微生物工程詳解演示文稿

微生物工程詳解演示文稿1當前1頁，總共73頁。（優(yōu)選）微生物工程2當前2頁，總共73頁。明德—注重道德修養(yǎng)，使道德法令化為內(nèi)在需求，達到人生道德境界。明德為做第一要務，為教育首要職責。任責—做有責任心的人，對個人、父母、社會、國家、人民負責。致知—開啟智慧，學會認知，改善心智。力行—行勝于言，身體力行、踏實行事。3當前3頁，總共73頁。“自強不息，厚德載物”天行健，君子以自強不息；地勢坤，君子以厚德載物?！吨芤住?當前4頁，總共73頁。詮釋：

天（即自然）的運動剛強勁健，相應于此，君子處世，應像天一樣，自我力求進步，剛毅堅卓，發(fā)憤圖強，永不停息；大地的氣勢厚實和順，君子應增厚美德，容載萬物。

5當前5頁，總共73頁。

緒論6當前6頁，總共73頁。一、微生物工程的概念

微生物工程（Microbialengineering）是利用微生物的特定性狀和功能，通過現(xiàn)代工程技術生產(chǎn)有用物質(zhì)或直接應用于工業(yè)化生產(chǎn)的技術體系；是將傳統(tǒng)發(fā)酵與現(xiàn)代DNA重組、細胞融合、分子修飾和改造等新技術結合并發(fā)展起來的現(xiàn)代發(fā)酵技術。微生物工程是滲透有工程學的微生物學，是發(fā)酵技術工程化的發(fā)展。7當前7頁，總共73頁。生物工程(bioengineering)二、微生物工程的地位與作用生物技術(biotechnology)8當前8頁，總共73頁。生物技術是21世紀高新技術革命的核心內(nèi)容，生物技術產(chǎn)業(yè)將是21世紀的支柱產(chǎn)業(yè)。生物技術在迎接人口、資源、能源、食物、環(huán)境等五大危機的挑戰(zhàn)中將大顯身手。許多國家都將生物技術確定為增強國力和經(jīng)濟發(fā)展的關鍵技術之一。9當前9頁，總共73頁。

深圳科興生物工程有限公司是我國第一家現(xiàn)代化生物工程生產(chǎn)企業(yè)。它創(chuàng)建于1989年，是由國家科委生物工程中心、中國預防醫(yī)學科學院病毒學研究所、衛(wèi)生部上海生物制品研究所和衛(wèi)生部長春生物制品研究所共同投資組建，將中國人自行研制、國家衛(wèi)生部批準的第一個基因工程藥物——α1b干擾素（賽若金）實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。2008年，正中置業(yè)集團全資收購科興。深圳科興生物10當前10頁，總共73頁。11當前11頁，總共73頁。賽若金（注射用重組人干擾素α1b），現(xiàn)有六種規(guī)格，是規(guī)格最齊全的干擾素產(chǎn)品。干擾素是國際公認治療慢性乙型、丙型肝炎和毛細胞白血病的首選藥物。賽若金在療效、使用頻率、市場份額、知名度、美譽度等方面已躍居國內(nèi)外同類產(chǎn)品第一，成為中國干擾素市場的第一品牌，被列入中華醫(yī)學會重點推廣工程。12當前12頁，總共73頁。1、中國人使用最多的干擾素2、國家衛(wèi)生部批準的第一個基因工程藥物3、世界上第一個采用中國人基因克隆和表達的基因工程產(chǎn)品4、國家一類新藥5、榮獲國家科技進步一等獎6、國家“863”計劃生物技術領域第一個實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品7、第一個國家火炬計劃項目8、第一個基因工程國家級新產(chǎn)品“賽若金”的八個“第一”13當前13頁，總共73頁。生物工程微生物工程基因工程細胞工程酶工程14當前14頁，總共73頁。微生物工程

是生物技術的重要組成和基礎，是生物技術產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。它將微生物學、生物化學和化學工程的基本原理有機結合起來，廣泛而深入地揭示了發(fā)酵過程的本質(zhì)。15當前15頁，總共73頁。三、微生物反應過程的特點（一）優(yōu)點：（與化學工程相比）1、生產(chǎn)過程通常在常溫常壓下進行，操作條件溫和，不需考慮防爆問題，一種設備具有多種用途。2、原料以碳水化合物為主，不含有毒物質(zhì)。3、生產(chǎn)過程是以生命體的自動調(diào)節(jié)方式進行的，因此多個反應就象一個反應一樣，可在單一設備（發(fā)酵罐）中進行。4、能容易地生產(chǎn)復雜的高分子化合物，如酶、光學活性體等。16當前16頁，總共73頁。5、能高度選擇性地進行復雜化合物在特定部位反應，如氧化、還原、官能團導入等。6、生產(chǎn)產(chǎn)品的生物體本身也是發(fā)酵產(chǎn)物，富含維生素、蛋白質(zhì)、酶等有用物質(zhì)；除特殊情況外，培養(yǎng)液一般不會對人和動物造成危害。7、通過微生物菌種改良，能夠利用原有設備使生產(chǎn)效率迅速提高。發(fā)酵過程的這些特性決定了微生物工程的種種優(yōu)點，使得微生物工程成為生物技術的核心之一而受到廣泛重視。17當前17頁，總共73頁。（二）發(fā)酵過程中尚存在的問題：1、底物不能完全轉(zhuǎn)化成目的產(chǎn)物，副產(chǎn)物的產(chǎn)生不可避免，因而造成提取和精制困難，這是目前發(fā)酵行業(yè)下游操作落后的原因之一。2、微生物反應是活細胞的反應，產(chǎn)物的獲得除受環(huán)境因素影響外，也受細胞內(nèi)因素的影響，且菌體易發(fā)生變異。3、原料是農(nóng)副產(chǎn)品，雖然價廉，但質(zhì)量波動較大。4、通常底物濃度不能過高，且要在無雜菌污染情況下進行。5、發(fā)酵廢水常具有較高的BOD和COD，需處理后排放。18當前18頁，總共73頁。四、微生物工程發(fā)展簡史1、傳統(tǒng)的微生物發(fā)酵技術——天然發(fā)酵幾千年酒（古埃及公元前4000–3000年；龍山文化4200年前）啤酒、黃酒、醬油、泡菜等。19當前19頁，總共73頁。2、第一代微生物發(fā)酵技術——純培養(yǎng)技術

LouisPasteur微生物引起發(fā)酵；酒精發(fā)酵由酵母引起。

EduardBuchner酒化酶(zymase)

RobertKoch發(fā)明了固體培養(yǎng)基；建立了純培養(yǎng)技術。人為控制發(fā)酵過程酒精、丙酮、丁醇、有機酸等

（厭氧發(fā)酵；初級代謝產(chǎn)物）20當前20頁，總共73頁。LouisPasteur(1822～1895)巴斯德在世界上第一次完整地揭開了細菌或病毒作怪的奧秘；開辟了醫(yī)學中的細菌學時代，他是近代微生物學的奠基人，法國杰出的生物學家、化學家。證明了發(fā)酵是微生物活動的結果巴氏消毒（62-65℃，30min；75-90℃，15-16s）首次分離出炭疽桿菌（生物武器）發(fā)明狂犬病疫苗21當前21頁，總共73頁。3、第二代（近代）微生物發(fā)酵技術——深層培養(yǎng)技術出現(xiàn)于20世紀40年代，以抗生素的生產(chǎn)為標志。青霉素的發(fā)現(xiàn)與大量需求

表面培養(yǎng)法(surfaceculture)效價40U/mL，純度20%，收率35%深層培養(yǎng)技術(submergedfermentation)——機械攪拌通氣發(fā)酵

鏈霉素、氯霉素、金霉素、土霉素、四環(huán)素等抗生素工業(yè)的發(fā)展促進了其他發(fā)酵產(chǎn)品的出現(xiàn)，如氨基酸發(fā)酵工業(yè)。好氧發(fā)酵，初級、次級代謝產(chǎn)物。22當前22頁，總共73頁。4、第三代發(fā)酵技術——微生物工程1973，DNA重組技術、原生質(zhì)體融合技術等應用。1982，第一個基因工程產(chǎn)品——利用工程菌生產(chǎn)的人胰島素問世?，F(xiàn)有許多種類的產(chǎn)品促紅細胞生成素(EPO)(治療貧血)生長激素(促進生長)胰島素(治療糖尿病)干擾素(INF)

(抗病毒、抗腫瘤)

23當前23頁，總共73頁。五、微生物工程的應用食品加工：單細胞蛋白（酵母、真菌等）含醇飲料：葡萄酒、黃酒、白酒、啤酒、白蘭地、威士忌發(fā)酵乳制品：奶酪、酸奶調(diào)味品：味精、肌苷酸、醬油、醋等微生物技術最早開發(fā)應用的領域，至今產(chǎn)量和產(chǎn)值仍占微生物工程的首位。1、在食品工業(yè)的應用（一）微生物工程應用領域24當前24頁，總共73頁。2、在醫(yī)藥衛(wèi)生中的應用抗生素：12000余種青霉素、金霉素、四環(huán)素、鏈霉素、慶大霉素、卡那霉素、新霉素、螺旋霉素、頭孢霉素等。氨基酸：可發(fā)酵生產(chǎn)的有谷、賴、丙、組、異亮、亮、苯丙、脯、蘇、色、酪、纈、瓜、鳥氨酸（國內(nèi)40億元，占發(fā)酵業(yè)產(chǎn)值12%）維生素：VB2、VB12、VC、VA、VD等生物制品：亞單位疫苗、重組疫苗、DNA疫苗等。酶抑制劑：-淀粉酶的抑制劑可治療糖尿病膽固醇抑制劑可治療高血壓高血脂25當前25頁，總共73頁。3、在輕工業(yè)中的應用糖酶：-淀粉酶、-淀粉酶、異淀粉酶、木聚糖酶、葡萄糖異構酶、半乳糖酶、纖維素酶等蛋白酶：堿性蛋白酶（洗滌劑、皮革鞣化、啤酒去濁）酸性蛋白酶（飲料、制蛋白水解物）中性蛋白酶（皮革脫毛、蠶絲脫膠、蛋白胨制備）果膠酶：果汁果酒澄清脂肪酶：分解脂肪為脂肪酸和甘油凝乳酶：制干酪氨基?；?、甘露聚糖酶等26當前26頁，總共73頁。4、在化工能源中的應用醇及溶劑：乙醇、甘油、異丙醇、丙酮、丁醇、丁二醇等。有機酸：醋酸、丙酸、乳酸、檸檬酸、蘋果酸、衣康酸、水楊酸等。多糖：黃原膠、海藻糖等。清潔能源：氫氣、微生物燃料電池等。27當前27頁，總共73頁。5、在農(nóng)業(yè)中的應用生物農(nóng)藥：

殺蟲劑（Bt、白僵菌、病毒、微孢子蟲）

防治植物病害（假單孢菌、木霉、弱病毒、慶豐霉素）生物除草劑：利用雜草的病原微生物生物增產(chǎn)劑：根瘤菌、藍細菌、鉀細菌、磷細菌等28當前28頁，總共73頁。6、在環(huán)境保護中的作用污水處理（厭氣法、好氣法）7、在高技術領域中的應用基因工程的各種工具酶等?！包S金大米”29當前29頁，總共73頁。（二）微生物工程產(chǎn)品類型1、微生物菌體的發(fā)酵藥用真菌（冬蟲夏草、靈芝、茯苓等）生物防治制劑（如蘇云金桿菌）活性乳制劑細胞的生長與產(chǎn)物的積累成平行關系，生長速率最大的時期也是產(chǎn)物合成最高階段30當前30頁，總共73頁。2、微生物酶發(fā)酵各種酶制劑糖化酶、氨基?；福―L氨基酸光學拆分）、蛋白酶、脂肪酶等。31當前31頁，總共73頁。3、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵初級代謝產(chǎn)物：

與菌體生長相伴隨的產(chǎn)物氨基酸、核苷酸、維生素、有機酸、溶劑菌體對其合成反饋控制嚴密，一般不過量積累。次級代謝產(chǎn)物：

與菌體生長不相伴隨，以初級代謝產(chǎn)物為原料而合成。

抗生素、生物堿、毒素、胞外多糖等結構常較復雜對環(huán)境條件敏感32當前32頁，總共73頁。4、微生物的生物轉(zhuǎn)化

利用微生物細胞的一種或幾種酶，對外源化合物的特定部位進行加工，如加入羥基、還原雙鍵、脫氧或切斷支鏈等。

轉(zhuǎn)化的最終產(chǎn)物并不是微生物細胞利用營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)細胞代謝產(chǎn)生，而是微生物細胞的酶或酶系作用于底物的某一部位，進行特定部位的化學反應而形成。反應最顯著的特點是特異性強，包括反應特異性、結構位置特異性、立體特異性。33當前33頁，總共73頁。

甾體激素：分腎上腺皮質(zhì)激素和性激素；重要的生理調(diào)節(jié)作用，在臨床上廣泛用于治療過敏性皮炎、類風濕性關節(jié)炎、紅斑狼瘡、支氣管哮喘等。

甾體藥物的工業(yè)生產(chǎn)主要通過改造天然的甾體產(chǎn)物而獲得；可的松類抗炎激素之所以有卓越的抗炎活力，主因在甾體母核11位上導入一個氧原子，最大的困難也正在此。

化學轉(zhuǎn)化：步驟繁多、得率低、價格昂貴（Savett,576kg脫氧膽酸，30多步反應，兩年→938mg醋酸可的松）

生物法：高效、收率高（1952年，Munrry等，黑根霉，僅1步就將孕酮11位上導入一個羥基，使從孕酮合成皮質(zhì)酮只需3步，這樣才使可的松問世）如：甾體轉(zhuǎn)化34當前34頁，總共73頁。5、微生物特殊機能的利用利用微生物消除環(huán)境污染微生物冶金利用基因工程菌開拓發(fā)酵工程新領域35當前35頁，總共73頁。六、微生物工程面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨向（一）面臨的挑戰(zhàn)1、化學合成工業(yè)的競爭

有機溶劑，如丙酮、丁醇，發(fā)酵法產(chǎn)品所占份額已很少。當然也有多種原來通過化工合成的產(chǎn)品逐漸被發(fā)酵法所取代，如乳酸。2、農(nóng)業(yè)生物工程的沖擊轉(zhuǎn)基因植物中表達生產(chǎn)PHB、抗體、藥物等。36當前36頁，總共73頁。（二）微生物工程發(fā)展趨向1、提高現(xiàn)有微生物發(fā)酵工業(yè)水平2、利用重組DNA技術3、開拓極端酶極端酶由于極端酶的極端穩(wěn)定性，為開拓新的生物催化和生物轉(zhuǎn)化提供了廣闊的應用前景。37當前37頁，總共73頁。七、微生物工程的內(nèi)容微生物工程基本上可分為發(fā)酵和提取兩部分發(fā)酵部分也稱發(fā)酵工程，是微生物反應過程；提取部分也稱后處理，或下游加工技術。

雖然微生物工業(yè)生產(chǎn)以發(fā)酵為主，發(fā)酵的好壞是整個生產(chǎn)的關鍵，但后處理在發(fā)酵生產(chǎn)中也占有重要的地位。38當前38頁，總共73頁。討論：微生物工程將來較有潛力的發(fā)展方向？你對微生物工程哪方面的研究感興趣？列舉你接觸過的微生物工程產(chǎn)品。（每位同學列舉一件產(chǎn)品，不可重復。食品、藥品、工業(yè)用品等）39當前39頁，總共73頁。第一章

微生物工程菌種第一節(jié)發(fā)酵工業(yè)常用微生物第二節(jié)菌種來源第三節(jié)菌種選育第四節(jié)菌種保藏40當前40頁，總共73頁。第一節(jié)發(fā)酵工業(yè)常用的微生物41當前41頁，總共73頁。一、發(fā)酵工業(yè)對微生物菌種的要求盡管工業(yè)用微生物菌種多種多樣，但作為大規(guī)模生產(chǎn)，選擇菌種應遵循以下原則：1、能在廉價原料制成的培養(yǎng)基上迅速生長，并形成所需的代謝產(chǎn)物，產(chǎn)量高。2、可以在易于控制的培養(yǎng)條件下迅速生長和發(fā)酵，且所生產(chǎn)的酶活力高。3、根據(jù)代謝控制的要求，選擇單產(chǎn)高的營養(yǎng)缺陷型突變株或調(diào)節(jié)突變株或野生菌株。42當前42頁，總共73頁。4、選育抗噬菌體能力強的菌株，使其不易感染噬菌體。5、菌種純粹，不易變異退化，以保證發(fā)酵生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。6、菌種不是病原菌，不產(chǎn)生有害的生物活性物質(zhì)和毒素，以保證安全。43當前43頁，總共73頁。二、發(fā)酵工業(yè)中常用微生物菌種44當前44頁，總共73頁。（一）細菌45當前45頁，總共73頁。1、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)

分布廣，常存在于枯草、土壤等，一般為腐生菌；在醬油、醬類和白酒制曲時，如果水分含量大，溫度較高，就容易造成枯草桿菌迅速繁殖；不僅消耗原料蛋白質(zhì)和淀粉，而且生成刺眼鼻的氨味，造成發(fā)酵液發(fā)粘發(fā)臭，使制曲失敗。能產(chǎn)生大量淀粉酶和蛋白酶AS1.393蛋白酶BF7658-淀粉酶46當前46頁，總共73頁。2、大腸桿菌(Escherichiacoli)可利用大腸桿菌制取天冬氨酸、蘇氨酸、纈氨酸等。

大腸桿菌的谷氨酸脫羧酶在工業(yè)上被用來進行谷氨酸的定量分析。

基因工程的很好材料。47當前47頁，總共73頁。3、乳酸桿菌(Lactobacillussp.)革蘭氏陽性，無芽孢，厭氧或兼性厭氧可生產(chǎn)乳酸干酪的成熟、乳脂的酸化和腌菜、泡菜制作48當前48頁，總共73頁。4、丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutyleum)

芽孢卵形，中生或次端生，使芽孢囊膨大成梭狀或鼓槌形。專性厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丙酮丁醇49當前49頁，總共73頁。5、腸膜狀明串珠菌(Leuconostocmesenteroides)G+、微需氧至兼性厭氧，生長需要纈氨酸和谷氨酸在蔗糖液中形成特征性葡聚糖黏液（20~25oC促使形成）可生產(chǎn)葡聚糖使糖汁變粘而無法加工，為糖廠有害菌50當前50頁，總共73頁。6、醋酸菌(Acetobacter)不形成芽孢，G－，好氣性。分兩群：1）只將乙醇氧化成醋酸2）將產(chǎn)生的醋酸繼續(xù)氧化成CO2和水可生產(chǎn)醋酸

51當前51頁，總共73頁。7、棒狀桿菌(Corynebacterium)以葡萄糖為原料發(fā)酵產(chǎn)生酸，是谷氨酸和其他氨基酸的高產(chǎn)菌。生產(chǎn)谷氨酸等如北京棒桿菌AS1.299、鈍齒棒桿菌AS1.54252當前52頁，總共73頁。8、短桿菌(Brevibacterium)

氨基酸、核苷酸工業(yè)生產(chǎn)中常用的菌種，也是酶法生產(chǎn)輔酶A的菌種。

53當前53頁，總共73頁。9、黃單胞菌(Xanthomonas)細胞直桿狀，G－，無芽孢，極生鞭毛。在含蔗糖的瓊脂平板上形成圓形、邊緣整齊、粘稠光滑的黃色菌落；液體培養(yǎng)形成黃色粘稠的膠狀物——莢膜多糖，其黃色為一種水溶性色素。野油菜黃單胞菌(X.campestris)可以用淀粉生產(chǎn)黃原膠(Xanthangum)54當前54頁，總共73頁。10、假單胞菌(Pseudomonas)能發(fā)酵生產(chǎn)維生素B12、丙氨酸、谷氨酸、葡萄糖酸、色素、果膠酶；也能進行類固醇（甾體）轉(zhuǎn)化；有些菌株可利用烴類生產(chǎn)單細胞蛋白。55當前55頁，總共73頁。（二）放線菌因其菌落呈放射狀而得名屬原核微生物類群，在自然界中分布很廣，尤其在有機質(zhì)豐富的微堿性土壤中較多。大多腐生，少數(shù)寄生。產(chǎn)生多種抗生素（12000余種，60%左右來自放線菌），經(jīng)濟價值大。56當前56頁，總共73頁。1、鏈霉菌屬(Streptomyces)57當前57頁，總共73頁。灰色鏈霉菌(Streptomycesgriseus)

生產(chǎn)鏈霉素金霉素鏈霉菌(Streptomycesaureofaciens)

在PDA培養(yǎng)基上生長時，基內(nèi)菌絲產(chǎn)生金黃色色素。生產(chǎn)金霉素紅霉素鏈霉菌(Streptomyceserythreus)

產(chǎn)紅霉素龜裂鏈霉菌(Streptomycesrimosus)

菌落灰白色，表面后期有皺折，呈龜裂狀。生產(chǎn)土霉素58當前58頁，總共73頁。2、小單胞菌屬(Micromonospora)與一般放線菌不同，菌絲體長入培養(yǎng)基內(nèi)，不形成氣生菌絲，而在培養(yǎng)基內(nèi)菌絲體上長出孢子梗，其頂端生一個球形、橢圓形孢子。菌落致密，與培養(yǎng)基緊密結合在一起，表面凸起，多崎嶇；菌落常為橙黃色、紅色、深褐色、黑色和蘭色。多種可產(chǎn)抗生素，如棘孢小單胞菌（M.echinospora）產(chǎn)慶大霉素（副作用）59當前59頁，總共73頁。3、游動放線菌屬（Actinoplanes）一般不形成氣生菌絲，孢囊在基內(nèi)菌絲上形成，孢囊孢子在孢囊內(nèi)盤卷或呈直線排列；孢子球形，有時端生1-40根鞭毛，能運動。濟南游動放線菌(Actinoplanestsinanesis)產(chǎn)創(chuàng)新霉素(creatmycin;1964)60當前60頁，總共73頁。4、諾卡氏菌屬(Norcadia)一般無氣絲，基絲培養(yǎng)十幾小時形成橫隔，并斷裂成桿狀或球狀孢子。菌落較小，邊緣多呈樹根毛狀。生產(chǎn)利福霉素、蚊霉素等61當前61頁，總共73頁。5、孢囊鏈霉菌屬(Streptosporangium)孢子絲盤卷成球形孢囊，內(nèi)形成孢囊孢子，孢囊孢子無鞭毛。產(chǎn)多霉素、創(chuàng)新霉素。62當前62頁，總共73頁。（三）酵母菌單細胞真核，主要分布于含糖質(zhì)較多的偏酸性環(huán)境中，如水果、蔬菜、花蜜和植物葉子上，以及果園土壤中?！捌斩琛薄鞍茬鹘湍浮眮喼薜谝?3當前63頁，總共73頁。1、啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)根據(jù)長與寬的比例，分三組：第一組長寬比為1～2細胞多為圓形、卵圓形；主要供生產(chǎn)啤酒、白酒、酒精及面包；第二組長寬比為2多供生產(chǎn)葡萄酒、果酒用；第三組長寬比大于2耐高滲透壓，供發(fā)酵甘蔗糖蜜生產(chǎn)酒精用；64當前64頁，總共73頁。

啤酒酵母的應用非常廣，常用于傳統(tǒng)的發(fā)酵行業(yè)，如啤酒、白酒、果酒、酒精、藥用酵母、面包制作，故又稱釀酒酵母。

近年來，利用啤酒酵母提取核酸、麥角固醇、細胞色素C、凝血質(zhì)和輔酶A等；生產(chǎn)單細胞蛋白(SCP)可食用、藥用和作為飼料；它的轉(zhuǎn)化酶可用于轉(zhuǎn)化蔗糖，制造酒心巧克力。65當前65頁，總共73頁。2、葡萄汁酵母(Saccharomycesuvarum)

與釀酒酵母相似，主要區(qū)別在于葡萄汁酵母能發(fā)酵棉子糖和蜜二糖。

葡萄汁酵母常用于啤酒釀造的底層發(fā)酵，也可食用、藥用或作飼料。3、漢遜酵母(H