微生物與生物科技课件

, 生物科技與生活, 微生物在生物科技發展重大的歷史時程,微生物與生物科技,YM062003,什麼是生物科技 (Biotechnology) ?,是籍由活細胞 (living cells) 所產生的分子(molecules) 而開發成商業產品 (products) 的技術稱生物科技。,生物科技與生活,YM062003,微生物如何 改善我們的生活品質？,細菌(bacteria) 與霉菌(fungi) 應用在食品上的 加工如：起士 (cheeses)，麵飽 (breads)，優酪 乳(yogurts) 等。,提供研究疾病之新治療法(new treatments for disease)。, 提供更具安全性的食品 (safer food products)。,裝配危險性較低之化學產品 (less-damaging chemicals),YM062003,微生物在生物科技發展重大的歷史時程 (I),1750 B.C. 文明古國 Sumerians 以酵母菌釀啤酒 (brew beer),500 B.C. 中國人以發霉的豆腐(moldy soybean curds) 為抗生素（antibiotic)以處理 疔、瘡 (boils) 等皮膚發炎疾病,100 A.D. 中國已懂得以菊花粉 (Powdered chrysanthemum)做為殺蟲劑 (insecticide),YM062003,1797 Jenner 在小孩身上接種病毒疾苗 (inoculates viral vaccine)以預防牛痘,1855 發現大腸桿菌(E. coli)，這是日後有關生物 科技研究、發展、及工業生產的主要工具；,法人巴斯德 (Pasteur) 的研究工作証明酵母 菌(yeast)為一具生命的生物體(living organism),1883 法人巴斯德(Pasteur)首次發明生產狂犬 病疫苗(rabies vaccine),1914 在英國孟城 (Manchester, England) 首先 利用細菌作污水處理(sewage treatment),YM062003,歷史時程(II),Frederick Griffith 利用肺炎球菌証明DNA為 病原的主要原因,1944 Avery 以病毒為研究材料証明DNA為遺傳物質,YM062003,1928 英人佛來明(Fleming) 在霉菌中發現世上第一種 抗生素(antibiotic)-青黴素(penicillin)；,歷史時程(III), 在細菌中發現能切割DNA的內切酵素-(restriction enzymes)，因而開始了基因選殖的方向, Cohen and Boyer 利用細菌成功的進行基因重新 組合的實驗 (recombinant DNA experiment) ， 因而建立了DNA重組的技術 (recombinant DNA technology) 奠定遺傳工程的基礎, Humulin 是由美國 Genentech 公司第一次在大腸桿 菌中，利用遺工程的技術 (genetically engineered bacteria)，生產能治療糖尿病(diabetes) 的人類胰島 素（human insulin）,1970 - 1982,YM062003,歷史時程(VI),基因選殖及重組DNA技術操作的一般流程,YM062003,專一性 DNA 內切酵素（Restriction Enzymes）, DNA 片段連接酵素（T4 DNA Ligase）, DNA 片段轉接質/載體 （DNA fragment carrier- Plasmids/Vectors),將選殖基因轉化入微生物中（Transformation of cloned gene into Microorganisms）,選殖基因的表現（Gene Expression）,歷史時程(VII),Paul Berg: Joined genes from the E. coli with DNA from Simian Virus 40 (SV40),將外來基因導入細菌體的流程,YM062003,歷史時程(VIII),細菌宿主,微生物對社會之貢獻篇 Worldwide contribution of Microorganisms,YM062003,微生物產品,食品生產 目的以防止食物腐敗(controlled spoilage)為主,乳製品 (dairy products) 牛奶經發酵產生乳酸以沉降乳蛋白後, 可 防止細微滋生., 奶油乳(buttermilk) 來自脫脂牛奶,經由特定細菌(Streptococcus diacetylactis) 作用後而成., 優酪 (yogurt) 經特定細菌(Streptococcus thermophilus and Lactobacillus bulgaricus) 處理後的產物., 起士 (Cheese) 經乳酸菌屬(lactic acid fermentations) 發酵後 之產物.,微生物產品,肉類產品 (meat products) 經特定細菌處理後的製品如: salami, summer sausage 等的香腸.,烘烤產品 (baked goods) 如麵飽製作用之酵母菌(Saccharomyces cerevisiae),其他食物製品 :, 咖啡 (coffee) 經Saccharomyces spp. 處理., 韓國泡菜 (kimchee) Lactobacillus 處理之大白菜, 醬油 (soy sauce) 由 Aspergillus soyae 醱酵之大豆產品, 醋 (vinegar) 蘋果汁及酒等經 Acetobacter 等處理後的產品,蕈,蘑菇(mushrooms) 真菌如Agaricus campestris bisporus 可供食用或藥用.,微生物產品,食物添加物(additives),補充劑(supplements):, 胺基酸(amino acids) 食物添加物或工業化學原料等用途, 如味精(mono sodium glutamate, MSG), 人工甘味 (aspartame) 等., 維生素(vitamins) 人體和動物之食物補充劑,年產量超過70億 美元, 如: 維生素B1, 維生素B2 (riboflavin, Saccharomyces) 和 維生素C (ascorbic acid, Acetobacter) 等., 釀酒酵母 (brewers yeast) S. carlsbergenesis 為食品中維生素B1之添 加物., 檸檬酸(citric acid) 食物及飲料的添加劑.,微生物產品,酒精飲料(alcoholic beverages):, 釀造啤酒及麥酒等(brews - beer, ale, etc.), 葡萄酒及香檳 (wines and champagne), 蒸餾酒精飲料(distilled alcoholic beverages) 如:威士忌(whishey), 白蘭地(Brandy)及甘蔗酒(朗姆酒,rum)等.,化學商品(commodity chemicals) 有機化合物(organic compounds), 醋酸 (acetic acid),丙酮 (acetone), 丁醇(butanol), 乙醇(酒精,ethanol),微生物產品,酵素 (Enzymes) 食品處理, 尤以乳製品為言; 製藥; 以及紡織等, 蛋白酶(proteases) -清潔劑(detergents)添加物, 澱粉酶(amylase) 可分解多醣類,有利於醱酵工業,生物感應器 (biosensors) 可以微生物為生物電子介體(bioelectronics) 來探測污染物(pollutants)及感染物(contaminants),參考資料:,生產工業化學藥品的微生物,常用以生產工業化學藥品的微生物 (I),Aspergillus Glycolic acid Textile processing （紡織程序）, 曲霉屬 甘醇酸 adhesives （黏著劑） Oxalic acid Dyeing （漂染）, bleaching agent, 草酸 (漂白劑), reducing agent (還原劑) Formic acid Leather treatment （皮革處理）, 甲酸 electroplating (電鍍） Malic acid Acidulant （酸劑） 蘋果酸 Itaconic acid Paper manufacture （紙製造）, 衣康酸 intermediate for plastics （塑膠）,Acetobacter Acetic acid Solvents (溶劑）, food acidulant 醋桿菌 醋酸 （酸劑） Tartaric acid Esters for lacquies （漆）, acidulant 酒石酸,Aerobacter 2,3-Butanediol Intermediates for plastics 需氧菌屬 丁炔二醇 and antifreeze （抗凍劑）,YM062003,Clostridium Butanoic acid Manufacture of esters （脂） 梭狀芽孢桿菌 正丁酸 Butanol Intermediate for organic chemicals 正丁醇 （有機化合物） Isopropanol Cosmetic preparations （化裝品） 異丙醇 Acetone Intermediate for organic chemicals 丙酮,Chlamydomonas Methylethyl ketone Explosives （炸藥）, 衣藻 甲基乙基酮 synthetic resins （合成樹脂）,Bacillus Propylene glycol Antifreeze （防凍劑）, synthetic 芽孢桿菌屬 丙二醇 resin （樹脂） manufacture Acrylic acid Intermediate for plastics （塑膠） 丙烯酸,常用以生產工業化學藥品的微生物 (II),YM062003,Saccharomyces Glycerol Sweetener, explosives, cosmetics 酵母菌屬 甘油 （化裝品） Ethanol Manufacture vinegar （醋）, 酒精 esters （酯）and ethers （乙醚）, beverages （飲料）,Penicillium Malonic acid Manufacture of barbiturates 青霉屬 丙二酸 （巴比妥鹽）,Rhizopus Fumaric acid Intermediate for synthetic resins 根廇菌屬 延胡索酸 （樹脂） antioxidant （抗氧化劑） Succinic acid Manufacture of lacquers （漆）, 琥珀酸 perfumes （香水）,Lactobacillus Lactic acid Food acidulant （酸劑）, 乳桿菌屬 乳酸 intermediate for lactates , leather treatment（皮革處理）,常用以生產工業化學藥品的微生物 (III),YM062003,微生物醱酵產品,參考資料:,經微生物醱酵產品的分類,類別,範例,YM062003,在細菌中產生的藥物 Heterologous proteins produced From Yeast for Pharmaceutical use.,藥物學之新領域,YM062003,藥物產品 (Pharmaceuticals):,遺傳工程微生物的產品(products of genetically engineered microbes), 胰島素(insulin) 處理糖尿病, 生長激素(growth hormone) 治療矮小病(dwarfism), 傷口治癒 (wound healing), 骨質疏鬆(osteoporosis)及畜產生長(livestock growth)等, 組織纖維蛋白溶酶原活化子(tissue plasminogen activator, TPA) 溶解血塊, 凝血因子(blood clotting factor) 處理血友病人(hemophiliacs)流血 不止症狀, 血細胞生長素(erythropoietin) 治療貧血症(anemia), 細胞因子(cytokines) 扞擾素(interfererons, IFN),白細胞介素(inter- leukins, IL),及其他具抗癌(anticancer)及免疫調節(immune modula- tors)等用途的細胞因子,藥物產品 (Pharmaceuticals):,遺傳工程微生物的產品(products of genetically engineered microbes), 疫苗抗原(vaccine antigens) 防止細菌(bacteria),真菌(fungi), 病毒 (viruses)的感染, 如:重組B性肝炎疫苗(recombinant Hepatitis B vaccine), 單株抗體(monoclonal antibodies, mAb) 臨床檢測(diagnostic applica- tions), 癌症(cancer)及血痊(blood clot)等的治療,化療藥劑(chemotherapeutic agents):,抗生素-為細菌(Bacillus, Streptomyces, etc.), 真菌(Aspergillus, Cephalo- Sporium and Penicillium, etc.)的二次代謝產物, b-內酰抗生素(b-lactams) penicillin(青霉素), ampicillin (氨卡青霉 素), cephalosporins(頭孢菌素),化療藥劑(chemotherapeutic agents):,抗生素-, 大環內脂抗生素(Macrolides) 紅霉素 (erythromyci), 螺旋霉素 (spira- mycin), 四環素(Tetracyclines) 金霉素(chlortetracycline), 土霉素(oxytetra- cycline), 胺基糖苷抗生素(Aminoglycosides) 鏈霉素 (streptomycin), 卡那霉素 (kanamycin), 正大霉素(gentamicin),參考資料:,遺傳工程酵母菌株中產生的藥物,在酵母菌中產生的藥物 (I),YM062003,在酵母菌中產生的藥物 (II),YM062003,微生物中合成的化學物質及其功能,參考資料:,在微生物中合成的化學物質及其功能的類別,化學類別,功能類別,YM062003,微生物中所產的抗生素,參考資料:,從微生物中所產的抗生素,抗生素antibiotics,微生物 Microorgan