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分子生物学对现代发酵影响

  • 省部重点实验室
    2011/08/01
  • 私聊

生命科学仪器综合讨论

  • 2006,07两年,是国外发酵技术大批登陆大陆的两年,在06年后,大陆的发酵工业(不仅仅是科研,中试,而是大生产),正式进入了分子时代。分子技术对发酵行业的影响,在工业上的体现有两点,1,调控方面,由工艺技术的生理水平调整,进入生化水平的代谢流加强与敲除控制。比如说,(我拿有机酸举例子,因为初级代谢研究的更多些)以往代谢流调控,以谷氨酸为极端,使用营养缺陷型,并破坏细胞膜,使产物在胞外积累。但是,由于有些通路代谢的先天不足,某些产物(如琥珀酸)不会积累,而没有商品化,另外,产品产量很难继续提高。而做了分子水平的改进后,以上问题就得以解决了。作为经典发酵,代谢调控对应是用工艺手段,菌种用诱变,以工艺为重。而现代发酵,分子调控,菌种和工艺是分不开的,有时,工艺唯一的目的,就是保证菌种出于某种特定状态而已。2,产物方面,以往产物决定于菌种筛选,但分子时代,A,如果是初级代谢产物,则通过DNA水平调控和改变代谢流实现,B,如果是其他代谢产物,(不管来源是什么,动物,植物),则找到基因,导入细胞表达(大肠杆菌或酵母等)。

    分子生物学,并不是分子水平的生物,或生化,或生理学。其实,它是指分子水平的DNA学,除了DNA外, 对其他有机物也是围绕与DNA的关系展开的。考虑到在我们发酵生理学的视点下,DNA的价值,是蛋白的信息载体,而一切生理变化,都是蛋白活性的宏观表达。那么,目前的生物技术,可以认为只有两个大的方面(或技巧):1,通过分子水平DNA技术,抑制细胞内源蛋白活性。2,表达细胞外源蛋白及其活性。


    表现在宏观上,就可以实现代谢流调控,蛋白产品的获得,用外源酶合成或催化反应等。比如像代谢流调控,我们找到编码琥珀酸脱氢酶的基因,并敲除之,使这个蛋白不能表达,则从琥珀酸到延胡索酸的反应不能进行,来积累琥珀酸,属于第一种情况。我们敲除PTSG这个基因,使细胞对各种不同的糖没有选择性,也属于第一种情况,而引入另一个基因,使糖代谢加强,就是第二种情况了。在合成PHA时,外源基因指导合成三个外源酶,并在细胞内表达活性,就属于第二种情况。当然,表达外源蛋白最典型的,还是直接以被表达蛋白为产品,不过当蛋白需要被修饰时(如糖基化),就又需要这两种技巧的配合或反复使用了。


    这样得到的菌株,生产产物的代谢十分直接,往往转化率在90%或以上。但是,细胞本身的活力比较弱,也会有大量的宏观上类似回复突变的生理问题。这就是为什么我说:“现代发酵,分子调控,菌种和工艺是分不开的,有时,工艺唯一的目的,就是保证菌种处于某种特定状态而已。”----因为,许多本来由我们过程工程师在生理水平控制的代谢,分子技术已经帮我们在种子阶段解决了,而同时,又丢给我们一些不大不小的新问题。以往,类似味精发酵,获得初级代谢产品,并减少中间代谢产物和副产物,需要工艺近似苛刻的控制,而现在,就不必了。


    以上是分子技术在经典发酵视角下的情形。

    而通过分子生物学技术改造过的基因工程菌,由于其特殊的营养和环境需求,往往对发酵原料有较高的要求。安琪试剂级酵母浸粉产品无论是产品颗粒度、流动性、分散性、抗吸潮能力、溶液吸光度、颜色、磷酸盐沉淀等感官指标,还是产品中多肽、氨基酸、核苷酸、维生素、微量元素等营养物质含量指标均达到国际先进水平;通过微生物的培养效果测试,产品使用效果也完全可以与进口产品媲美,且不同批号的产品品质具备高度的一致性,完全可以替代进口同类产品在生物发酵产业中予以应用;另外,安琪产品在销售价格上则具备相当大竞争优势,可以有效帮助解决相关生物发酵企业面临的成本瓶颈。
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  • yuduoling

    第1楼2011/08/01

    看起来有点象是做产品宣传的呢

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