文档介绍：发酵工程精品课程
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华东理工大学·生物工程学院
第八章典型培养过程
传统微生物培养
重组菌培养
动物细胞培养
传统微生物培养前面已讲述很多,本章着重在后两方面的介绍
典型培养过程
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第一节基因工程菌培养
一、概述
基因工程菌生产的主要产品有二类,蛋白质和非蛋白质。
非蛋白质产物可以通过代谢工程细胞来获得,这些细胞插入编码酶的DNA,产生新的途径或增强某一途径,从而得到新的化合物或增加产量。
现代基因工程重点在蛋白质产物上,主要产品如下:
典型培养过程
基因工程菌培养
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细胞因子、疫苗、酶
典型培养过程
基因工程菌培养
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产品最主要的用于人的治疗,此外还有用于畜牧业、食品或工业用的生物催化剂。用于注射用的治疗蛋白要求高度纯化,由于病人可能产生的强的免疫反应或副作用是灾难性的。
有的蛋白转译后还要进行修饰,如糖基化、磷酸化后才有活性。
治疗蛋白最主要的是保证产品的质量和安全,降低成本并不重要,由于这些产品大多用量很小,价格高,附加值高。
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基因工程菌培养
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二、宿主-载体系统
构建基因工程菌,必须选择宿主和表达系统,一般希望翻译后的处理要简单,如果用于食品要考虑宿主菌是否列入FDA表中,列入的认为是安全的菌。常用的宿主系统有:
大肠杆菌
G+细菌
低等真核细胞
哺乳动物细胞
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基因工程菌培养
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1、大肠杆菌
如果产品翻译后不需要修饰,大肠杆菌是最普遍选用的宿主。
优点:
人们对大肠杆菌的生理学和遗传学背景了解得比其他任何生物深。有利于进行复杂的基因操作;
大肠杆菌有相当高的生长速率,并能长到高细胞浓度(50g/l);
大肠杆菌能生长在简单的便宜的培养基上。
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基因工程菌培养
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这些因素给大肠杆菌许多经济上的优势。但大肠杆菌不是完美的宿主。主要问题是大肠杆菌分泌(secretion)的蛋白通常在细胞内,当这些蛋白达到高浓度时,会被水解或形成不溶的包含体。其中主要是外源蛋白,但也含有其它细胞物质。包含体中的蛋白是不折叠的,不折叠的蛋白没有生物活性,必须重新溶解并使它复性。
大量的外源蛋白的产生会触发热冲击响应。热冲击调节子的一种响应是增加蛋白水解酶的活性。在一些情况下,细胞内蛋白水解酶是使蛋白的降解速率几乎等于产生的速率。
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基因工程菌培养
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2、G+细菌
枯草杆菌是可替代大肠杆菌的菌种,它是G+菌,它没有外膜,并且能把蛋白分泌(excretion)到胞外。它的这一性质对生产非常有吸引力。然而枯草杆菌有许多问题妨碍它在商业上的采用。主要是枯草杆菌产生大量的蛋白酶,会很快降解产物。而且枯草杆菌基因构建比大肠杆菌困难,质粒稳定性也比较差,所以在使用上有较大的限制,
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3、低等真核细胞
酵母菌酿酒酵母是第一个被人利用的生物,它的最大生长速率是大肠杆菌的25%,酵母比最大的细菌大,容易从发酵液中回收。酵母有简单糖基化能力和分泌蛋白的能力。这些是它的优点。但酵母达到高表达水平比大肠杆菌困难,外源蛋白分泌到胞外也有限,现在发展了其他的酵母如甲醇营养型酵母等。
当产生是外源蛋白需要复杂的糖基化和翻译后修饰时,低等真核细胞就不能适应,要用动物细胞组织培养来达到。
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