微生物和基因工程
微生物和我们的生活有何关系
引言概述：微生物是一类极小的生物体，包括细菌、真菌、病毒等。
它们在自然界中广泛存在，并且对我们的生活产生着深远的影响。
本文将探讨微生物与我们的生活的关系，讨论在医疗、食品加工、环境治理、生物技术和日常生活中微生物的重要作用，并总结微生物对我们的生活带来的积极影响。
医疗领域：1. 微生物在疾病的诊断和治疗中起着关键作用。
例如，通过分离和培养病原微生物，可以确定感染的种类和抗生素的敏感性，从而指导临床治疗方案。
2. 微生物制剂在疾病治疗中有广泛应用。
例如，乳杆菌和酵母菌等益生菌可以调节肠道菌群，改善肠道健康，有效预防和治疗一些肠道疾病。
3. 微生物菌种也被用于生产抗生素、疫苗和其他药物。
这些微生物通过发酵过程产生特定的代谢产物，为医疗领域提供了重要的药物资源。
食品加工：1. 微生物发酵在食品加工中起着关键作用。
例如，酵母菌发酵面包、啤酒和葡萄酒等食品，产生特定的风味和口感。
2. 微生物发酵还可以制造大豆酱、味增酱等传统调味品，丰富了食品的味道和营养价值。
3. 微生物还可以制造乳酸等食品添加剂，延长食品的保质期。
这些添加剂能够抑制有害微生物的生长，保持食品的新鲜度和安全性。
环境治理：1. 微生物在土壤修复中具有重要作用。
它们可以降解有机污染物，如石油烃和农药，恢复土壤的生态功能。
2. 微生物还可以用于水体净化。
例如，微生物可以降解水中的有机物和重金属，改善水质，并为水生态系统提供保护。
3. 微生物菌种也可以用于处理废弃物和污水。
它们可以分解有机废弃物和污水中的有害物质，减轻环境污染的影响。
生物技术：1. 微生物在基因工程和生物制造中起到关键作用。
通过基因工程技术，可以改造微生物的代谢途径，使其产生特定的化合物，如药物、酶和生物燃料。
2. 微生物发酵技术在生物制造中得到广泛应用。
例如，利用细菌发酵生产人胰岛素、酶和氨基酸等重要的生物化学品。
3. 微生物还可以用于生物降解和生物转化。
例如，微生物可以降解有机废弃物，如塑料和橡胶，实现资源的回收利用。
微生物学中的基因编辑技术
微生物学中的基因编辑技术随着人工智能、大数据等技术的迅猛发展，科技领域也不断推陈出新。
近年来，微生物学中的基因编辑技术引起了人们的广泛关注。
微生物是生态系统中的一个重要组成部分，它们在很多方面都扮演着关键角色，比如维持生态平衡、促进有机质分解和生产等。
但是，微生物的基因信息很难被人们理解和掌控。
基因编辑技术的出现，为微生物学领域的研究提供了新的思路和手段。
基因编辑技术是一种改变生物体遗传信息的技术，它可以精确地切除、替换或插入基因序列。
在微生物学中，基因编辑技术可用于构建基因工程菌株、研究基因功能和探究微生物群落的作用等方面。
基因编辑技术可以帮助微生物学家更好地理解微生物的遗传信息，加速微生物学研究的进程。
目前，基因编辑技术在微生物学中主要有三种形式：基因敲除、基因修饰和基因添加。
其中，基因敲除是将某个基因序列从微生物细胞中切除，以研究该基因在微生物生长、代谢等方面的作用。
基因修饰是将某个基因序列进行改变，以探究基因转录、翻译等过程。
基因添加是将外源基因序列插入到微生物细胞中，以实现微生物细胞的功能改变和基因工程菌株的构建。
基因编辑技术的实现离不开Cas（CRISPR-associated protein）技术。
由于它具有精确性和高效性等优点，近年来被广泛应用于微生物基因编辑研究中。
具体而言，Cas技术在微生物中主要分为三个步骤：第一，设计sgRNA（single-guide RNA）；第二，Cas蛋白和sgRNA共同识别、切割目标DNA序列；第三，利用DNA损伤修复机制将DNA分子拼接起来，实现基因编辑。
基因编辑技术的出现，使得微生物学研究有了更大的发展空间和潜力。
在未来，基因编辑技术将继续推动微生物学研究的发展，加速微生物生态系统的探索和利用。
同时，在基因编辑技术的应用过程中，需要注意技术安全和伦理问题等方面，以确保技术的合理性和可持续性。
总之，微生物学中的基因编辑技术具有广泛的应用价值和研究意义。
基因工程的优点以及原理
基因工程的优点以及原理
基因工程是利用人为手段对生物体基因进行改造和调整的一种技术。
其优点包括：
1. 治疗遗传性疾病：基因工程可以通过修复或替换有缺陷的基因，为患有遗传性疾病的患者提供有效的治疗方法。
2. 生产药物和疫苗：基因工程技术可以通过将目标基因导入细菌、动植物等生物体中，使其产生特定的蛋白质，用于制造药物和疫苗，提高产量和效率。
3. 农业增产：基因工程可以通过转基因作物，使其具有抗虫、抗病、抗草药性等特性，提高农作物的产量和质量，减少农药的使用。
4. 资源和能源开发：基因工程可以通过改造微生物，使其能够更高效地转化废物、产生清洁能源，例如生物燃料。
基因工程的原理主要包括：
1. 基因克隆：将目标基因从一个生物体中剪取出来，并将其插入另一个生物体的染色体中，使其能够被该生物体表达。
2. 基因编辑：利用特定的蛋白质酶，例如CRISPR/Cas9系统，将基因组中的特定部分进行剪切、插入或替换。
3. 基因合成：人工合成基因序列，设计出特定的功能蛋白质，然后将其导入生物体中。
4. 基因传递：通过载体（例如质粒、病毒）将目标基因导入到生物体中的细胞，并使其在细胞中稳定表达。
5. 基因表达：利用细胞的生物合成机制，将导入的基因转录成mRNA，进一步翻译为蛋白质，从而实现目标基因的功能表达。
微生物在生物工程领域的应用
微生物在生物工程领域的应用微生物是一类微小的生物体，包括细菌、真菌、病毒等，它们在生物工程领域发挥着重要的作用。
微生物可以通过改变其遗传物质以及代谢途径，实现对生物过程的控制和优化。
以下是一些微生物在生物工程领域的应用实例。
1. 产酶菌株的优化酶是生物催化剂，广泛应用于食品、医药、农业等领域。
通过对微生物进行遗传改造和优化，可以获得高效产酶菌株。
例如，利用基因重组技术和诱变技术，使产酶细菌的酶产量显著提高。
这种方法不仅提高了酶的生产效率，还缩短了生产周期，降低了成本，对于工业生产具有重要意义。
2. 微生物在环境修复中的应用微生物对于环境的修复和净化具有独特的功能。
它们可以通过降解有机污染物，吸附重金属离子等方式，减少环境中的污染物含量。
例如，用于处理城市污水的生物反应器中添加一定数量的微生物，可以有效降解污水中的有机物，提高水质。
此外，微生物还可以用于土壤修复，将有机肥料中的微生物引入受损的土地，促进植物生长并恢复土壤质量。
3. 生物农药的开发传统农药对于环境和人体健康都有一定的危害，而生物农药则利用微生物的生物功能，对农业病害进行控制和防治。
例如，某些细菌可以产生杀虫蛋白，对害虫起到显著杀灭作用。
这种生物农药不仅对害虫具有选择性，不会对环境产生污染，而且不会引起害虫的抗药性。
4. 微生物在药物生产中的应用微生物生产药物的应用已经成为一种常见的生物技术。
例如，利用转基因大肠杆菌表达人类胰岛素基因，可生产大量的胰岛素用于治疗糖尿病。
此外，微生物还可以通过代谢途径改造、基因工程等方式，合成其他药物原料，实现对药物的快速、高效产量。
5. 微生物在食品工业中的应用微生物在食品工业中的应用范围广泛。
例如，利用特定微生物发酵食品原材料，可以产生特殊的风味和口感。
酸奶、豆豉、咸菜等食品都是利用微生物发酵制作的。
此外，微生物还可以生产食品添加剂，例如乳酸菌可以产生乳酸，可用于替代传统的食品酸味调味剂。
6. 微生物在能源生产中的应用微生物被广泛用于生物能源的生产。
微生物工程
微生物复习资料1.发酵工程：即微生物工程。
是渗透有工程学的微生物学，是传统的发酵技术与基因工程、细胞工程、蛋白质工程等相结合，具体包括菌种选育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
发酵：借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动，来制备微生物菌体本身，或其代谢产物的过程。
2.菌种：用于发酵过程作为活细胞催化剂的微生物，包括细菌、放线菌、酵母菌和霉菌四大类。
来源于自然界大量的微生物，从中经分离并筛选出有用菌种，再加以改良，贮存待用于生产。
3.培养基：供微生物、植物和动物组织生长和维持用的人工配制的养料，一般都含有碳水化合物、含氮物质、无机盐（包括微量元素）以及维生素和水等。
有的培养基还含有抗菌素和色素，用于单种微生物培养和鉴定。
4.菌种退化：菌种的发酵能力降低、繁殖能力降低、发酵产品的得率降低5.下游技术：发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液和动植物组织细胞与体液等中提取、分离纯化、富集生物产品的过程称为下游加工过程6.工业微生物育种方法：A、自然选育；B、生产选育；C、诱变育种；D、细胞工程育种E、基于代谢调节的育种；F、代谢工程育种G、基因重组育种；H、蛋白质工程育种；J、组合生物合成育种；K、反向生物工程育种7.菌种选育目的：改善菌种的特性，使产量提高，改进质量、降低成本、改革工艺、方便管理及综合利用等8.影响微生物生长的环境因素：温度ph 氧9.好氧发酵罐：机械搅拌式通风发酵罐、自吸式发酵罐、气升式发酵罐和塔式发酵罐10.影响种子质量的主要因素1、培养基：2、种龄与接种量3、斜面冷藏时间4、温度：温度直接影响生长和酶的合成；5、pH值：对微生物有明显的影响。
[调节方法有三种方法：用酸碱溶液中和法；使用缓冲溶液法；使用生理缓冲剂.]6、通气搅拌：[溶解氧的作用：参与菌体呼吸作用]7、泡沫：8、染菌的控制9、种子罐级数11）大规模工业生产的培养方法A、固体培养（曲法培养）：浅盘固体培养，深层固体培养B、液体培养：浅盘液体培养，液体深层培养（目前几乎所有的好气发酵均采用此法）；C、载体培养：用天然（或人工）多孔材料代替麦麸之类固态基质作微生物生长的载体，营养成分可严格控制。
农业微生物基因工程研究现状与前景
量元 素 营养， 够促 进植 物生 长 的生 物 制剂 的总 能
称， 主要包 括可 自生或 与植 物共 生， 增加 氮素 供 能
然 而地 球 上 的农 业 微 生 物 资 源虽 然极 为 丰
富， 类 对其 利 用 也有 久 远 的历史 ． 是 ， 统 常 人 但 传
应 的根 瘤菌 与联 合 固氮 荫 ， 于 增 加 磷 、 营 养 用 钾 的 解磷 、 解钾 细 菌 ， 以及促 进 植 物 生 长 作 用 的根
环境 恶 化等 重大社 会 、经 济问 题 的严 峻挑 战， 农
业 微 生 物基 因基 因工 程技 术 的 进 一 步研 究 和 开
发 将 成 为实 现农业 可 持续 发展 的有 效途 径 ． 目前
固定空 气 中的 氮素 和转 化 各 类有 机物 ， 断 为植 不 物 提供 可 有效 利 用 的碳 、 、 、 、 等 各 类 营 氮 磷 钾 硫
殖 和发酵 能生产 有机 酸 、 氨基 酸 、 长激素 、 生 抗生
１ 农 业 微 生物 基 因工 程研 究 现 状
１１ 微 生物肥 料 ．
微生 物 肥料 是具 有 改善 植 物 氮 、 、 及 微 磷 钾
素 、 类 酶 制剂 等 多种 产 品， 各 可分 别 用 作饲 料 添
加 剂 、 品添加 剂和农 药 等， 用 日益广泛 ． 食 应
关键 词 ： 生 物基 因 工程 ； 微 现状 ： 前景
中图分 类号 ：１ ２ 文献标识码 ： Ｓ ８ Ａ
文章 编号 ：０ ８ ３ ３ （ ０ ６ ０ — ０ ５ ０ １０ — ０ ０ ２ ０ ）４ ０ ５ － ５
众所 周知， 生物 和农 业 的关 系十分 密切 ． 微 在
索有“ 微生 物大 本 营 ” 之称 的土壤 中， 微生 物 扮演
专题10 生物工程 微专题2 基因工程
专题10 生物工程微专题2 基因工程(含PCR技术)1.基因工程的基本工具①基因工程中的载体与细胞膜上的载体不同。
②若用两种不同的限制酶同时切割目的基因和同时切割载体，则可使基因和载体定向连接，避免自身环化和反向连接，提高连接的有效性。
2.基因工程的四个操作步骤(1)目的基因的筛选与获取①目的基因主要是指编码蛋白质的基因。
②在已有mRNA前提下，可通过逆转录法获取目的基因。
③当基因较小且序列已知时，可采用化学合成法进行人工合成。
(2)基因表达载体的构建——重组质粒的构建①启动子、终止子a.启动子(DNA片段)≠起始密码子(位于mRNA上)。
b.终止子(DNA片段)≠终止密码子(位于mRNA上)。
②目的基因插入位置：启动子与终止子之间。
③利用乳腺生物反应器生产药物时，应将目的基因与乳腺中特异表达的基因的启动子连接到一起，再通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中。
(3)将目的基因导入受体细胞辨析农杆菌转化法中的“两个两次”①两次拼接：第一次拼接是将目的基因拼接到Ti质粒的TDNA的中间部位；第二次拼接指被插入目的基因的TDNA被拼接到受体细胞染色体的DNA上。
②两次导入：第一次导入是将含目的基因的Ti质粒重新导入农杆菌；第二次导入是指将含目的基因的TDNA导入受体细胞。
(4)目的基因的检测与鉴定3.PCR技术及应用(1)PCR技术原理与条件(2)PCR技术的过程可通过引物控制PCR扩增的基因片段，并在基因两侧引入限制酶识别序列。
4.蛋白质工程高考重点训练1.(2021·辽宁卷，4)下列有关细胞内的DNA及其复制过程的叙述，正确的是()A.子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3′端B.子链的合成过程不需要引物参与C.DNA每条链的5′端是羟基末端D.DNA聚合酶的作用是打开DNA双链答案A解析细胞内DNA复制时，子链延伸方向为5′→3′，故游离的脱氧核苷酸添加到3′端，A正确；子链的合成过程需要引物参与，B错误；DNA每条链的5′端是磷酸基团末端，3′端是羟基末端，C错误；解旋酶的作用是打开DNA双链，D错误。
微生物学研究在食品工业中的应用与前景分析
微生物学研究在食品工业中的应用与前景分析随着科技的不断发展，食品工业的生产方式也在不断改进，为了更好的保证食品的质量与安全，微生物学在食品工业中也扮演着越来越重要的角色。
本文将从微生物在食品加工中的应用、微生物的检测和控制等方面来探讨微生物学在食品工业中的应用与前景。
一、微生物在食品生产中的应用1. 发酵食品制造微生物在发酵食品制造中扮演着重要的角色，如酸奶、腌菜、面包、啤酒等。
在发酵过程中，微生物可以产生有利于人体健康的降血压、降胆固醇、增加钙质等物质。
2. 食品保鲜微生物可以参与食品的腐败，但同时又有保鲜的作用。
例如，乳酸菌不仅能够延长牛奶的保质期，还可以抑制其他有害菌的繁殖，起到保护人体健康的作用。
3. 调味品制造在调味品制造过程中，微生物的应用也越来越广泛，如味精、酱油、醋等。
在微生物的发酵过程中，产生的酸、氨基酸、核酸等物质能够调节食品的味道和口感。
二、微生物检测与控制除了微生物在食品生产中的应用，微生物的检测和控制也是非常重要的。
食品中的微生物污染会导致食品质量下降、食品安全问题等，因此微生物检测和控制也变得越来越重要。
1. 微生物检测目前微生物在食品工业中的检测主要有传统的培养、荧光PCR、基因芯片等方法。
其中传统的培养方法仍然是目前使用最广泛的方法。
无论使用何种检测方法，最终目的都是针对微生物污染问题进行快速、准确、敏感的检测，并及时采取相应的控制措施。
2. 微生物控制在生产过程中，生产厂家需要采取相应的微生物控制措施，防止微生物的污染。
控制措施的方法一般分为物理方法和化学方法。
物理方法包括高温、低温、紫外线辐射等。
化学方法包括消毒剂等。
相比较而言，物理方法更具优势，因为化学方法可能会在食品中留下残留物，对人体健康产生不良影响。
三、微生物学研究的前景与展望随着食品工业的不断发展，微生物学的应用也在不断提高。
未来，微生物学的研究将逐渐向着以下几个方向展开。
1. 微生物基因工程随着基因工程技术的不断进步，微生物基因工程的应用也将不断扩大。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
微生物和基因工程
基因工程是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子，构成遗传物质的新组合，
使之进入原先没有这类分子的寄主细胞内并进行持续稳定的繁殖和表达。
基因工程微生物的构建包括以下基本步骤：
用限制性内切酶对质粒的特定位点进行切割，形成粘性末端；
用同样的限制性内切酶对含有目标基因的外源DNA分子进行切割，两端形成与质粒上的粘
性末端相互补的单链；
将切割好的质粒和基因片段混合并通过DNA连接酶键合在一起完成基因重组并重新成为环
状分子；
将重组质粒转化到微生物细胞内。
基因工程的基本过程：
1. 从生物有机体基因组中，分离出带有目的基因的DNA片段。
2. 将带有目的基因的外源DNA片段连接到能够自我复制的并具有选择记号的载体分子上，
形成重组DNA分子。
3. 将重组DNA分子转移到适当的受体细胞（亦称寄主细胞）并与之一起增殖。
4. 从大量的细胞繁殖群体中，筛选出获得了重组DNA分子的受体细胞，并筛选出已经得到
扩增的目的基因。
限制性内切酶：
识别并在特定位点切开DNA
DNA连接酶
通过磷酸二酯键把两个或多个DNA片段连接成一个DNA分子
分子克隆的载体----具备自主复制能力的DNA分子（vector），如病毒、噬菌体和质粒等小分
子量复制子都可以作为基因导入的载体。
基因载体的结构和功能：
生物学来源：
细菌质粒 噬菌体 病毒 其它
多个不同来源独立的元件，包括高等生物的一些基因组元件结合使用，从而产生了一系列新
的基因载体
质粒载体的结构和功能
大部分为双链闭环超螺旋DNA分子，也有线性质粒，质粒的分子规模从2kb到1mb。
质粒主要见于细菌，也见于古细菌和酵母菌。
质粒编码的性状一般包括抗性特点，如抗生素抵抗，不利环境抵抗（重金属抗性），产毒
特性和抗毒特性等。
从质粒本身的特性来看，质粒具备复制特性，分离特性，判别特性和进化特性。
基本特性
复制子 遗传标记 多克隆位点 其它
许多元件往往只在一定的生物宿主环境下才表现出对应的生物学特点
遗传筛选标记
抗生素抗性标记
抗突变标记
人工插入失活和α互补标记
抗生素标记：
氨苄青霉素抗性（ ampr）基因编码β-内酰胺环水解酶，分泌到细菌膜周隙水解氨苄青霉素。
卡那霉素抗性基因（kanr）其决定质粒对氨基糖苷类抗生素的抵抗。在质粒在大肠杆菌使用，
也用于真核生物体系，作为G418的筛选基因。其基本原理是基因产物氨基糖苷转移酶对抗
生素的磷酸化灭活。
四环素抗性基因（tetr）编码一个300氨基酸的膜蛋白可以妨碍四环素被细胞吸收
氯霉素抗性基因（cat or cmr）编码氯霉素乙酰转移酶可以灭活氯霉素结合核糖体的能力。
潮霉素抗性基因（hygromycin resistance, hph）和嘌呤霉素抗性基因（puromycin resistance,
purr）也时常用的抗性标记。hph编码潮霉素磷酸转移酶，而后者可以消除嘌呤霉素对核糖
体A位的干预。
质粒抗突变作用：
质粒抗突变作用也是基本的筛选标记之一，如抗终止突变。SupF编码的tRNA可以用UAG
编码酪氨酸。但是现在由于其他筛选标记的方便性这些标记使用有限。营养缺陷性突变在细
菌使用并不广泛，但是在酵母体系应用的比较多，如Leu2, His3, Trp1等。
插入失活和α互补：
插入失活可以用于任何功能基因，事实上目前应用较多的有tetr基因的插入失活，基本原理
是在基因中设计多克隆位点，外源基因插入将导致标记基因产物功能丢失。
α互补的基本原理在于β半乳糖苷酶两个缺陷型的互补作用。在宿主菌预设F质粒携带的
LacZdeltaM15突变基因，而在研究载体中附加编码N端140个氨基酸的LacZ’基因，中间
设计多克隆位点，如果外源基因插入则使α互补作用消失。通过使用x-gal就可以检测到互
补作用的情况。
噬菌体载体的结构和功能：噬菌体主要有两个基本来源。λ噬菌体和M13噬菌体。
载体在宿主中的转移：结合 转化 转导 转染
细菌转化：
所谓细菌转化，是指一种细菌菌株由于捕获了来自另一种细菌菌株的DNA而导致性状特征
发生遗传改变的生命过程。提供转化DNA的菌株叫作供体菌株，接受转化DNA的细菌菌
株则被称为受体菌株。 处于能够接受外源DNA状态的细胞称为感受态细胞
步骤：
1.将快速生长中的大肠杆菌置于经低温（0℃）预处理的低渗氯化钙溶液中，便会造成细胞
膨胀（形成原生质球）。
2.与转化混合物中的外源DNA形成粘附在细胞表面的复合物。
3.立即将该体系转移到42℃下做短暂的热刺激，复合物便会被细胞所吸收。
4.在全培养基中生长一段时间使转化基因实现表达、细胞活性恢复
5. 涂布于选择性培养基中分离转化子。