微生物代谢的人工控制
微生物代谢人工调节
产 谷 氨 酸 棒 杆 菌 的 谷 氨 酸 合 成 途 径
以废糖蜜为原料的谷氨酸发酵中，因生物素浓 度过高遇到了困难，通过使用青霉素得以克服。这 是因青霉素阻碍细菌生长和细胞壁合成，有利于谷 氨酸的生成和分泌。 表面活性剂具有类似青霉素的作用。其成分中 ，硬脂酸、脂肪酸最有效。这些酸类影响细胞膜的 脂质合成，并改变细胞膜的脂肪酸类组成，从而增 加对谷氨酸的透性。 缺陷油酸型变异株和缺陷甘油型变异株，即使 在生物素丰富的培养基中,在控制这些物质的浓度下 ，也能积累大量谷氨酸。目前,以醋酸为原料的发酵 法制造已建立。发酵中，生物素的影响同样存在。 醋酸是异柠檬酸分解酶的诱导物，并且，醋酸能代 替生物素的部分作用。因此，必须把生物素的浓度 控制得更低。
（图1）对于直线式代谢途径 ，选育末端代谢产物营养缺 陷型的突变株只能积累中间 代谢产物。如末端产物E对途 径第一个酶有反馈阻遏或反 馈抑制，而菌株失去了将C转 化成D的力，是E的营养缺陷 型。假如在培养基中限量添E ，菌体得以生长，中间产物C 能够大量积累。 （图2）对于分支代谢途径。 分支途径因E和G对途径第一 个酶有协同反馈控制，而突 变株失去了将C转变成D的能 力，产物E无法正常生成, 从 而解除了E和G的协同反馈控 制。若培养基中限量补充E， 由于末端产物G对C到F反应的 控制，就会造成中间产物C的 积累。
2）通过细胞膜缺损突变控制细胞膜渗透 性
应用谷氨酸生产菌的油酸缺陷型菌株， 在限量补充油酸的培养基中，因为油酸是细 菌细胞膜磷脂中重要的脂肪酸，油酸缺陷型 突变株不能合成油酸而使细胞膜缺损, 使细 胞膜发生渗漏而提高谷氨酸的产量。
3）加入表面活性剂
将脂类从细胞壁中溶解，使细胞壁疏松， 通透性增加
4）控制Mn2+ 、Zn2+的浓度 控制Mn
合成生物学——人工合成微生物代谢途径的研究
合成生物学——人工合成微生物代谢途径的研究随着人类对生命的认识不断深入，合成生物学成为了一个热门的研究领域。
通过模拟自然界中的基因操作和遗传变异，人们可以通过自主设计和构建微生物的代谢途径来实现对生物体系的控制和调节。
这种技术不仅可以用来生产高附加值化学品，还可以为制药、农业、食品和能源等领域提供新技术和新思路。
一、微生物代谢途径的基础知识微生物是一类简单的生物体系，拥有独特的代谢过程和生命活动方式。
代谢过程是细胞在生命过程中进行一系列生化变化，使它们从低能态成分转化为高能态成分的过程。
微生物代谢的多样性和灵活性是探索生命的基本条件，同时也为人们提供了实现人工合成和改造微生物的平台。
微生物代谢通常包括两个步骤：底物转化和产品合成。
底物转化是指细胞将外源性或内源性底物分解为一系列代谢产物，而产品合成是细胞合成高某个化学品的过程。
底物转化和产物合成过程相互联系，共同推动微生物的代谢活动。
微生物的代谢途径非常复杂，在不同的培养条件下可能会产生各种代谢产物。
二、人工合成微生物代谢途径的原理对微生物代谢途径的构建过程就是对微生物代谢途径进行改造和优化的过程。
它通过引入外源基因从而增加或删除底物转化和产物合成酶的数量，从而达到改变微生物代谢途径的目的。
在这个过程中，最重要的是通过调整微生物代谢途径的平衡点来控制代谢活动。
这种方法可以建立新的代谢途径，还可以调整和改变单个酶的活性和特异性。
人工合成微生物代谢途径的目标是生产一种或多种特定的化学品和生物产品。
例如，通过修改大肠杆菌的嗜酸乳杆菌酸代谢途径来合成异戊酸，这种新的微生物白叟更容易生存，并且可以提高产量和稳定性。
此外，人工合成微生物代谢途径还可以利用植物或其他微生物的酶代替微生物中缺少的酶，从而增加代谢产物种类和数量。
这种方法被广泛应用于生产制药，并已推广到食品、化学和能源等领域。
三、合成生物学在人工合成微生物代谢途径中的应用合成生物学是一种新兴的生物学技术，它将基因工程、系统生物学和合成化学等多个学科领域进行了整合。
微生物的代谢
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代谢产物
初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖。 脂类、维生素等。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不 停地进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。
次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非 是微生物生长和繁殖所必需的物质，如抗生素。毒素、激素、色素等。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物 不相同，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。其中，抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机 化合物，种类很多，常用的有链霉素、青霉素、红霉素和四环素等。
在生产实际中，人们将通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程叫做发酵。发酵的种类很多。根据 培养基的物理状态，可分为固体发酵和液体发酵；根据所生成的产物，可分为抗生素发酵、维生素发酵和氨基酸 发酵等；根据发酵过程对氧的需求情况，可分为厌氧发酵（如酒精发酵、乳酸发酵）和需氧发酵（如抗生素发酵、 氨基酸发酵）。
人工控制
人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件（即发酵条件）等。例如， 黄色短杆菌能够利用天冬氨酸合成赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸。其中，赖氨酸是一种人和高等动物的必需氨基酸， 在食品、医药和畜牧业上的需要量很大。在黄色短杆菌的代谢过程中，当赖氨酸和苏氨酸都累计过量时，就会抑 制天冬氨酸激酶的活性，使细胞内难以积累赖氨酸；而赖氨酸单独过量就不会出现这种现象。例如，在谷氨酸的 生产过程中，可以采取一定的手段改变细胞膜的透性，是谷氨酸能迅速排放到细胞外面，从而解除谷氨酸对谷氨 酸脱氢酶的抑制作用，提高谷氨酸的产量。
代谢控制发酵-8.1酶活性的调节
微生物生理学南开大学生命科学学院第八章微生物的代谢调节一、酶活性的调节二、酶合成的调节三、初级代谢的调节四、次级代谢的调节五、微生物代谢的人工控制微生物代谢的原则微生物的生命活动遵循着高度有效、不浪费原材料和能量的原则，实现对代谢的精密调控。
概念微生物的代谢调节是指微生物的代谢和方向按照微生物的需要而改变的一种作用。
酶合成的调节酶合成的诱导（induction）酶合成的阻遏（repression）酶活性的调节酶活性的激活（activation）酶活性的抑制（inhibition）一酶活性的调节概念：通过改变酶分子构象或分子结构来调节活性，是蛋白质翻译后的调节。
特点：速度快而灵敏。
激活：激活剂（activator）大多是金属阳离子。
抑制：反馈抑制。
抑制与激活的协调作用。
反馈抑制概念：反馈抑制是指代谢的末端产物对酶活性的抑制。
线形代谢途径的反馈抑制1协同反馈抑制累积反馈抑制超相加反馈抑制顺序反馈抑制同工酶和多功能酶反馈抑制分支代谢途径的反馈抑制2酶活性调节的分子机制调节酶：酶的活性可以被调节的酶，多是限速酶。
（酶分子构象的改变）（酶分子包括催化中心和调节中心）别构调节理论1（酶分子结构的改变）酶分子的化学修饰理论2分子机制酶的共价修饰磷酸化/脱磷酸化对酶活性的调节腺苷酰化/脱腺苷酰化对酶活性的调节乙酰化/脱乙酰化对酶活性的调节ADP-核糖基化/脱ADP-核糖基化对酶活性的调节酶的共价修饰是蛋白翻译后的调节二酶合成的调节在基因表达水平调控酶的合成。
例：大肠杆菌中乳糖和半乳糖的诱导表达协同诱导（coordinated induction ）1顺序诱导（sequential induction ）2酶合成的诱导组成酶诱导酶多顺反子概念IPTG 和X-gal酶合成的阻遏阻止酶合成的现象称作酶合成的阻遏。
阻止酶合成的物质为阻遏物。
（feed back repression ）终点产物反馈阻遏1（catabolic repression ）分解代谢物阻遏2酶合成调节的遗传机制操纵子（operon）学说，1961年Jacob和Monod提出，获得了1965年诺贝尔生理奖。
微生物工程--5--代谢调节和工程
微生物工程--5--代谢调节和工程∙代谢类型：分解代谢和合成代谢⌝代谢调节(regulation ofmetablism）是指微生物的代谢速度和方向按照微生物的需要而改变的一种作用,即自我调节。
∙微生物代谢的控制是指运用人为的方法对微生物的代谢调节进行遗传改造和条件的控制，以期按照人们的愿望，生产有用的微生物制品。
∙代谢调节的方式∙ 1.细胞透性的调节：细胞质膜的透性直接影响物质的吸收和代谢产物的分泌，从而影响到细胞内代谢的变化。
⌝细胞质膜的透性的调节是微生物代谢调节的重要方式，由它控制着营养物质的吸收和产物分泌。
∙ 2.代谢途径区域化:原核微生物细胞结构虽然简单，但也划分出不同的区域，对于某一代谢途径有关的酶系则集中某一区域，以保证这一代谢途径的酶促反应顺利进行，避免了其他途径的干扰。
∙ 3.代谢流向的调控:微生物在不同条件下可以通过控制各代谢途径中某个酶促反应的速率来控制代谢物的流向，从而保持机体代谢的平衡。
它包括两种形式ϖ由一个关键酶控制的可逆反应由两种酶控制的逆单向反应∙ 4.代谢速度的调控：在不可逆反应中，微生物通过调节酶的活性和酶量来控制代谢物的流量。
⌝微生物在不同条件下能按照需要，通过激活或抑制原有酶的活性或通过诱导或阻遏酶的合成来自我调节其代谢速度，使之高度经济有效地利用能量和原料进行生长繁殖。
∙酶合成的调节：概念：⌝酶活性调节是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。
影响因素：底物和产物的性质和浓度，环境因子(如压力、p H、离子强度和辅助因子等) 调节方式：激活已有酶的活性，抑制已有酶的活性∙（一）激活：在激活剂的作用下，使原来无活性的酶变成有活性，或使原来活性低的酶提高了活性的现象。
⌝代谢调节的激活作用：主要是指代谢物对酶的激活。
ϖ前（体）馈激活，指代谢途径中后面的酶促反应，可被该途径中较前面的一个中间产物所促进。
ϖ代谢中间产物的反馈激活，指代谢中间产物对该代谢途径的前面的酶起激活作用∙（二）抑制：由于某些物质的存在，降低酶活性的现象。
高中生物论文“微生物的代谢”要点精讲
“微生物的代谢”要点精讲
一、微生物代谢特点及原因：代谢异常旺盛。
微生物的表面积与体积之比很大，使之能迅速与外界进行物质交换。
注意：在培养基中没有葡萄糖的存在的情况下，大肠杆菌在乳糖的诱导下才开始合成半乳糖苷酶。
四、微生物代谢的人工控制
人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件(即发酵条件)等。
其中应用营养缺陷型菌株（野生型菌株经过人工诱变或者自然突变失去合成某种营养（氨基酸，维生素，核酸等）的能力，只有在基本培养基中补充所缺乏的营养因子才能生长的菌株）以解除正常的反馈调节和通过控制细胞膜的渗透性来解除反馈。
生产菌种的选育培养—微生物的代谢及调控
• 次级代谢：
微生物在一定的生 长时期，以初级代谢产 物为前体，合成一些对 微生物的生命活动无明 显确切功能的物质的过 程（可有可无）。
• 次级代谢产物：
抗生素、生长刺激素、 生物碱、色素等
（一）初级代谢和初级代谢产物
分解代谢体系（蛋白质、糖等降解）
初级代谢
素材性生物合成体系 （合成小分子材料）
结构性生物合成体系（与分解代谢体系相反）
第一节 微生物的代谢调控
学习目的：
了解微生物的代谢及调控机理，理解代谢调控在菌种选育 中的重要性。
一、微生物的初级代谢与次级代谢
• 初级代谢： 微生物从外界吸收各
种营养物质，通过分解代 谢和合成代谢，生成维持 生命活动的物质和能量的 过程（必不可少）。
• 初级代谢产物： 包括所有与细胞合成
有关的物质如：氨基酸、 核苷酸、乙醇、有机酸、 酶。
●初级代谢是次级代谢的基础。 ●次级代谢可以避免初级代谢产物过量积累对细胞造成伤害。 ●即使次级代谢途径被阻断，也不会影响到菌体的生长繁殖。 ●两者均受到微生物的代谢调节
二、微生物代谢的调节和控制
微生物细胞有着一整套可塑性极强和极精确的代谢调节系统，以确保上千 种酶能准确无误、有条不紊和高度协调地进行极其复杂的新陈代谢反应。
初级代谢产物主要是在菌体生长期所产生的产物
（二）次级代谢和次级代谢产物
次级代谢是相对于初级代谢而提出的一个概念。 原料来源：初级代谢的产物为前体。 次级代谢产物大多为分子结构较为复杂的化合物。 质粒与次级代谢关系紧密。
次级代谢产物主要是在菌体生长后期或稳定期所产生的产物
（三） 初级代谢与次级代谢之间的关系
• 酶合成调节（酶数量）
激活 （变构、化学修饰） 抑制
第五章 代谢调控
末端代谢产物阻遏在微生物代谢调节中有 着重要的作用，它保证了细胞内各种物质维持 适当的浓度。当微生物已合成了足量的产物， 或外界加入该物质后，就停止有关酶的合成。 而缺乏该物质时，又开始合成有关的酶。
2.2 分解代谢物对酶合成的阻遏
当细胞内同时存在两种可利用底 物(碳源或氮源)时，利用快的底物会阻 遏与利用慢的底物有关的酶合成。现 在知道，这种阻遏并不是由于快速利 用底物直接作用的结果，而是由这种 底物分解过程中产生的中间代谢物引 起的，所以称为分解代谢物阻遏。
培养基中加入精氨酸阻遏精氨酸合成酶系的合成
大肠杆菌的甲硫氨酸是由高丝氨酸经胱硫醚 和高半胱氨酸合成的，在仅含葡萄糖和无机盐 的培养基中，大肠杆菌细胞含有将高丝氨酸转 化为甲硫氨酸的三种酶，但当培养基中加入甲 硫氨酸时，这三种酶消失。
甲硫氨酸反馈阻遏大肠杆菌的蛋氨酸合成酶的合成 (R)：表示反馈阻遏
｛ • 酶活性
对酶活性的前馈 对酶活性的反馈
四. 次级代谢与次级代谢调节
次级代谢是相对于初级代谢而言的， 所谓初级代谢是一类普遍存在于生物中 的代谢类型，是与生物生存有关的，涉 及能量产生和能量消耗的代谢类型。初 级代谢产物如单糖、核苷酸、脂肪酸等 单体，以及由它们组成的各种大分于聚 合物，如蛋白质、核酸、多糖、脂类等。
调节酶的抑制剂通常是代谢终产物或其结构类 似物，作用是抑制酶的活性。效应物的作用是 可逆的，一旦效应物浓度降低，酶活性就会恢 复。调节酶常常是催化分支代谢途径一系列反 应中第一个反应的酶，这样就避免了不必要的 能量浪费。
综上，微生物代谢的调节方式包括以下几点：
｛ • 酶合成
酶合成的诱导 末端产物对酶合成的阻遏 分解代谢产物对酶合成的阻遏
第五章 代谢调控
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• 第一节 微生物代谢的人工控制简介 • 第二节 发酵工程流程 • 第三节微生物代谢的人工调控方法 • 第四节微生物的代谢途径修饰
• 改变代谢途径 • 扩展代谢途径 • 转移或构建新的代谢途径
• 第五节微生物代谢途径修饰的应用
第一节 微生物代谢的人工控制简介
• 微生物代谢的人工控制
1 目的 最大限度的积累对人类有用的代谢产物 2 措施 • 改变微生物细胞膜的通透性 • 改变微生物的遗传特性（诱变、重组等） • 控制发酵条件（如温度、PH、O2等）
谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径
葡萄糖
中间产物
通过调节酶的活性， 控制代谢过程
α-酮戊二酸 抑制 谷氨酸脱氢酶 NH4+
谷氨酸
微生物代谢的人工控制—— 改变膜的透性
第四节 微生物的代谢途径修饰
• 代谢工程的目的
• 通过重组DNA技术构建具有能合成目标产物的
代谢网络或具有高产能力的工程菌，并用于生 产。
• 代谢工程研究的设计思路
1)提高通向目标产物的代谢流; 2)扩展代谢途径; 3)构建新的代谢途径
一、改变代谢途径
• • • •
加速限速反应 改变分支代谢途径流向 构建代谢旁路 改变能量代谢途径
+
赖氨酸
微生物代谢的人工控制—— 改变遗传特性
天冬氨酸
人工诱变不能产生高丝氨酸 脱氢酶的菌种
天冬氨酸激酶
抑制
高丝氨酸 脱氢酶
中间产物Ⅰ
高丝氨酸
中间产物Ⅱ
不能合成
甲硫氨酸 苏氨酸
可以大 量积累
赖氨酸
微生物代谢的人工控制—— 改变发酵条件
• O2：
如：酵母菌在有氧条件下大量繁殖，在无 氧条件下才大量产生酒精。 又如：谷氨酸棒状杆菌在溶氧不足时，生 成的产物是乳酸或是琥珀酸。 • C：N 如在谷氨酸发酵过程中，当培养基中C： N=4：1时，菌体大量繁殖而产生谷氨酸 少；当C：N=3：1时，菌体繁殖受抑制而 合成谷氨酸多
一、改变代谢途径，提高通向目标产物的代谢流 • 加速限速反应(通过关键酶的过量表达来解决代谢瓶颈)
将编码限速酶的基因通过基因扩增 ,增加拷贝数 ,在宿主中 表达并增强催化限速反应的酶的表达量或活性,从而提高代 谢流。以实现目的产物产率的上升。经典代谢工程主要过程: 首先 ,必须确定代谢途径中的限速反应及其关键酶。 然后 ,将编码限速酶的基因通过酶切等手段 ,制得特定片段 , 连接在高拷贝数的载体上再导入宿主中去表达,从而加速限 速反应,提高目的产物产率。 在头孢霉素 C传统的发酵过程中 ,青霉素N的积累表明下一 步酶反应是头孢霉素合成代谢中的限速步骤 ,通过克隆编码 限速酶(脱乙酰基头孢霉素合成酶)基因 cefEF,再将该重组 质粒导入头孢霉素 C生产菌株顶头孢( Cephalosporium acremonium)中 ,所得工程菌株的头孢霉素C的产量提高了 25 %,而青霉素N的积累量减少了15倍。
• • •
• 改变分支代谢途径流向
在有竞争途径(如分支代谢途径)存在时,阻断有害的或无关的竞争 代谢途径代谢产物的合成,从而达到改变代谢流,提高目标产物产量 的目的。
• 高丝氨酸脱氢酶缺陷型(Hom2)赖氨酸工程菌 • 芳香族氨基酸合成 头孢烷酸中 ,色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸三条支
路上的任一条支路的酶活性被加强 ,其与另两条支路的竞争将占据 优势。日本 Katsumata Ryoichi 等人从谷氨酸棒杆菌 K86 中提 取质粒 pCDtrp157 ,该质粒带有DAHP合成酶基因和色氨酸合成 酶基因。将该质粒转化至谷氨酸棒杆菌 KY9182(Phe2) ,使该菌 可产色氨酸1.1 gΠL。若将苯丙氨酸合成相关的酶基因如 pheA 的 基因克隆 ,则可使色氨酸生产菌转化为苯丙氨酸生产菌。
部分成熟的研究举例
• • • • • •
药物生产的代谢工程与定向进化 ; 可再生资源利用的代谢工程; 用代谢工程改进染料生产及使用; 乳酸菌的代谢工程; 微生物塑料工厂的过程设计—PHA 的代谢工程; 1 ,3-丙二醇、次生代谢物及类黄酮的代谢工程;通 过3 种生物(植物、酵母和大肠杆菌) 的6 个基因 用代谢途径工程使E.coli成为生产抗疟疾药物(青 篙素) 的“绿色工厂”
• 构建新的代谢途径
A）转移代谢途径,即将多个特定代谢途径中的相关基 因(簇)转移到无这些基因的菌株中,从而达到使其能 合成新的目标产物的目的; • Hopwood 等 将放线菌红素(Actinorhodin)的生物合 成基因导入 Granaticin 和 Medermycin产生菌中 ,所 构建的工程菌可积累具有新结构的抗生素 Dihydrogranatirhodin 和 Mederrhodins A。 b）将无关的代谢途径相连,形成新的代谢途径,从而合 成新的目标产物。
三、转移或构建新的代谢途径 • 转移代谢途径
•
构建新的代谢途径一般是指引入外源基因(簇)来改 造和修饰代谢网络,使细胞从不能合成某种代谢产物 转变为能够合成此代谢产物。 • 在真氧产碱菌(Alcaligenes eutrphus)一些细菌中 于限制生长和碳源过量条件下,在细胞内大量累聚羟 基丁酸(PHB)或聚羟基烷酸(PHA) ,这些聚合物都具 生物降解性能。为了利用大肠杆菌生产 PHB ,有人将 真氧碱菌的 PHB操纵子(包括编码 PGB 多聚酶、硫 解酶和还原的基因)克隆到大肠杆菌中,所构建的工程 菌和真氧产碱菌一样,当N源耗空时能积累大量 PHB , 可达细胞总量的50%。
3、灭菌
杀死杂菌防止杂菌与发酵菌形成竞 争关系，对发酵过程造成不良影响。 4、扩大培养和接种 扩大培养是将培养到对数期的菌体 分开，分头进行培养，以促使菌体数量 快速增加，能在短时间里得到大量的菌 体。接种时要防止杂菌的污染。
5、发酵过程： （中心阶段，重点是在发酵条件的控制）
控制对象
溶氧 PH
• 改变能量代谢途径
• 除了通过相关代谢途改变代谢流。 • 重组木糖发酵菌株 SaccharomycescerevisiaeTMB3001可以在含木糖的 培养基上生长,但其用木糖产乙醇率很低, 一个重要 原因就是菌体内氧化还原作用辅因子的不平衡 。因 此 Thomas TMB3001 CPB. CR4两种 Saccharomycescerevisiae菌株,通过 gdh1的敲除和 GDH2的过表达,这二者不仅能发酵木糖产乙醇,而且 被修饰了还原代谢系统,C13标记葡萄糖结果显示氨 同化作用从利用 NADPH变为 NADH依赖的,同时 CPB.CR4菌株的乙醇产率提高了25%。
• 构建代谢旁路
• 高密度培养技术在发酵生产中，为实现大肠杆
菌的高密度培养,必须阻断或降低对细胞生长有 抑制作用的有毒物的产生。大肠杆菌糖代谢末 端产物乙酸达到一定浓度后明显造成细胞生长 受抑制, 人们应用代谢工程的方法,将枯草杆菌 的乙酰乳酸合成酶基 因克隆到大肠杆菌中,构建 新的代谢支路,结果明显改变细胞糖代谢流,使乙 酸处于较低水平,以实现高密度培养目的。
• 微生物代谢酶的活性调节
• 以酶分子结构为基础 • 指调节胞内已有酶分子的构象或分子结构来改变酶
活性，从而调节所催化的代谢反应的速率的方式。
是酶分子水平上的调节，属于精细的调节。
• 特点：作用直接、响应快、可逆
Allosteric regulation
微生物代谢的人工控制实例
• 人工控制微生物代谢
能克服远源杂交不 亲合的障碍，定向 改变遗传性状。
2、培养基的配制 原则有三：
• 根据不同的菌种，应选择不同的原料配制
培养基。配制的培养基应满足微生物在碳 源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面 的营养要求，并为微生物提供适宜的PH。 • 培养基的营养要协调，以利于产物的合成。 • 培养基在满足微生物的营养的需求的基础 上，应尽量降低生产成本，以得到更高的 经济效益。
二、扩展代谢途径
• 通过基因工程手段在宿主菌中克隆、表达特定基因
(簇)等,使原有代谢途径进一步向前或向后延伸,从而 可利用新的原料用于合成目标产物或产生新的末端 代谢产物。 • 外源基因的导入 ,通过扩展代谢途径可使宿主菌能 够利用自身的酶或酶系消耗原来不消耗的底物。 Winter 等 克隆假单胞菌的单加氧酶基因并在大肠 杆菌中表达 ,获得的工程菌可有效降解三氯乙烯 ,降 解力远大于原始菌株 ,可使三氯乙烯在水中的浓度 降至 1/1000。这说明关键酶转入不同的调控环境 中其活性可大大增加。
温度
控制方式 对需氧型生物保证氧的供应，对厌 氧型生物控制氧的供应。 措施：控制通气量和搅拌速度等。 加酸、加碱或加缓冲液
注意降温，使温度控制在所培养微 生物的最适温度。措施：控制搅拌 速度、冷却水的循环速度等。
6、分离 提纯：
菌体：过滤、沉淀 代谢产物：蒸馏、萃取、离子交换
第三节 微生物代谢的人工调控方法
的目的—— 最大限度积累对人 类有用的代谢产物
当赖氨酸和苏氨酸都积累过 量时，就会抑制天冬氨酸激 酶的活性，使细胞内难以积 累赖氨酸；而赖氨酸单独过 量就不会出现这种现象。 黄色短杆菌
第二节 发酵工程流程 1、菌种 的选育 4、 5、发酵过程 （中心阶段） 6、产品的 分离提纯 2、 3、
1、菌种选育的常用方法比较
第五节微生物代谢工程的应用最新进展
• 代谢工程的研究目的是要改进微生物的代谢,增加
•
工业生物产品的收率及生产能力。 而如何从本质上把握生物代谢网络的调控规律， 最终做到可以定量预测基因改变和环境变化后， 生物代谢网络的变动规律，从而为优化生物代谢 功能、提高研究和生产效率提供坚实的理论支持 和强大的技术后盾，是现代系统生物学的一个待 解难题，也是代谢工程的主要任务。
•
• 一个崭新的科学领域,它综合了分子生物学、微生
物学、分子反应动力学、生化工程等多个学科领 域的最新成果,是目前国内外研究的热点； 代谢工程被视为继蛋白质多肽单基因表达的第一 代基因工程、基因定向突变的第二代基因工程(即 蛋白质工程)之后的第三代基因工程。