食品加工技术课件-基因工程菌发酵.pptVIP

一、培养罐 作为基因重组体的培养装置，与一直沿用的通气搅拌培养罐要有区别，即不仅要防止外部微生物侵入罐内，还必须采用不使培养物外漏的培养装置。按实验准则，可把这类密闭型通气搅拌式培养罐划分为操作液量20L以上和20L以下两种。 现今使用的微生物培养装置，按其灭菌法又可分两类。 一是在高压灭菌器中进行培养基及培养罐的灭菌，罐本身通常是玻璃制的，容量在10L以下的居多； 另一类是20L以上的培养罐，一般为不锈钢制品，多采用通新鲜蒸气进行灭菌。 1973年，美国斯坦福大学教授的科恩，从大肠杆菌里取出了两种不同的质粒，它们各自具有一个抗药的基因。科恩把两种质粒上不同的抗药基因裁剪下来，再把这两种基因拼接在同一个质粒中。当这种杂合质粒进入大肠杆菌体后，这些大肠杆菌就能抵抗两种药物，而且这种大肠杆菌的后代都具备双重抗菌性，拉开了基因工程时代的大幕。科恩本人也以DNA重组技术发明人的身份向美国专利局申报了世界上第一个基因工程的技术专利。基因工程的核心技术是DNA的重组技术，重组即利用供体生物的遗传物质或人工合成的基因，经过体外或离体的限制酶切割后与适当的载体连接起来形成重组DNA分子，然后在将重组DNA分子导入到受体细胞或受体生物构建转基因生物，该种生物就可以按人类事先设计好的蓝图表现出另外一种生物的某种性状。除DNA重组技术外，基因工程还应包括基因的表达技术，基因的突变技术，基因的导入技术等。 　　 * 基因工程一般包括四个步骤：一是取得符合人们要求的DNA片段，这种DNA片段被称为“目的基因”；二是将目的基因与质粒或病毒DNA连接成重组 DNA；三是把重组DNA引入某种细胞；四是把目的基因能表达的受体细胞挑选出来。 　　DNA 分子很小，其直径只有20埃，约相当于五百万分之一厘米，在它们身上进行“手术”是非常困难的，因此基因工程实际上是一种“超级显微工程”，对 DNA的切割、缝合与转运，必须有特殊的工具。 　　 　　　　要把目的基因从供体 DNA长链中准确地剪切下来，可不是一件容易的事。1968年，沃纳·阿尔伯博士、丹尼尔·内森斯博士和汉密尔·史密斯博士第一次从大肠杆菌中提取出了限制性内切酶，它能够在DNA上寻找特定的“切点”，认准后将DNA分子的双链交错地切断。人们把这种限制性内切酶称为“分子剪刀”。这种“分子剪刀”可以完整地切下个别基因。自70年代以来，人们已经分离提取了 400多种“分子剪刀”。有了形形色色的“分子剪刀”，人们就可以随心所欲地进行DNA分子长链的切割了。 　　 　　　　DNA的分子链被切开后，还得缝接起来以完成基因的拼接。1976年，科学们在5个实验室里几乎同时发现并提取出一种酶，这种酶可以将两个DNA片段连接起来，修复好DNA链的断裂口。1974年以后，科学界正式肯定了这一发现，并把这种酶叫作DNA连接酶。从此，DNA连接酶就成了名符其实的“缝合”基因的“分子针线”。只要在用同一种“分子剪刀”剪切的两种 DNA碎片中加上“分子针线”，就会把两种DNA片段重新连接起来。 　　 　　　　把“拼接”好的 DNA分子运送到受体细胞中去，必须寻找一种分子小、能自由进出细胞，而且在装载了外来的 DNA片段后仍能照样复制的运载体。理想的运载体是质粒，因为质粒能自由进出细菌细胞，应当用“分子剪刀”把它切开，再给它安装上一段外来的 DNA片段后，它依然如故地能自我复制。有了限制性内切酶、连接酶及运载体，进行基因工程就可以如愿以偿了。 　　 　　　　运载体将目的基因运到受体细胞是基因工程的最后一步，目的基因的导入过程是肉眼看不到的。因此，要知道导入是否成功，事先应找到特定的标志。例如我们用一种经过改造的抗四环素质粒PSC100作载体，将一种基因移入自身无抗性的大肠杆菌时，如果基因移入后大肠杆菌不能被四环素杀死，就说明转入获得成功了。 * 前已述及，基因工程细胞培养过程与培养方式与天然细胞培养过程或方式基本—致。但亦有其自身持点。实践表明，基因工程细胞工业化培养中，产物的产率往往比实验室培养规模为低。其原因主要与基因工程细胞特点有关，首先基因工程细胞的生长速率及表达率与其所载外源DNA的稳定性及产物分泌过程有关，其中重组DNA的稳定性尤为重要，重组DNA在宿主内表达方式有两种，其一是游离表达方式、其二是结合表达方式。因此，基因工程细胞培养过程，重组DNA的丢失方式亦有两种，其一是细胞培养过程，由于回复突变或分配作用致使DNA丢失．称为脱落性不稳定，其二是重组DNA中编码的结构基因在宿主内发生再重组过程产生突变，不再表达目的产物，此称加结构性不稳定。其次为提高基因工程细胞表达效率，需采取适当措施，提高重组DNA在宿主细胞内的拷贝数及促进表达产物自细胞内向细胞外分泌。此外，基因工程细胞的原宿主通常是某些培养物质(如某