基因工程應(yīng)用ppt課件(已修改)
2025-09-23 18:25 本頁面
【正文】 (生物 )工程問題的基因工程策略n 傳統(tǒng)的化學(xué)工程的核心是所謂的 “ 三傳一反 ” ，即：動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞和反應(yīng)工程。n 在生物化學(xué)工程中，同樣存在著這些問題。目前，生物化工工作者，通常是通過物理或化學(xué)的方法來解決這些問題的。問題的提出n 例如，在生物好氧發(fā)酵過程中，氧的供應(yīng)是一個(gè)重要的問題，因?yàn)檠踉谒芤褐械娜芙舛仁呛艿偷?。因此，保證供氧往往成為菌體生長和代謝的限制性因素。尤其為了提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和降低生產(chǎn)成本進(jìn)行大規(guī)模、高密度培養(yǎng)時(shí)，氧的供給和傳遞問題就更加突出。一例生化工程問題n 通常的方法是加強(qiáng)攪拌和加大通氣量，甚至通富氧或在發(fā)酵液中加入可高溶氧的物質(zhì)（氧載體），來滿足菌體對氧的需求。無疑，這些措施都會增加能耗和生產(chǎn)成本。有時(shí)甚至仍達(dá)n 不到高密度培養(yǎng)的要求。 因此，提高氧的利用率是生物發(fā)酵過程中出現(xiàn)的一大難題。n 又例如：生物化工中，大多數(shù)基因工程產(chǎn)品是胞內(nèi)產(chǎn)物，即：產(chǎn)物積累在細(xì)胞內(nèi)。因此，在細(xì)胞培養(yǎng)或發(fā)酵后，需要破碎細(xì)胞、釋放胞內(nèi)產(chǎn)物。n 破碎細(xì)胞是生物產(chǎn)品后處理中一個(gè)比較特殊和麻煩的操作過程。 又一例生化工程問題n 傳統(tǒng)的細(xì)胞破碎方法有：n機(jī)械法、n溶劑萃取法、n化學(xué)試劑法、n酶法，等等。n 各種方法都有一定的n缺陷和局限性。n 機(jī)械法 — 設(shè)備昂貴，產(chǎn)品變性；n 溶劑萃取法 — 溶劑回收，環(huán)境污染；n 化學(xué)試劑法 — 環(huán)境污染，產(chǎn)品變性；n 酶法 —n 操作復(fù)雜，n 條件苛刻，n 需加外源酶。n 生物技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)，人們對此有很高的期望，但是為什么生物技術(shù)沒有在生產(chǎn)中得到預(yù)期那樣快的發(fā)展呢？n 其原因很多，n 其中一個(gè)重要的原因是生物技術(shù)本身在工程上存在著一些問題。生化產(chǎn)品生產(chǎn)中存在的問題生化產(chǎn)品生產(chǎn)中存在的問題n 發(fā)酵成本高：n 培養(yǎng)基 — 組成復(fù)雜，原料昂貴；n 供氧 — 加強(qiáng)通氣 /攪拌， 能耗高 ，通純氧；n 回收成本高： n 產(chǎn)物濃度低；n 雜質(zhì)含量高；n 分離提取困難。n 廢物、廢水的 處理問題。生化產(chǎn)品生產(chǎn)中存在的問題n 總起來： 存在的主要問題：n 在許多情況下，與其它生產(chǎn)法n 相比，往往生產(chǎn)成本較高 。 基因工程的新作用n 隨著生物技術(shù)的日益發(fā)展，可以利用基因工程技術(shù)來解決化學(xué)工程的問題，從而實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本的目的。n 這為基因工程的作用賦予了新的含意，即用基因工程來解決化學(xué)工程問題。一個(gè)實(shí)例：n 以 聚 β 羥基丁酸酯（ PHB）n 的生產(chǎn)為例：n 這是一種用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的可生物降解的高分子材料，它還具有生物相容性、壓電性及低透氧性等許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。不僅可以在醫(yī)藥、電子等高技術(shù)領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用，并可望為解決日益嚴(yán)重的 “ 白色污染 ” 問題帶來希望。n 但是，如上所述的那樣，n 在 PHB生產(chǎn)中 存在的主要問題也是：n 成本較高。n 其原因是： n ● 發(fā)酵水平低；n ● 發(fā)酵成本高：n ● 回收成本高： n 細(xì)胞可控裂解E. coli cell 透明顫菌血紅蛋白基因 λ 噬菌體裂解基因PHB 合成基因提高氧利用率高產(chǎn)率 低成本 新菌株構(gòu)建 生產(chǎn) PHB的 基因工程策略為提高合成 PHB的能力： 利用大腸桿菌快速生長和可利用廉價(jià)碳源等優(yōu)點(diǎn)，將合成 PHB的基因在大腸桿菌中克隆和表達(dá)，以達(dá)到提高產(chǎn)量、降低成本的目的。利用 烈性噬茵體裂解細(xì)胞壁在菌體中添加烈性噬菌體可以有效地裂解細(xì)胞 ,破細(xì)胞壁。 1994 年報(bào)道了用 T4 噬菌體來裂解 E. coli 細(xì)胞的方法。但由于烈性噬菌體不可控 ,它的引入和散布不但會污染生產(chǎn)環(huán)境 ,給后續(xù)的培養(yǎng)帶來很大的麻煩 ,甚至?xí)：Φ骄N ,所以通常情況下 ,這種方法是不可取的 ,也是不實(shí)用的。這方面的報(bào)道也很少利用溫和性噬菌體裂解細(xì)胞壁利用溫和性噬菌體感染細(xì)胞 ,獲得溶源菌 ,進(jìn)而通過外在條件的變化來誘導(dǎo)細(xì)胞裂解 ,這種破細(xì)胞壁的方法 ,由于其可控 ,所以相對于用烈性噬菌體裂解細(xì)胞的方法來說更具有吸引力。利用克隆噬菌體裂解基因的方法破細(xì)胞壁在溫和性噬菌體中 , E. coli 的 λ噬菌體是目前研究得最清楚的。在研究感染了 λ噬菌體的 的裂解時(shí)發(fā)現(xiàn) ,對細(xì)胞起裂解作用的主要是 λ噬菌體 DNA 上裂解基因所編碼的酶。 λ噬菌體的裂解基因包括 S、 R 和 Rz 三個(gè)基因 ,其中 R 基因的產(chǎn)物是一種可溶于水的轉(zhuǎn)糖基酶 ( transglycosylase) ,可分解細(xì)胞壁的肽聚糖。該酶與真正的溶菌酶的不同之處在于 ,它可以引起肽鍵水解 ,而溶菌酶卻只使肽聚糖上相鄰的 N2乙酰氨基葡萄糖殘基間裂開。Rz 基因的產(chǎn)物可能是一種肽鏈內(nèi)切酶(endopeptidase) ,它可以切割肽聚糖的寡糖之間和 /或者肽聚糖與細(xì)胞壁外膜之間的交聯(lián)。 R 和 Rz 基因產(chǎn)物的功能是降解細(xì)胞壁 ,而 S 基因產(chǎn)物的作用是改變細(xì)胞質(zhì)膜的通
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