微生物代谢工程课件

代谢工程

MetabolicEngineering小组成员：陈林杨宇崔浪范文跃郭瑶瑶蒲志慧蒋小龙王洪代谢工程

MetabolicEngineering1在生物工程中通常是以生物细胞为反应器，利用其固有的代谢网络来合成所需的产物。由于遗传背景的限制，细胞固有的代谢网络常常很难满足人类的需要，为了大量积累某种代谢产物。就必须打破微生物原有的状态平衡，对细胞的代谢途径进行修饰，而这种修饰是以代谢网络为基础的。在生物工程中通常是以生物细胞为反应器，利用其固有的代谢网络来2代谢工程要解决的主要问题－

改变某些途径中的碳架物质流量或改变碳架物质流在不同途径中的流量分布提高细胞现存代谢途径中天然产物的产量；改造细胞现存代谢途径，使其合成新产物，这种新产物可以是中间代谢产物或修饰型的最终产物对不同细胞的代谢途径进行拟合，构建全新的代谢通路，从而产生细胞自身不能合成的新产物优化细胞的生物学特性，如生长速率、某些极端环境条件的耐受性代谢工程要解决的主要问题－

改变某些途径中的碳架物质流量或改3代谢工程（metabolicengineering）利用基因工程技术，有目的地对细胞代谢途径进行精确的修饰、改造或扩展、构建新的代谢途径，以改变微生物原有代谢特性，并与微生物基因调控、代谢调控及生化工程相结合，提高目的代谢产物活性或产量、或合成新的代谢产物的工程技术科学。代谢工程（metabolicengineering）利用基4代谢工程的本质应用重组DNA技术对细胞的酶反应、物质运输及调控功能进行遗传操作，从而改良细胞功能的技术。代谢工程的本质应用重组DNA技术对细胞的酶反应、物质运输及调5代谢工程涉及的主要内容生物合成相关代谢调控和代谢网络理论代谢流的定量分析代谢网络的重新设计中心代谢作用机理及相关代谢分析；基因操作代谢工程涉及的主要内容生物合成相关代谢调控和代谢网络理论6代谢网络在一个特定的代谢途径中存在有控制该途径代谢流的关键位点，不同代谢途径之间通过相关联的节点连接在一起，从而在细胞内形成了代谢网络。代谢网络可视为由若干个串联或并联的简单子途径组成，它们通过节点相连。代谢网络在一个特定的代谢途径中存在有控制该途径代谢流的关键位7代谢工程的研究目的通过重组DNA技术构建具有能合成目标产物的代谢网络或具有高产能力的工程菌并用于生产。代谢工程的研究目的通过重组DNA技术构建具有能合成目标产物的8代谢工程研究的设计思路提高通向目标产物的代谢流扩展代谢途径构建新的代谢途径代谢工程研究的设计思路提高通向目标产物的代谢流9提高通向代谢产物的代谢流增强催化某反应的酶的表达量或活性，从而提高代谢流；在有竞争途径（如分支代谢途径）存在时，阻断有害的或无关的竞争代谢途径代谢产物的合成，从而达到改变代谢流，提高目标产物产量的目的。提高通向代谢产物的代谢流增强催化某反应的酶的表达量或活性，从10扩展代谢途径通过基因工程手段引入外源基因（簇）等，使原有代谢途径进一步向前或向后延伸，从而可利用新的原料用于合成目标产物或产生新的末端代谢产物。扩展代谢途径通过基因工程手段引入外源基因（簇）等，使原有代谢11构建新的代谢途径构建新的代谢途径一般指引入外源基因（簇）来改造和修饰代谢网络，使细胞从不能合成某种代谢产物转变为能合成此代谢产物。常用手段：（1）转移代谢途径，即将多个特定代谢途径中的相关基因簇转移到无这些基因的菌株中，从而达到使其能合成新的目标产物的目的；（2）将无关的代谢途径相连，形成新的代谢途径，从而合成新的目标产物。构建新的代谢途径构建新的代谢途径一般指引入外源基因（簇）来改12代谢工程研究的基本程序改良靶点的确定基因操作效果分析代谢工程研究的基本程序改良靶点的确定13改良靶点的确定合理的改良靶点的确定通常是建立在代谢网络的代谢流定量分析和控制分析的基础上。选择的靶点通常包括拟修饰的基因，拟导入代谢途径和拟阻断代谢途径的靶点等。改良靶点的确定合理的改良靶点的确定通常是建立在代谢网络的代谢14基因操作一旦确定了靶点之后，需考虑采用适当的方法对靶基因进行遗传操作。常见的操作类型有：基因簇的克隆、表达、修饰、敲除、整合等。遗传操作是代谢工程研究的核心内容。但应注意掌握好对代谢网络进行修饰的强度，只有适度的修饰才能获得既不破坏细胞内的精细平衡状态，又能达到高产或合成新的目标代谢产物的目的。基因操作一旦确定了靶点之后，需考虑采用适当的方法对靶基因进行15效果分析对构建的工程菌株的代谢网络进行全面的效果分析是必要的。效果分析显示出的问题往往又会成为新一轮实验的改进目标。经多轮遗传操作后，往往可获得优良的可用于生产的工程菌株。效果分析对构建的工程菌株的代谢网络进行全面的效果分析是必要的16代谢工程可用于以下几个方面：①在发酵工业方面，改进由微生物合成产物的得率和产率；②扩大可利用基质范围；③合成对细胞而言是新的产物或全新产物；④改进细胞的普通性能，如耐受缺氧或抑制性物质的能力；代谢工程的应用代谢工程可用于以下几个方面：代谢工程的应用17⑤减少抑制性副产物形成；⑥环境工程方面降解有害废弃物及有害物质；⑦药物合成方面，作为中间体的手性化合物的制备；⑧在医疗方面用于整体器官和组织的代谢分析，用于鉴别藉基因治疗或营养控制疾病的目标；⑨信息传导途径方面，即信息流的分析，为了治疗疾病而进行基因表达的分析和调节，需了解信息流的相互作用和控制。⑤减少抑制性副产物形成；18代谢工程

MetabolicEngineering小组成员：陈林杨宇崔浪范文跃郭瑶瑶蒲志慧蒋小龙王洪代谢工程

MetabolicEngineering19在生物工程中通常是以生物细胞为反应器，利用其固有的代谢网络来合成所需的产物。由于遗传背景的限制，细胞固有的代谢网络常常很难满足人类的需要，为了大量积累某种代谢产物。就必须打破微生物原有的状态平衡，对细胞的代谢途径进行修饰，而这种修饰是以代谢网络为基础的。在生物工程中通常是以生物细胞为反应器，利用其固有的代谢网络来20代谢工程要解决的主要问题－

改变某些途径中的碳架物质流量或改变碳架物质流在不同途径中的流量分布提高细胞现存代谢途径中天然产物的产量；改造细胞现存代谢途径，使其合成新产物，这种新产物可以是中间代谢产物或修饰型的最终产物对不同细胞的代谢途径进行拟合，构建全新的代谢通路，从而产生细胞自身不能合成的新产物优化细胞的生物学特性，如生长速率、某些极端环境条件的耐受性代谢工程要解决的主要问题－

改变某些途径中的碳架物质流量或改21代谢工程（metabolicengineering）利用基因工程技术，有目的地对细胞代谢途径进行精确的修饰、改造或扩展、构建新的代谢途径，以改变微生物原有代谢特性，并与微生物基因调控、代谢调控及生化工程相结合，提高目的代谢产物活性或产量、或合成新的代谢产物的工程技术科学。代谢工程（metabolicengineering）利用基22代谢工程的本质应用重组DNA技术对细胞的酶反应、物质运输及调控功能进行遗传操作，从而改良细胞功能的技术。代谢工程的本质应用重组DNA技术对细胞的酶反应、物质运输及调23代谢工程涉及的主要内容生物合成相关代谢调控和代谢网络理论代谢流的定量分析代谢网络的重新设计中心代谢作用机理及相关代谢分析；基因操作代谢工程涉及的主要内容生物合成相关代谢调控和代谢网络理论24代谢网络在一个特定的代谢途径中存在有控制该途径代谢流的关键位点，不同代谢途径之间通过相关联的节点连接在一起，从而在细胞内形成了代谢网络。代谢网络可视为由若干个串联或并联的简单子途径组成，它们通过节点相连。代谢网络在一个特定的代谢途径中存在有控制该途径代谢流的关键位25代谢工程的研究目的通过重组DNA技术构建具有能合成目标产物的代谢网络或具有高产能力的工程菌并用于生产。代谢工程的研究目的通过重组DNA技术构建具有能合成目标产物的26代谢工程研究的设计思路提高通向目标产物的代谢流扩展代谢途径构建新的代谢途径代谢工程研究的设计思路提高通向目标产物的代谢流27提高通向代谢产物的代谢流增强催化某反应的酶的表达量或活性，从而提高代谢流；在有竞争途径（如分支代谢途径）存在时，阻断有害的或无关的竞争代谢途径代谢产物的合成，从而达到改变代谢流，提高目标产物产量的目的。提高通向代谢产物的代谢流增强催化某反应的酶的表达量或活性，从28扩展代谢途径通过基因工程手段引入外源基因（簇）等，使原有代谢途径进一步向前或向后延伸，从而可利用新的原料用于合成目标产物或产生新的末端代谢产物。扩展代谢途径通过基因工程手段引入外源基因（簇）等，使原有代谢29构建新的代谢途径构建新的代谢途径一般指引入外源基因（簇）来改造和修饰代谢网络，使细胞从不能合成某种代谢产物转变为能合成此代谢产物。常用手段：（1）转移代谢途径，即将多个特定代谢途径中的相关基因簇转移到无这些基因的菌株中，从而达到使其能合成新的目标产物的目的；（2）将无关的代谢途径相连，形成新的代谢途径，从而合成新的目标产物。构建新的代谢途径构建新的代谢途径一般指引入外源基因（簇）来改30代谢工程研究的基本程序改良靶点的确定基因操作效果分析代谢工程研究的基本程序改良靶点的确定31改良靶点的确定合理的改良靶点的确定通常是建立在代谢网络的代谢流定量分析和控制分析的基础上。选择的靶点通常包括拟修饰的基因，拟导入代谢途径和拟阻断代谢途径的靶点等。改良靶点的确定合理的改良靶点的确定通常是建立在代谢网络的代谢32基因操作一旦确定了靶点之后，需考虑采用适当的方法对靶基因进行遗传操作。常见的操作类型有：基因簇的克隆、表达、修饰、敲除、整合等。遗传操作是代谢工程研究的核心内容。但应注意掌握好对代谢网络进行修饰的强度，只有适度的修饰才能获得既不破坏细胞内的精细平衡状态，又能达到高产或合成新的目标代谢产物的目的。基因操作一旦确定了靶点之后，需考虑采用适当的方法对靶基因进行33效果分析对构建的工程菌株的代谢网络进行全面的效果分析是必要的。效果分析显示出的问题往往又会成为新一轮实验的改进目标。经多轮遗传操作后，往往可获得优良的可用于生产的工程菌株。效果分析对构建的工程菌株的代谢网络进行全面的效果分析是必要的34代谢工程可用于以下几个方面：①在发酵工业方面，改进由微生物合成产物的得率和产率；②扩大可利用基质范围；③合成对细胞而言是新的产物或全新产物；④改进细胞的普通性能，如