文档介绍：四. 基因工程技术在改进微生物菌种方面的应用
主要应用:
1. 提高次级代谢产物的产量
2. 改进代谢产物的组分
3. 改进菌种的生理性能
4. 产生新的代谢产物
(一) 提高次级代谢产物的产量
基因工程技术提高抗生素产量的主要手段
1. 增加限速酶的基因拷贝数
2. 增加正调节基因,去除负调节基因
3. 增加抗性基因的拷贝数
1. 增加限速酶的基因拷贝数
原理: Ea Eb Ec Ed
A B C D E ( 代谢产物)
限速酶
Rate-limiting Bottleneck
Ea Eb Ec
例1: 起始原料 ACV三肽异青霉素N 青霉素
-aminoadipic acid
L-cysteine Ea: ACV合成酶 Ec:异青霉素N酰基水解酶
L-valine Eb:异青霉素N合成酶青霉素酰基转移酶
菌株原始菌株低产菌株高产菌株
Wis 54-1255 AS-P-78
IPNS 的基 1 ---- 9-14
因拷贝数
mRNA量 1 ---- 32-64
青霉素产量 100%
导入带IPNS 140%
的基因片段
增加IPNS基因提高青霉素产量
转化青霉素产生菌 Wis54-1255
转化菌株
青霉素V产量提高40%
例2. 头孢菌素C生物合成的限速酶
在头孢菌素C 的工业发酵生产中,人们发现发酵结束后在得到
的发酵液中,除了主要产物是头孢菌素C外,在发酵液中还积累另
一种产物-青霉素N。
问题:积累中间产物-青霉素N
原因:下一步反应为限速酶反应
解决:导入额外的扩环酶/羟化酶基因
结果:使头孢菌素C的产量提高 25-50%, 积累的青霉素N消失。
增加限速酶基因提高头孢菌素C产量
-4
转化后菌株
头孢菌素C产量提高25-50%
增加限速酶的其它例子-3:
例3.
十一烷基灵菌红素产生菌:天蓝色链霉菌 (2)
acetyl CoA
polyketide pathway
氧甲基转移酶
S-腺苷甲硫氨酸
构建重组质粒(带甲氧基转移酶)
转化到氧甲基转移酶缺陷变株
转化菌株
十一烷基灵菌红素产量提高5倍
增加限速酶的其它例子-4:
例4. 泰洛星(Tylosin) 产生菌:弗氏链霉菌()
acetyl CoA + malonyl CoA
polyketide pathway
大菌素(macrocin)
甲氧基转移酶
Tylosin
构建重组质粒(带甲氧基转移酶)
转化到弗氏链霉菌()
转化菌株
泰洛星(Tylosin) 产量显著提高
, 去除负调节基因
调节基因根据其作用的不同分为正调节和负调节。正调节促进生物合成结构基因的转录,负调节阻扼结构基因的转录。
将带有正调节基因片段的重组质粒转化到生产菌株中,由于转录功能的增强,使生物合成结构基因得以高水平的表达,提高了代谢产物的产量。
反之,对于负调节基因,通过基因工程的手段,将其祛除或失活,就能解除阻扼作用,同样导致使生物合成结构基因高水平的表达,提高代谢产物的产量。