抗生素菌種選育的研究發(fā)展

抗生素菌種選育的研討開展制二零零五級生物技術(shù)系冉興鑫81050616現(xiàn)代，抗生素(antibiotics)作為重要臨床運用藥物在防治疾病和保證人類安康方面起了極其重要的作用。同時，在農(nóng)業(yè)病蟲害的防治方面，以其高效、低毒和易分解等優(yōu)點日益受人們關(guān)注。菌種是抗生素消費的根底，因此，菌種的選育就顯得尤為重要了。目前，抗生素菌種選育技術(shù)已從傳統(tǒng)的誘變育種開展到原生質(zhì)體交融技術(shù)和基因工程技術(shù)，并且以基因工程技術(shù)為主的多元化的育種方式將是今后抗生素菌種選育的主導(dǎo)方向。概述〔目前最常用的育種技術(shù)〕主要包括兩個環(huán)節(jié)：1〕以適宜的誘變方法處置大量分散的微生物細(xì)胞懸浮液，在引起絕大多數(shù)細(xì)胞致死的同時，使存活個體中的變異頻率大大提高。常用誘變方法物理方法化學(xué)方法采用的誘變劑有紫外線〔UV〕、X-射線、α-射線、β-射線、γ-射線、激光和低能離子注入等。采用的誘變劑有天然堿基類似物、烷化劑、羥化劑、移碼誘變劑及抗生素類誘變劑等?！不瘜W(xué)誘變劑在誘變微生物菌種時呵斥的突變率通常較高、相對經(jīng)濟，但大多是致癌劑或極毒藥品，運用時須謹(jǐn)慎。物理誘變法設(shè)備簡單、操作方便、誘變效果好，但正變率低、挑選任務(wù)量大?！骋弧⒄T變育種〔目前最常用的育種技術(shù)〕2〕設(shè)計一種有效的挑選方法淘汰負(fù)變菌株，并把正變菌株中少數(shù)變異幅度最大的具有優(yōu)良性狀菌株巧妙的挑選出來。常用挑選方法隨機挑選〔randomselection〕推理選育〔rationalselection〕一、誘變育種〔目前最常用的育種技術(shù)〕〔1〕隨機挑選〔Randomselection〕誘變育種技術(shù)中不斷采用的初篩方法，它是將誘變處置后構(gòu)成的各單細(xì)胞菌株，不加選擇地隨機進展發(fā)酵并測定其單位產(chǎn)量，從中選出產(chǎn)量最高者進一步復(fù)試。優(yōu)缺陷:較為可靠，不論種子或發(fā)酵過程的消費條件、生理條件如何，都與發(fā)酵罐消費條件比較接近，可以模擬進展，但隨機性大，需求進展大量挑選。一、誘變育種〔目前最常用的育種技術(shù)〕〔2〕推理選育〔Rationalselection〕根據(jù)抗生素生物合成和代謝調(diào)控機制來指點和設(shè)計的育種方案。是誘發(fā)突變與理性化挑選方法相結(jié)合的一種育種方法。大大減少挑選的盲目性，提高挑選效率?？贡旧砑捌錁?gòu)造類似物突變株的挑選抗分解代謝物阻遏突變株的挑選代謝妨礙突變株的挑選抗前體及其構(gòu)造類似物突變株的挑選鏈霉素抗性突變株的挑選形狀突變株的挑選磷酸鹽抗性突變株的挑選膜透性突變株的挑選金屬離子抗性突變株的挑選目前推理選育最常用方法優(yōu)點：一、誘變育種開展簡史：來源于20世紀(jì)60年代：1960年法國Karski研討小組在2種不同類型的動物細(xì)胞混合培育中發(fā)現(xiàn)了自發(fā)交融景象，同時日本Okada發(fā)現(xiàn)艾氏腹水瘤細(xì)胞易被滅活的仙臺病毒誘導(dǎo)交融，從而開場了細(xì)胞交融的探求。1974年Kao等在研討植物原生質(zhì)體交融時發(fā)現(xiàn)聚乙二醇〔PEG〕能有效促進交融，且交融頻率顯著提高。PEG誘導(dǎo)交融的作用被證明同樣適用于微生物原生質(zhì)體，從而微生物原生質(zhì)體交融技術(shù)迅速建立起來，在酵母、放線菌、霉菌、細(xì)菌等多種微生物的種內(nèi)、種間、屬間以致科間很快構(gòu)成了實驗體系，解除了很多技術(shù)妨礙。二、原生質(zhì)體交融技術(shù)開展簡史：1978年國際工業(yè)微生物遺傳學(xué)討論會提出原生質(zhì)體的交融問題，使這一技術(shù)迅速推行到了育種領(lǐng)域。1979年P(guān)首先發(fā)表了交融育種提高青霉素產(chǎn)量的報告，從而開創(chuàng)了原生質(zhì)體交融技術(shù)在抗生素育種改良任務(wù)中的運用。二、原生質(zhì)體交融技術(shù)包括：遺傳標(biāo)志的挑選原生質(zhì)體的制備交融與再生交融子的鑒定交融子的挑選是原生質(zhì)體交融技術(shù)的關(guān)鍵。二、原生質(zhì)體交融技術(shù)常用的交融子挑選方法：營養(yǎng)缺陷型遺傳標(biāo)志失活原生質(zhì)體供體法熒光染色標(biāo)志抗藥性標(biāo)志另外，溫度敏感型、糖發(fā)酵和同化性能、呼吸缺陷和形狀等親本標(biāo)志選擇方法也用于交融子的挑選，抑制了營養(yǎng)缺陷型和抗藥性標(biāo)志等的缺陷，而且更適宜于遠(yuǎn)緣雜交。其他輔助方法如DNA含量測定、同工酶電泳電鏡察看、利用毒力差別等也常和上述方法配合運用。二、原生質(zhì)體交融技術(shù)目前用于抗生素菌種選育的原生質(zhì)體交融技術(shù)相當(dāng)成熟，已構(gòu)成原生質(zhì)體誘變、滅活原生質(zhì)體交融、電誘導(dǎo)原生質(zhì)體交融、原生質(zhì)體再生、原生質(zhì)體轉(zhuǎn)化等一系列技術(shù)。利用這些技術(shù)不僅可以改善菌種的遺傳性狀，提高抗生素的產(chǎn)量和改動抗生素的組分，而且可以綜合不同菌株的代謝途徑，產(chǎn)生新的抗生素。由于原生質(zhì)體交融技術(shù)具有遺傳信息傳送量大，能抑制遺傳妨礙，實現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交，重組頻率高等優(yōu)點，為遺傳育種提供了一種有效手段，所以不論是方向性還是自覺性，原生質(zhì)體交融技術(shù)均比誘變育種前進了一大步，而且可以消除某一菌株在誘變處置后所出現(xiàn)的產(chǎn)量上升緩慢的景象。小結(jié)二、原生質(zhì)體交融技術(shù)從20世紀(jì)70年代起逐漸建立起來的基因工程技術(shù)，使基因或一些具有特殊功能的DNA片段的分別變得非常容易。由于鏈霉菌〔Streptomycesgriseus〕是合成天然抗生素的最重要的生物，因此基因工程育種技術(shù)在鏈霉菌中運用最為廣泛。20世紀(jì)80年代，鏈霉菌遺傳轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的建立和運用實現(xiàn)了鏈霉菌基因的克隆，1983年Hopwood等初次利用鏈霉菌宿主-載體系統(tǒng)克隆到抗生素的生物合成基因。以后鏈霉菌的分子生物學(xué)開展很快，已構(gòu)成了以變鉛青鏈霉菌〔Streptomyceslividans〕為主的外源基因克隆表達系統(tǒng)。簡介三、基因工程技術(shù)隨著分子克隆技術(shù)的開展，已構(gòu)成大量有用的載體系列，對抗生素產(chǎn)生菌的基因表達調(diào)控研討幾及抗生素生物合成的分子遺傳學(xué)研討不斷深化，目前已有多種抗生素的生物合成基因獲得勝利克隆和表達，其生物合成機理研討也已比較深化和全面。簡介三、基因工程技術(shù)基因工程技術(shù)的中心是DNA重組技術(shù)，即利用供體生物的遺傳物質(zhì)，或人工合成的基因，經(jīng)過體外或離體的限制性內(nèi)切酶切割后與適當(dāng)?shù)妮d體在銜接酶作用下銜接起來構(gòu)成重組DNA分子，然后再將重組DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞或受體生物構(gòu)建轉(zhuǎn)基因生物，該種生物就可以按人類事先設(shè)計好的藍圖表現(xiàn)出新的遺傳特征。三、基因工程技術(shù)在對抗生素生物合成途徑及調(diào)空機制充分認(rèn)識的根底上，利用DNA重組技術(shù)可在分子程度上有目的地定向改造抗生素產(chǎn)生菌，使之過量合成抗生素或改動原有抗生素的某些性質(zhì)，合成出更適用于臨床或具有新的療效的抗生素。這主要經(jīng)過以下途徑實現(xiàn)：提高限速酶的活力，改動細(xì)胞內(nèi)代謝流的方向；添加抗性基因拷貝數(shù)，提高產(chǎn)生菌本身耐受性；加強正調(diào)控作用或者解除負(fù)調(diào)控基因的阻遏作用；阻斷支路代謝，添加有效成分；引進抗性突變；組合生物合成〔combinatorialbiosynthesis〕三、基因工程技術(shù)組合生物合成是近年來發(fā)現(xiàn)新微生物藥物的研討熱點，其原理是將抗生素生物合成途徑中涉及到的一些酶的編碼基因進展互換，由此產(chǎn)生一些非天然的基因組或雜合基因，從而產(chǎn)生許多新的非天然的天然化合物。小結(jié)與其他菌種選育技術(shù)相比，基因工程技術(shù)在很大程度上可以使人們按照預(yù)定的方向進展育種。另外，基因工程技術(shù)在一定范圍內(nèi)抑制了傳統(tǒng)育種的隨機性和盲目性，可以突破物種間的遺傳妨礙，實現(xiàn)遠(yuǎn)源基因的重組，是最新最有出路的一種菌種選育方法。三、基因工程技術(shù)綜述目前抗生素菌種選育技術(shù)開展迅速，獲得了另人矚目的成就，許多優(yōu)良的消費菌種被選育出來并用于國內(nèi)外的工業(yè)化消費。但還存在一些問題，如傳統(tǒng)誘變育種的隨機性大，在提高了抗生素產(chǎn)量的同時也伴隨著有害突變的產(chǎn)生；原生質(zhì)體交融技術(shù)只局限于2個菌之間