒B.对病毒的抗性具有局限性或特异性C.可以抵抗害虫D.可以稳定遗传,不会变异,毒并不是所有病,也不可以抗虫。
抗病毒基因也会发生变异。
毒7下列不属于利用基因工程技术制取药物的是( )A.从大肠杆菌体内获取白细胞介素B.从酵母菌体内获得干扰素C.利用青霉菌获取青霉素D.从大肠杆菌体内获得胰岛素等如大肠杆菌、酵母菌(胞)中并使,该基因得到高效表达以产生药物,然后通过培养微生物来获得药物的一种技术。
青霉素合成途径中的关键酶及其调节机制研究
青霉素合成途径中的关键酶及其调节机制研究青霉素是一种广谱抗生素，对许多细菌都具有杀菌作用，是临床常用的抗生素之一。
青霉素的合成过程是复杂的，需要多种酶催化反应，其中关键的酶包括青霉素酰化酶、六氢青霉素去酰化酶、青霉素环化酶等。
本文将就这些关键酶及其调节机制进行探讨。
1. 青霉素酰化酶青霉素酰化酶是青霉素的合成过程中最重要的酶之一，也是青霉素选择性毒性的重要原因。
青霉素酰化酶的作用是将丙酮酸与L-α-氨基己酸缩合成6-氨基青霉素酸，然后将丙酮酸分解成H2O和丙酮，再将6-氨基青霉素酸酰化为青霉素酸。
青霉素酰化酶的催化作用需要青霉素酰化酶基因表达和调控，该基因的表达受多种因素调控，如温度、pH值、营养物质等。
已有研究表明，醛糖酸代谢中的相应基因对青霉素酰化酶的表达具有调节作用。
2. 六氢青霉素去酰化酶六氢青霉素去酰化酶是青霉素合成途径中的另一关键酶。
其作用是将6-氨基青霉素酸还原成6-氢基青霉素酸，然后将一部分6-氢基青霉素酸氧化成6-羟基青霉素酸，最后将剩余的6-氢基青霉素酸还原为6-氢基青霉素。
六氢青霉素去酰化酶的催化过程比较复杂，需要多种辅酶的参与。
该酶活性的调节与多种因素有关，如温度、pH值、金属离子、化学试剂等。
已有研究表明，多种代谢产物和信号分子可以对六氢青霉素去酰化酶的活性产生影响，如醋酸、己糖酮等。
3. 青霉素环化酶青霉素环化酶是青霉素合成途径中的另一重要酶。
其作用是将6-羟基青霉素酸环化成青霉素，进而形成半合成青霉素等抗生素。
青霉素环化酶的催化过程也比较复杂，需要多种辅酶的参与。
该酶活性的调节与多种因素有关，如金属离子、化学试剂、激素等。
已有研究表明，一些代谢产物、抗生素和信号分子可以对青霉素环化酶的活性产生影响，如β-内酰胺类抗生素、巴豆酸等。
总之，青霉素合成途径中的关键酶对青霉素的产生和功能具有重要作用。
这些酶的催化反应需要多种因素的参与和调节，其中包括基因表达、温度、pH值、营养物质、金属离子、化学试剂、代谢产物、抗生素等。
青霉素菌株的培育原理
青霉素菌株的培育原理青霉素是一种由霉菌产生的抗生素，广泛用于临床医学中的抗感染治疗。
青霉素的生产首先需要培养出高产量的青霉素菌株。
本文将介绍青霉素菌株的培育原理，包括菌株的选育、培养基的选择和优化，以及培养条件的控制等方面。
青霉素菌株的选育是培养高产量青霉素的关键步骤。
选育青霉素菌株主要是通过从自然环境中筛选或基因改造的方法得到的。
自然环境中有很多能产生青霉素的霉菌，如盘尼西林蓝霉菌(Penicillium chrysogenum) 和秋霉(Penicillium notatum) 等。
这些菌株可以通过传代培养或继代培养得到高产青霉素的菌株。
培养基的选择和优化是培育青霉素菌株的重要步骤。
培养基是提供菌株生长所需的营养物质和环境条件的基础。
对于青霉素菌株的培养，需要使用一种含有碳源、氮源、无机盐和生长因子等的培养基。
常用的培养基有复合碳氮盐培养基(complex carbon-nitrogen-salt medium) 和液态发酵培养基(liquid fermentation medium) 等。
在培养基中添加适当的激素和辅酶等物质，可以促进菌株的生长和产生青霉素的能力。
培养条件的控制也是培养青霉素菌株的关键因素。
青霉素的生产需要适宜的温度、pH值、氧气浓度等环境条件。
一般来说，适宜的温度范围是20-28摄氏度，但不同的菌株可能有不同的最适温度。
pH值通常在5-7之间，过高或过低的pH 值都会影响青霉素的产量。
此外，适宜的氧气浓度也是促进青霉素产量的重要因素。
一般来说，青霉素的产量在高氧气浓度下会较低，而在较低的氧气浓度下会较高。
除了上述因素外，培养青霉素菌株还需要注意以下几点。
首先，培养容器和培养方式的选择也会影响青霉素的产量。
常用的培养容器有培养瓶、发酵罐等，而培养方式包括液态发酵和固态发酵等。
其次，菌株的接种量、培养时间和采样方式等也需要根据具体情况进行调整。
最后，外界环境的卫生和操作的注意事项也会对菌株的培养产生重要影响。
青霉素菌种选育的新方法
青霉素菌种选育的新方法
青霉素是一种广泛应用于临床的抗生素，但由于细菌的耐药性不断增强，传统的青霉素菌种选育方法已经难以满足临床需求。
因此，科学家们正在不断探索新的青霉素菌种选育方法，以提高青霉素的疗效和治愈率。
近年来，基因编辑技术的发展为青霉素菌种选育带来了新的机遇。
科学家们通过基因编辑技术，可以精准地修改细菌的基因组，使其具有更强的抗药性和更高的产药能力。
例如，科学家们可以通过基因编辑技术，将青霉素合成途径中的关键基因进行改造，使其产生更多的青霉素，或者使其对抗药物的能力更强。
此外，人工智能技术的应用也为青霉素菌种选育带来了新的思路。
科学家们可以通过人工智能技术，对大量的细菌基因组数据进行分析和挖掘，找到与青霉素合成相关的基因，从而筛选出具有更高产药能力的菌株。
这种方法不仅可以提高青霉素的产量，还可以减少对环境的污染和资源的浪费。
除此之外，生物学家们还在探索其他的青霉素菌种选育方法。
例如，利用微生物共生的方式，将青霉素合成途径中的关键基因转移到其他微生物中，从而产生更多的青霉素。
此外，还有一些生物学家正在研
究利用植物和动物的共生菌株，来产生更高效的青霉素。
总之，青霉素菌种选育是一个复杂而重要的领域，科学家们正在不断
探索新的方法和技术，以提高青霉素的疗效和治愈率。
基因编辑技术、人工智能技术、微生物共生等方法都有着广阔的应用前景，相信在不
久的将来，我们将会看到更多的青霉素菌种选育的新方法的出现。
青霉素高产菌株的培育原理
青霉素高产菌株的培育原理青霉素是一种重要的抗生素，广泛应用于临床医学领域。
为了提高青霉素的产量，需要培育出高产菌株。
青霉素高产菌株的培育原理主要涉及四个方面：基因筛选，优化培养条件，代谢工程和遗传改造。
1. 基因筛选基因筛选是通过筛选出具有青霉素高产潜力的微生物菌株。
常用的筛选策略包括：•亲和筛选法：利用青霉素对微生物的抑制作用，将微生物菌株培养于含有青霉素的培养基上，观察哪些菌株能够生长并形成抑制圈的菌落。
•抗性筛选法：将一种或多种对青霉素抗性基因导入到微生物菌株中，并在含有青霉素的培养基上培养，观察哪些菌株能够生长。
•高通量筛选法：利用基因组学和转录组学的高通量技术，对大量的微生物菌株进行筛选，鉴定并克隆与青霉素合成相关的基因。
基因筛选的目标是选出具有高青霉素合成潜力的菌株，为后续的培养条件优化和代谢工程提供基础。
2. 优化培养条件优化培养条件是提高青霉素产量的关键步骤。
常见的优化方法包括：•培养基优化：通过优化培养基的配方，如碳源、氮源、矿盐和pH值等，来提高细胞生长和代谢活性。
•培养条件调控：控制培养温度、pH、氧气供应和搅拌速度等条件，以提高细胞生长速度和代谢产物的积累。
•添加辅助物质：如添加青霉素前体、诱导剂、辅助酶等，以促进青霉素的合成。
•产量监测和调控：通过检测菌体内青霉素产量的变化，了解其合成规律，并根据需要进行调控。
培养条件的优化旨在为高青霉素产量的菌株提供适宜的生长环境，促进青霉素的合成。
3. 代谢工程代谢工程是通过改造微生物的代谢途径，增强青霉素合成的能力。
主要包括：•基因表达调控：通过调控青霉素合成相关基因的表达，使其在合成途径中起到更重要的作用。
•代谢途径优化：通过改造青霉素生物合成的关键酶或代谢途径，提高酶的催化能力和底物利用效率。
•异源基因导入：导入其他微生物中的相关基因，增加青霉素合成途径的多样性和复杂性。
代谢工程的目标是改造微生物的代谢途径，增强青霉素的合成能力，提高其产量。
青霉素的研究进展
本科课程论文学院 **学院专业制药工程课程药学史与方法论年级2012级学号 ***** 姓名*** 指导教师 ***教授成绩青霉素的研发进摘要：青霉素是第一种能够治疗人类疾病的抗生素, 在与细菌作斗争和保护人类健康中起重要作用。
青霉素的出现，使人类终于有了对抗细菌感染的特效药，在二战时期欧洲战场上无数伤员因伤口感染化脓而死亡，当时的抗菌良药磺胺也无济于事，此时青霉素发挥了它的作用，挽救了成千上万伤员的生命。
青霉素的发现，引发了医学界寻找抗菌素新药的高潮，人类进入了合成新药的时代。
本文主要对青霉素的发现、发展、结构和分类, 以及青霉素的作用机制、生产方法和使用现状等方面进行了介绍。
关键词：青霉素；青霉素的结构、分类；抗菌作用机制；生产方法一、青霉素的开发历程1928年9月，细菌学家亚历山大•弗莱明在英国伦敦圣玛丽医院的一间实验室里发现，青霉菌具有强烈的杀菌作用，而且就连其培养汤也有较好的杀菌能力。
于是他推论，真正的杀菌物质一定是青霉菌生长过程的代谢物，并将青霉菌分泌的抑菌物质称为青霉素[1]。
并于1929年在《不列颠实验病理学杂志》上，发表了《关于霉菌培养的杀菌作用》的研究论文，介绍了青霉素的杀菌作用等性质，由当时提取的青霉素杂质较多，性质不稳定，疗效不太显著，人们没有给青霉素以足够的重视。
1939年钱恩、弗洛里等人在检索文献时，意外地发现了弗莱明10年前发表的关于青霉素的文章。
他们立刻把所有工作转到对青霉素的专门研究上来。
到了年底，钱恩终于成功地分离出像玉米淀粉似的黄色青霉素粉末，并把它提纯为药剂。
实验结果表面，黄色粉剂稀释三千万倍仍然有效且其抗菌作用比磺胺类药物还强9倍，比弗莱明当初提纯的青霉素粉末的有效率还高一千倍，而且没有明显的毒性。
1940弗莱明动身赶到牛津会见钱恩和弗洛里，并毫不犹豫地把自己培养了多年的青霉素产生菌送给了弗洛里，利用这些产生菌，钱恩等人培养出效力更大的青霉素菌株。
弗洛里等人四处奔波，希望英国的药厂能投产这一大有前途的新药，遗憾的是多数药厂都借口战时困难而置之不理。
利用基因工程技术改良微生物产生的抗生素
利用基因工程技术改良微生物产生的抗生素随着抗生素的广泛使用，抗生素耐药性问题日益严重，已经成为全球公共卫生关注的焦点。
为了解决抗生素耐药性的挑战，科学家们不断探索利用基因工程技术改良微生物产生的抗生素的方法。
本文将从两个方面介绍基因工程应用在改良微生物抗生素生产中的研究进展。
一、基因工程在改良微生物产生抗生素的基础上的应用科学家们利用基因工程技术来改良微生物产生抗生素。
首先，他们通过分析微生物合成抗生素的关键酶的基因组成，识别出参与抗生素合成的关键基因。
然后，通过基因编辑技术（如CRISPR-Cas9系统），将目标基因进行靶向修饰、添加或删除，从而使微生物产生抗生素的效率或种类得到改善。
例如，科学家们利用基因工程技术，成功改造了链霉菌合成青霉素的基因，使其产生出更高效的青霉素。
通过修改青霉素合成途径中关键的基因表达，提高了青霉素的产量。
这种基因工程方法的应用，不仅提高了抗生素的生产效率，还能够降低生产成本，为抗生素的大规模生产提供了基础。
二、基因工程在创造新型抗生素中的应用除了改良现有抗生素的生产，基因工程技术还被应用于创造新型抗生素的研究。
科学家们通过基因重组和反向遗传工程等手段，将从其他微生物或自然环境中发现的抗生素合成途径与目标微生物的基因组进行融合，以创造出新的抗生素。
例如，研究人员发现了一种名为"Streptomyces avermitilis"的微生物，它产生的抗生素称为阿黴素。
然而，阿黴素对某些寄生虫具有很好的效果，而对人类则有毒。
为了开发出更安全有效的抗寄生虫药物，科学家们利用基因工程技术改造了阿黴素的合成途径，通过添加或删除特定的基因，创造出新型的抗寄生虫药物。
这为研发更具选择性和高效性的抗生素提供了新的思路和途径。
综上所述，基因工程技术在改良微生物产品抗生素产生的基础上，以及创造新型抗生素的研究中发挥了重要作用。
随着技术的不断进步和创新，相信基因工程技术将为抗生素研发和生产带来更多突破和进展，为解决抗生素耐药性问题提供更多解决方案。
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将含有青霉素合成基因的DNA片段转入其它宿 主，宿主获得合成青霉素的能力
根据大量的实验结论，目前认为青霉素合成基 因的调控靠一些全局调控因子完成
已发现的全局调控因子
LaeA
Velvet复合物 PcRFX1
基因工程育种
育种历史
Fleming：2U/ml 产黄青霉NRRL1951:100U/ml
进展
1,3-diaminopropane和spermidine可以促进青 霉素合成基因的表达。其机制是促进laeA基因 的表达，由其合成的laeA介导激活青霉素合成 基因
penT通过促进苯乙酸和苯氧乙酸这两种前体物 质的跨膜运输来提高青霉素的产量
大肠杆菌青霉素结合蛋白PBP5：结合青霉素后 打开β-内酰胺环，令其丧失功能
4.将该阅读框构建入载体并转换大肠杆菌。实验 发现，含有该阅读框的大肠杆菌的培养液表现 出IPNS活性。对含有该阅读框的大肠杆菌培养 液进行SDS-PAGE，发现了与IPNS迁移率相同 的蛋白质
SDS-PAGE结果
该阅读框编码的蛋白质为IPNS。用此方法获得 pcbC 随后，pcbAB、penDE相继被克隆
先看看S. M. Samson, R. Belagaje, D. T. Blankenship, J. L. Chapman, D. Perry, P. L. Skatrud, R. M. Van Frank, E. P. Abraham, J. E. Baldwin, S. W. Queener等人的实验
把这种融合酶至于体外反应器，可不可以直接以α-氨 基己二酸、半胱氨酸和缬氨酸为原料合成青霉素呢？ 这样的理论转化率可以达到100%
青霉素合成基因
回顾历史
1928年，弗莱明发现点青霉抑制金黄色葡萄球 菌生长的现象。 1940年弗洛里、钱恩完成青 霉素结晶
美国制药企业于1942年开始对青霉素进行大批量生产。到了 1943年，制药公司已经发现了批量生产青霉素的方法。当时英 国和美国正在和纳粹德国交战。这种新的药物对控制伤口感染非 常有效。到1944年，药物的供应已经足够治疗第二次世界大战
设想
IPNS和AT的基因相邻，因此将这两种酶制成融合酶具 有空间上的优势。如果制成这种融合酶，那会不会使 效价更高呢？
如果让pcbAB倒位，然后通过点突变让三个基因位于同 一个转录单元，并转录出只含一个ORF的mRNA，那么 该mRNA的翻译产物是不是ACVS、IPNS和AT的融合酶 呢？这种融合酶会不会使青霉素得率更高呢？
经典实验：pcbC的克隆
1.对IPNS进行N端测序
2.根据测序结果设计探针（下划线）
测序结果
3.构建顶头孢霉菌（Cephalosp。对阳性克隆测序。
在获得的序列中发现了一个编码分子量38416 的多肽的开放阅读框。该多肽的分子量与SDSPAGE测得的IPNS分子量接近（40000）
传统的育种随机性大。人们期待理性设计。这 必须求助于青霉素合成的基因
1991年，首次开始青霉素的基因工程育种
目前青霉素发酵的效价可达到85000U/ml
基因工程育种策略
1.增加基因拷贝数
（1）通过增加产黄青霉Wis 54-1255的pcbC和penDE的 拷贝数，该菌株青霉素产量提高40% （2）扩增整个青霉素合成基因簇，可使产率提高176% （3）扩增3个pcbAB、1个pcbC、2个penDE可是产率与 摇瓶相比提高299%
期间所有参战的盟军士兵
多罗西· 霍奇金通过x射线衍射，提出青霉素分 子结构
背景介绍
1.青霉素产生菌种
点青霉(Penicillum
nototum)
产黄青霉(Penicillum
chrysogenum) nidulans)
构巢曲霉(Aspergillus ……
2.青霉素合成途径
3.研究表明，IPNS为关键酶
青霉素合成基因
在产黄青霉和构巢曲霉中，青霉素的合成由三 个基因控制。它们分别是pcbAB、pcbC和 pcbDE。这三个基因位于同一条染色体上
青霉素合成基因的结构
基因表达的产物
pcbAB：ACV合成酶
pcbC：IPN合成酶 penDE：IPN酰基转移酶（AT）
基因的克隆------以顶头孢霉菌pcbC为例
基因表达的调控
青霉素合成基因的表达受碳源、氮源、pH等因 素的调控
影响基因表达的调控的因素
碳源:研究发现，葡萄糖对青霉素的发酵有抑制 作用。故工业上采用补料添加葡萄糖等方式解 除抑制
氮源：高浓度铵离子对产黄青霉（P. chrysogenum） 发酵青霉素有抑制作用 pH：当pH为8.1时，构巢曲霉（A. nidulans） 产青霉素效价高
对葡萄糖效应的解释
代谢角度：抑制LLD-ACV的合成
化学角度：青霉素和葡萄糖发生反应？ 基因角度：pcbAB、pcbC、penD的转录受葡萄 糖的阻遏
对pH和氮源影响青霉素代谢的解释
pH通过转录调控因子PACC的介导调控青霉素 合成
铵离子直接影响青霉素合成基因的表达
调控机理
一些实验结论： 含有青霉素合成基因的DNA区段未见合成调控 因子的区域
2.增强酶的表达量
用乙醇脱氢酶的启动子取代ACVS的天然启动子可以使其 表达量增加
青霉素合成的基因小结
pcbAB、pcbC、penDE分别编码青霉素合成三 部曲对应的三个酶。其中pcbC编码的IPSN为关 键酶。
青霉素合成基因受全局调控因子调控。如LaeA、 Velvet复合物、 PcRFX1 增加基因拷贝数和酶的表达实现基因工程育种