【2018年必威体育精装版整理】代谢控制和育种.ppt

第四节 代谢调节控制育种 第四节 代谢调节控制育种 代谢调节控制育种通过特定突变型的选育，达到改变代谢通路、降低支路代谢终产物的产生或切断支路代谢途径及提高细胞膜的透性，使代谢流向目的产物积累方向进行。 1. 概念：指操纵基因或调节基因突变引起酶合成诱导机制失灵，菌株不经诱导也能合成酶、或不受终产物阻遏的调节突变型。 调节基因突变，致使不能形成活性化的阻抑物； 操纵基因突变，丧失和阻抑物结合的亲和力。 因此，可以利用一些易同化碳源或价廉易得的碳源作为基质生产所需的诱导酶类。 2. 筛选方法及实例 (1) 限量诱导物恒化培养 (2) 循环培养 (3) 鉴别性培养基的利用 (4) 筛选 (1) 限量诱导物恒化培养 (2) 循环培养 (3) 鉴别性培养基的利用 (4) 筛选 经诱变剂处理后的菌体移接到含有诱导能力低，但能作为良好碳源的诱导物的培养基中培养，突变体能良好生长，野生型不能生长。 例如：利用苯-β-半乳糖(PG)筛选β-半乳糖苷酶组成型突变株。 概念：抗分解阻遏和抗分解抑制的突变株。 分解代谢阻遏现象：在初级或次级代谢中都存在，其含义是指代谢过程中酶的合成往往受高浓度的葡萄糖或其他易分解利用的碳源或氮源所抑制。 选育抗分解调节突变株(如碳源、氮源或磷酸盐分解调节)，其实就是筛选合成酶的产生不受碳、氮、磷的代谢阻遏或抑制的突变株，使抗生素提前到菌体生长期开始合成，延长产抗期以提高产量。 筛选此类突变株的目的 由于葡萄糖分解产物的积累，阻遏抗生素合成的关键酶，从而抑制抗生素的合成。在实际生产中，采用流加葡萄糖或应用混合碳源可以控制分解中间产物的累积来减少不利影响，但最根本的办法则是筛选抗碳源分解调节突变株，以解除上述调节机制，达到增产的目的。 筛选方法与实例 (1) 循环培养法 (2) 鉴别性培养基 (3) 特殊氮源 (4) 葡萄糖结构类似物 (1) 循环培养法 (2) 鉴别性培养基 (3) 特殊氮源 用葡萄糖为碳源，受阻遏酶的底物作为惟一氮源配制成培养基，连续移接诱变后的产气杆菌(Aerobacters aerogenes)，可以筛选出不受葡萄糖阻遏的组氨酸酶突变株。 (4) 葡萄糖结构类似物 ① 特性：2-dG和3-mG既不被微生物代谢又具有分解阻遏作用，因此可用来筛选抗分解阻遏的突变株。 ② 筛选方法 培养基要求含低浓度2-dG或3-mG及一种生长碳源，该碳源必须经相应的诱导酶水解才能被微生物同化利用。 ③ 抗性突变株的性质 应用2-dG或3-mG不仅可以定向选育分解阻遏脱敏突变株，也可有效地分离到高产菌株。 2. 解除氮源分解调节突变株的选育 氮源分解调节：指含氮产物的酶受快速利用的氮源阻遏。 类型：细菌、酵母、霉菌等微生物对初级代谢产物的氮降解物具有调节作用。次级代谢的氮降解物的阻遏主要指铵盐和其他快速利用的氮源对抗生素生物合成具有分解调节作用。 实例：筛选芽孢杆菌中耐氨基酸菌株，是提高蛋白酶产量的一种有效方法。 3. 解除磷酸盐调节突变株的选育 （A）磷酸盐对次生产物的调节机制 (1) 通过初级代谢的变化影响次级代谢 ① 加强初级代谢，推迟抗生素合成的起始； ② 改变糖类分解代谢途径，磷酸盐有利于糖酵解，从而降低戊糖途径的活力，导致某些以戊糖途径为先导的抗生素合成受抑制； ③ 限制抗生素合成的诱导物； ④ 抑制或阻遏磷酸脂酶类的合成。 (2) 磷酸盐对ATP调节：磷酸盐可能通过调节细胞内的效应物cAMP、ATP等来控制抗生素的基因表达。 （B） 发酵过程中对磷酸盐的控制 其添加浓度要严格限制在亚适量的水平，但最主要的目标是选育解除磷酸盐调节突变株。 （C）抗磷酸突变株的筛选方法 营养缺陷型突变株的特性： （1）代谢障碍突变株，由结构基因突变引起合成代谢中一个酶失活，使某个生化反应发生遗传性障碍，使菌株丧失合成某种物质的能力，导致该菌株在培养基中不添加这种物质就无法生长。 （2）营养缺陷型菌株常常会使发生障碍的前一步的中间代谢产物得到累积，这就成为利用营养缺陷型菌株进行工业发酵来积累有用中间代谢产物的依据。 （3）营养缺陷型菌株由于生物合成途径中某一步发生障碍，合成反应不能完成，从而解除了终产物反馈阻抑。外加限量需要的营养物质，克服生长的障碍，使终产物不至于积累到引起反馈调节的浓度，从而有利于中间产物或另一途径的某种终产物的积累。 在初级代谢调节育种中的应用 （1）直线式生物合成途径 （2） 分支式生物合成途径 实例1：谷氨酸棒状杆菌的L-谷氨酸生物合成途径 实例2：谷氨酸棒状杆菌的腺核苷酸、鸟核苷酸的合成代谢途径 实例3 高丝氨酸营养缺陷型菌株的赖氨酸合成途径 2. 在次级代谢调节育种中的应用 （1）抗生素增产：抗生素产生菌的营养缺陷株多数生产