第二章微生物资源的开发与利用.ppt

1、第二章，微生物资源及其开发利用，应用微生物学-2，本章内容，微生物资源的定义和特征，微生物资源开发的基本程序，微生物资源开发的专利申请，微生物的特殊要求，资源微生物的研究方向，2.1微生物资源的定义和特征，生物资源的权威定义(生物多样性公约):遗传资源，生物或其部分，生物群或生态系统中对人类有实际或潜在用途和价值的任何其他生物成分。生物资源有三大支柱：动物、植物和微生物，微生物资源不同于动植物资源，具有优越的生产特性和广阔的发展前景。微生物资源的特点如下：(1)发现较晚，仅300年前；(2)体积小，代谢类型多样，生长繁殖速度惊人；(3)可变性大；(4)种源丰富，未知种源多；(5)它的发展和研究

2、比动植物要晚得多，但却取得了辉煌的成就。2.2微生物资源开发的基本程序和总体设计：寻找目标细菌：核心问题。效果试验、专利申请、菌种改良和发酵技术研究、产品批准、产品生产、市场开发、总体设计，总体设计是微生物资源开发利用的首要任务，核心是市场。市场是活的，所以我们应该考虑现有的市场，分析潜在的市场，分析竞争对手和自身的市场开发能力。总体设计还包括发展战略、自身工作基础、现有条件、自身优势和劣势、合作伙伴的实力和诚信、投资规模、投资周期和风险等。微生物资源的开发往往需要合作伙伴。如果国内外优势互补、诚信度高的合作伙伴参与进来，将会对发展大有裨益。为了使合作更加有效，绝对有必要缔结一项分工明确和公平

3、分享成果的协议。一旦确定了总体设计，明确开发意图并持续实施是微生物资源开发最基本的原则。核心问题是尽快找到所需的目标细菌。这是发展成败的关键，所有的战略、路线和方法都应该服务于这个中心，不能有任何偏差。在20世纪50年代，从1000种细菌中找到一种新的抗生素是可能的，但现在只有从10000种新化合物中成功开发出一种具有临床价值的药物才是可能的，这显示了巨大的困难和风险。如果你的发展目标比其他人更重要，并且其他人占了上风(比如在你之前申请专利)，你将不得不及时改变你的策略，并努力在其他地方领先。一个好的总体设计往往有几个方案，它们适应环境的变化。创新是微生物资源开发的灵魂。寻找目标菌株：菌株的来

4、源和分离：(1)目前，至少有58个国家建立了484个菌株收集中心，拥有80多万株菌株，可作为重要的菌株来源；(2)如果你自己分离菌株，你应该根据发展目标选择取样区域和环境。土壤是微生物种类最丰富的地方。海洋微生物尤其值得开发。极端环境微生物(温泉、盐湖、雪山、冰川、放射性区域等)。)也是重要的微生物资源；(3)利用混合细菌分离法分离有用细菌。在微生物发展最活跃的领域，可以根据作用机制、代谢途径的靶点、酶反应机制、基因操作中的调节因子和目标化合物的类型来设计初级选择模型。模型设计：多重筛选模型，可以意外发现更多用途的非目标菌。一种细菌的多重筛选：高通量筛选与组合生物化学相结合：前者使用相关设备，

5、将多个模型固定在不同的载体上，用机器人添加样品，培养样品，记录结果并通过计算机进行分析，实现快速、准确和跟踪；在后者中，已知的有用的化合物或已知的骨架化合物与不同的微生物共培养采样点为：土壤是微生物种类最丰富、来源取之不尽的地方。海洋微生物是特别有价值的资源。从某种意义上说，海洋微生物也可以被视为处女地，是一种极具开发潜力的微生物资源。极端环境微生物也是重要的微生物资源。在微生物学的发展过程中，分离和纯培养曾经是一个很大的进步，而现代工业微生物发酵几乎总是使用纯菌株。在某些情况下，不需要纯培养来分离资源微生物。2.3微生物资源开发的专利申请，注意事项，(1)申请时间应在确定新的活性、新的用途或

6、新的化合物时立即申请；(2)在他人可能复制你的技术而你又找不到明确证据的情况下，最好采取保密措施(在专利中实施技术保密)；(3)研究人员往往不熟悉法律程序，申请专利的最佳方式是聘请法律顾问或专利申请代理人；(4)新品系也可以申请专利，但不同国家有不同的规定。美国：新品系发布后你不能申请；西欧国家规定他们可以在出版后一年内申请。因此，当新菌株被接受发表时(大约在发表前3个月到半年)，立即申请专利是最合适的。保护生产菌株和专利菌株，专利菌株和生产菌株都是有价值的资源。专利菌株可能没有生产价值。生产菌株可能没有专利。专利菌株及其产品必须是新的，可以开发成生产菌株实现产业化，但在申请专利时可能没有真正

7、的生产力。生产菌株必须具有现实的生产力。在某些情况下，专利菌株是生产者菌株。两者的保护都关系到当事人的经济利益，是知识产权的保护。专利申请的必要性，开发新抗生素的全过程，需要大约2亿美元的投资，10年左右的时间，大量的人力物力，以及巨大的风险。各国的普遍做法是，一旦证明一种新的菌株产生一种新的物质并具有一定的活性(不一定具有临床价值)，首先要做的是立即申请专利。然后继续研究和开发。这表明专利对于促进微生物资源的开发极其重要。没有专利保护，没有人敢开发抗生素和其他微生物产品。可以使用廉价的原料、简单的培养基、大量高效的合成产物，合成产物的方式尽可能简单，或者菌株转化的可操作性强，其遗传性能应相对

8、稳定，并且不容易感染其他微生物或噬菌体，必须考虑生产菌及其产物的毒性(在分类学上最好与病原菌无关)，并且生产特性应符合技术要求。1.工业微生物的应用要求、2.4资源微生物的特殊要求、2.5资源微生物的研究方向和分子生物学的实验手段在微生物的鉴定和特定目标产物的筛选中发挥着越来越重要的作用。例如，16SRNA同源性分析、基因序列分析和DNA/DNA杂交技术，目前土壤中可培养的微生物总数不到1%。微生物的多样性和资源的开发仍将是未来几年的研究重点。极端环境中微生物的开发和应用前景广阔。浩瀚的海洋是地球上生命的摇篮，覆盖了地球表面71%的面积，海水总量占地球总水量的97%。海洋中有丰富的生物资源，有

9、多种生物活性物质。仅在过去十年中，就发现了近5000种新的海洋天然产物，其中大部分是从海洋微生物中分离出来的，许多是陆地生物所没有的，显示出巨大的发展潜力。海洋微生物资源研究已成为海洋资源研究的重要内容之一。海洋微生物生物多样性，海洋是一个非常独特的生态环境，包括高s发现的类群主要包括：病毒、古细菌、细菌、粘细菌、微藻和真菌。海洋微生物的物种多样性决定了其代谢产物的多样性，海洋环境是新的生物活性物质的来源。海洋微生物药物资源，以及从各种海洋样品中分离的细菌和放线菌，如海水、海底泥、海鱼的胃内容物、珊瑚表面、连翘的身体或体表、毒蟹、河豚鱼、角毛藻等。可以产生多种生物活性物质。海洋真菌70%的次生

10、代谢产物具有生物活性。一种已分离的新成分，以及一种抗氨基糖苷类耐药菌株的新氨基糖苷类抗生素。抗菌物质和肌醇氨霉素对铜绿假单胞菌和部分耐药革兰氏阴性菌具有活性强、抗菌谱广、毒性低的特点。寡霉素2A的20-羟基衍生物，肠霉素的5-脱氧衍生物，和两种新的细菌化合物，八氢酰亚胺A和B，缩酮乳酰胺，大环酰亚胺和卤代霉素，具有抗病毒或抗肿瘤活性。一种杂多糖，可增强免疫活性，促进体液免疫和细胞免疫，抑制多种动物移植性肿瘤，在抗肿瘤方面与化疗药物有协同作用，已用于临床。海洋微生物的极端酶资源，嗜冷菌可以产生多种酶，在低温下表现出高效率。提取的嗜冷酶包括-淀粉酶、磷酸丙糖异构酶、蛋白酶、脂肪酶、胶原酶和嗜冷碱性蛋白酶，在工业洗涤剂和保持食品营养和风味方面发挥重要作用。从嗜热微生物中筛选出许多耐热酶，如淀粉酶、蛋白酶、葡糖苷酶、木聚糖酶、磷酸烯醇式丙酮酸激酶和DNA聚合酶。这些酶在75 100之间具有良好的热稳定性。一种聚合酶，命名为pf r聚合酶，是从一种新发现的耐高温细菌如焦球菌中获得的。它能在100下与酶功能有效反应，这种酶有可能取代第一种taq聚合酶进入商业市场，并在聚合酶链式反应(PCR)技术中发挥重要作用。深海正压微生物是正压酶的重要来源。高压提高了酶的活性和热稳定性，使酶具有良好的立体专一性。在高温高压下，底物的溶解度增加，溶