基因工程菌的发酵课件

13基因工程菌的发酵基因工程菌的安全性基因工程菌的稳定性问题影响基因工程菌发酵的因素基因工程菌的高密度培养基因工程菌发酵的动力学模型1精选课件13.1基因工程菌的安全性问题基因工程菌的安全性受到关注的原因基因工程菌都含有外源DNA片段，其遗传结构与自然界中的DNA相比有较大的差别一般含有抗生素抗性基因有的含有病毒的遗传信息2精选课件13.1基因工程菌的安全性问题基因工程菌泄露的防护措施物理防护实验室规模上有P1-P4四个等级工业规模上则有LS1、LS2两个等级LS-1的设备标准培养装置密闭排气经过无菌过滤生物防护EK1-EK3三个等级3精选课件13.2基因工程菌的稳定性4精选课件13.2基因工程菌的稳定性

外源基因表达系统可以分为两种类型质粒-宿主表达系统外源基因位于工程菌的质粒上存在质粒的不稳定性整合型表达系统外源基因位于宿主菌的染色体上稳定性的问题相对不太严重5精选课件13.2基因工程菌的稳定性引起质粒-宿主表达系统不稳定性的因素不含质粒的细菌对工程菌的生长优势质粒分配的不稳定性质粒在子代微生物中的不均一分配质粒结构的不稳定性质粒DNA易发生突变，同时也容易受到宿主菌核酸酶的攻击6精选课件13.2基因工程菌的稳定性考虑一个质粒-宿主表达系统7精选课件13.2基因工程菌的稳定性8精选课件13.2基因工程菌的稳定性9精选课件13.2基因工程菌的稳定性培养条件对工程菌稳定性的影响培养基的影响复合培养基(完全培养基)对质粒的稳定性有利基本培养基比生长速率比生长速率高时有利于质粒稳定10精选课件13.2基因工程菌的稳定性11精选课件13.2基因工程菌的稳定性培养条件对基因工程菌稳定性的影响温度高温时质粒的稳定性较差pHpH接近于基因工程菌的最适生长pH时质粒的稳定性较高溶氧在基因工程菌的发酵过程中保持较高的溶氧有利于质粒的稳定12精选课件13.2基因工程菌的稳定性13精选课件13.2基因工程菌的稳定性培养条件对工程菌稳定性的影响细胞的固定化固定化细胞可以提高质粒的稳定性外源基因的表达外源基因的表达会引起质粒的不稳定性问题采用可诱导的表达方式14精选课件13.3发酵中影响基因表达的因素基因工程菌发酵的特殊性生长速度比野生菌株慢存在稳定性的问题外源基因的表达一般需要诱导化学诱导IPTG(异丙基硫代半乳糖苷)，乳糖等热诱导15精选课件13.3发酵中影响基因表达的因素外源基因表达的一般过程复制质粒的稳定性转录诱导分解代谢物阻遏翻译mRNA的半衰期(寿命)氨基酸是否供给充分表达后的修饰和分泌16精选课件13.3发酵中影响基因表达的因素培养基对基因工程菌发酵的影响培养基的浓度和配比不但影响菌体的生长，而且影响外源蛋白的表达一般而言营养丰富的复合培养基比合成培养基的效果好，缓慢利用的碳源比葡萄糖的效果好不同的表达系统对营养物质有不同的要求相同的表达系统在表达不同的外源蛋白时也对培养基有不同的要求17精选课件13.3发酵中影响基因表达的因素发酵过程中比生长速率的影响比生长速率的影响尚无定论因不同的表达系统而异有的表达系统需要高的比生长速率有的则需要比较低的比生长速率有的工程菌的表达效率在比生长速率为零时(稳定期)最高18精选课件13.3发酵中影响基因表达的因素19精选课件13.3发酵中影响基因表达的因素20精选课件13.3发酵中影响基因表达的因素温度的影响温度影响质粒的稳定性影响细胞内酶的活性和重组蛋白的合成速度影响重组蛋白的稳定性较低的温度下重组蛋白稳定有些表达系统采用热诱导诱导温度的确定21精选课件13.3发酵中影响基因表达的因素溶氧(DO)的影响溶氧对基因工程菌发酵的影响取决于工程菌的特性宿主菌为需要菌时一般要有较高的溶氧宿主菌为厌氧菌时则需要厌氧培养22精选课件13.3发酵中影响基因表达的因素诱导诱导时机由于外源蛋白的表达对工程菌的生长有抑制作用，故一般在对数生长后期进行诱导诱导剂量过量诱导往往对细胞生长和代谢活性以及基因的表达具有抑制作用使用热诱导时不能用过高的温度23精选课件13.3发酵中影响基因表达的因素代谢副产物的影响常见的基因工程菌产生的抑制性代谢副产物大肠杆菌产生乙酸枯草杆菌产生乙酸和丙酸酵母产酒精解决代谢副产物抑制的方法控制快速利用碳源(葡萄糖)的浓度使用缓慢利用碳源在线分离抑制物质24精选课件13.3发酵中影响基因表达的因素25精选课件13.3发酵中影响基因表达的因素26精选课件13.3发酵中影响基因表达的因素基因工程菌的稳定性对发酵的影响发酵液中丢失质粒的工程菌数量多解决这一问题的方法构建更为稳定的工程菌使用整合型的表达系统使用可诱导的表达系统并控制诱导的时机，将基因工程菌的生长和外源蛋白的表达分开进行在发酵过程中使用抗生素抑制野生菌的生长27精选课件13.4基因工程菌的高密度发酵若每个基因工程菌产生重组蛋白的能力相同，则重组蛋白的生产能力与菌体量成正比28精选课件13.4基因工程菌的高密度发酵实现基因工程菌高密度发酵的方法流加培养技术先采用合适的流加培养技术将基因工程菌培养到一定的浓度(如50gDCW/L)然后通过诱导启动重组基因的表达29精选课件13.5基因工程菌发酵动力学模型建立基因工程菌发酵动力学模型应从基因工程菌发酵与一般的微生物发酵的差别着手质粒的不稳定性野生菌的生长优势结构的不稳定性分配的不稳定性重组蛋白质的表达诱导30精选课件13.5基因工程菌发酵动力学模型Lee的模型发表在BioengineeringandBiotechnology(生物工程与技术)上充分考虑了质粒的不稳定性，将培养液中的微生物分为三种正常的基因工程菌质粒结构发生变化的工程菌野生菌考虑了细胞内mRNA的合成与外源蛋白表达的关系31精选课件13.5基因工程