微生物工程详解演示文稿

微生物工程详解演示文稿1本文档共73页；当前第1页；编辑于星期二\1点42分（优选）微生物工程2本文档共73页；当前第2页；编辑于星期二\1点42分明德—注重道德修养，使道德法令化为内在需求，达到人生道德境界。明德为做第一要务，为教育首要职责。任责—做有责任心的人，对个人、父母、社会、国家、人民负责。致知—开启智慧，学会认知，改善心智。力行—行胜于言，身体力行、踏实行事。3本文档共73页；当前第3页；编辑于星期二\1点42分“自强不息，厚德载物”天行健，君子以自强不息；地势坤，君子以厚德载物。——《周易》4本文档共73页；当前第4页；编辑于星期二\1点42分诠释：

天（即自然）的运动刚强劲健，相应于此，君子处世，应像天一样，自我力求进步，刚毅坚卓，发愤图强，永不停息；大地的气势厚实和顺，君子应增厚美德，容载万物。

5本文档共73页；当前第5页；编辑于星期二\1点42分

绪论6本文档共73页；当前第6页；编辑于星期二\1点42分一、微生物工程的概念

微生物工程（Microbialengineering）是利用微生物的特定性状和功能，通过现代工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系；是将传统发酵与现代DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的现代发酵技术。微生物工程是渗透有工程学的微生物学，是发酵技术工程化的发展。7本文档共73页；当前第7页；编辑于星期二\1点42分生物工程(bioengineering)二、微生物工程的地位与作用生物技术(biotechnology)8本文档共73页；当前第8页；编辑于星期二\1点42分生物技术是21世纪高新技术革命的核心内容，生物技术产业将是21世纪的支柱产业。生物技术在迎接人口、资源、能源、食物、环境等五大危机的挑战中将大显身手。许多国家都将生物技术确定为增强国力和经济发展的关键技术之一。9本文档共73页；当前第9页；编辑于星期二\1点42分

深圳科兴生物工程有限公司是我国第一家现代化生物工程生产企业。它创建于1989年，是由国家科委生物工程中心、中国预防医学科学院病毒学研究所、卫生部上海生物制品研究所和卫生部长春生物制品研究所共同投资组建，将中国人自行研制、国家卫生部批准的第一个基因工程药物——α1b干扰素（赛若金）实现大规模工业化生产。2008年，正中置业集团全资收购科兴。深圳科兴生物10本文档共73页；当前第10页；编辑于星期二\1点42分11本文档共73页；当前第11页；编辑于星期二\1点42分赛若金（注射用重组人干扰素α1b），现有六种规格，是规格最齐全的干扰素产品。干扰素是国际公认治疗慢性乙型、丙型肝炎和毛细胞白血病的首选药物。赛若金在疗效、使用频率、市场份额、知名度、美誉度等方面已跃居国内外同类产品第一，成为中国干扰素市场的第一品牌，被列入中华医学会重点推广工程。12本文档共73页；当前第12页；编辑于星期二\1点42分1、中国人使用最多的干扰素2、国家卫生部批准的第一个基因工程药物3、世界上第一个采用中国人基因克隆和表达的基因工程产品4、国家一类新药5、荣获国家科技进步一等奖6、国家“863”计划生物技术领域第一个实现产业化的产品7、第一个国家火炬计划项目8、第一个基因工程国家级新产品“赛若金”的八个“第一”13本文档共73页；当前第13页；编辑于星期二\1点42分生物工程微生物工程基因工程细胞工程酶工程14本文档共73页；当前第14页；编辑于星期二\1点42分微生物工程

是生物技术的重要组成和基础，是生物技术产业化的重要环节。它将微生物学、生物化学和化学工程的基本原理有机结合起来，广泛而深入地揭示了发酵过程的本质。15本文档共73页；当前第15页；编辑于星期二\1点42分三、微生物反应过程的特点（一）优点：（与化学工程相比）1、生产过程通常在常温常压下进行，操作条件温和，不需考虑防爆问题，一种设备具有多种用途。2、原料以碳水化合物为主，不含有毒物质。3、生产过程是以生命体的自动调节方式进行的，因此多个反应就象一个反应一样，可在单一设备（发酵罐）中进行。4、能容易地生产复杂的高分子化合物，如酶、光学活性体等。16本文档共73页；当前第16页；编辑于星期二\1点42分5、能高度选择性地进行复杂化合物在特定部位反应，如氧化、还原、官能团导入等。6、生产产品的生物体本身也是发酵产物，富含维生素、蛋白质、酶等有用物质；除特殊情况外，培养液一般不会对人和动物造成危害。7、通过微生物菌种改良，能够利用原有设备使生产效率迅速提高。发酵过程的这些特性决定了微生物工程的种种优点，使得微生物工程成为生物技术的核心之一而受到广泛重视。17本文档共73页；当前第17页；编辑于星期二\1点42分（二）发酵过程中尚存在的问题：1、底物不能完全转化成目的产物，副产物的产生不可避免，因而造成提取和精制困难，这是目前发酵行业下游操作落后的原因之一。2、微生物反应是活细胞的反应，产物的获得除受环境因素影响外，也受细胞内因素的影响，且菌体易发生变异。3、原料是农副产品，虽然价廉，但质量波动较大。4、通常底物浓度不能过高，且要在无杂菌污染情况下进行。5、发酵废水常具有较高的BOD和COD，需处理后排放。18本文档共73页；当前第18页；编辑于星期二\1点42分四、微生物工程发展简史1、传统的微生物发酵技术——天然发酵几千年酒（古埃及公元前4000–3000年；龙山文化4200年前）啤酒、黄酒、酱油、泡菜等。19本文档共73页；当前第19页；编辑于星期二\1点42分2、第一代微生物发酵技术——纯培养技术

LouisPasteur微生物引起发酵；酒精发酵由酵母引起。

EduardBuchner酒化酶(zymase)

RobertKoch发明了固体培养基；建立了纯培养技术。人为控制发酵过程酒精、丙酮、丁醇、有机酸等

（厌氧发酵；初级代谢产物）20本文档共73页；当前第20页；编辑于星期二\1点42分LouisPasteur(1822～1895)巴斯德在世界上第一次完整地揭开了细菌或病毒作怪的奥秘；开辟了医学中的细菌学时代，他是近代微生物学的奠基人，法国杰出的生物学家、化学家。证明了发酵是微生物活动的结果巴氏消毒（62-65℃，30min；75-90℃，15-16s）首次分离出炭疽杆菌（生物武器）发明狂犬病疫苗21本文档共73页；当前第21页；编辑于星期二\1点42分3、第二代（近代）微生物发酵技术——深层培养技术出现于20世纪40年代，以抗生素的生产为标志。青霉素的发现与大量需求

表面培养法(surfaceculture)效价40U/mL，纯度20%，收率35%深层培养技术(submergedfermentation)——机械搅拌通气发酵

链霉素、氯霉素、金霉素、土霉素、四环素等抗生素工业的发展促进了其他发酵产品的出现，如氨基酸发酵工业。好氧发酵，初级、次级代谢产物。22本文档共73页；当前第22页；编辑于星期二\1点42分4、第三代发酵技术——微生物工程1973，DNA重组技术、原生质体融合技术等应用。1982，第一个基因工程产品——利用工程菌生产的人胰岛素问世。现有许多种类的产品促红细胞生成素(EPO)(治疗贫血)生长激素(促进生长)胰岛素(治疗糖尿病)干扰素(INF)

(抗病毒、抗肿瘤)

23本文档共73页；当前第23页；编辑于星期二\1点42分五、微生物工程的应用食品加工：单细胞蛋白（酵母、真菌等）含醇饮料：葡萄酒、黄酒、白酒、啤酒、白兰地、威士忌发酵乳制品：奶酪、酸奶调味品：味精、肌苷酸、酱油、醋等微生物技术最早开发应用的领域，至今产量和产值仍占微生物工程的首位。1、在食品工业的应用（一）微生物工程应用领域24本文档共73页；当前第24页；编辑于星期二\1点42分2、在医药卫生中的应用抗生素：12000余种青霉素、金霉素、四环素、链霉素、庆大霉素、卡那霉素、新霉素、螺旋霉素、头孢霉素等。氨基酸：可发酵生产的有谷、赖、丙、组、异亮、亮、苯丙、脯、苏、色、酪、缬、瓜、鸟氨酸（国内40亿元，占发酵业产值12%）维生素：VB2、VB12、VC、VA、VD等生物制品：亚单位疫苗、重组疫苗、DNA疫苗等。酶抑制剂：-淀粉酶的抑制剂可治疗糖尿病胆固醇抑制剂可治疗高血压高血脂25本文档共73页；当前第25页；编辑于星期二\1点42分3、在轻工业中的应用糖酶：-淀粉酶、-淀粉酶、异淀粉酶、木聚糖酶、葡萄糖异构酶、半乳糖酶、纤维素酶等蛋白酶：碱性蛋白酶（洗涤剂、皮革鞣化、啤酒去浊）酸性蛋白酶（饮料、制蛋白水解物）中性蛋白酶（皮革脱毛、蚕丝脱胶、蛋白胨制备）果胶酶：果汁果酒澄清脂肪酶：分解脂肪为脂肪酸和甘油凝乳酶：制干酪氨基酰化酶、甘露聚糖酶等26本文档共73页；当前第26页；编辑于星期二\1点42分4、在化工能源中的应用醇及溶剂：乙醇、甘油、异丙醇、丙酮、丁醇、丁二醇等。有机酸：醋酸、丙酸、乳酸、柠檬酸、苹果酸、衣康酸、水杨酸等。多糖：黄原胶、海藻糖等。清洁能源：氢气、微生物燃料电池等。27本文档共73页；当前第27页；编辑于星期二\1点42分5、在农业中的应用生物农药：

杀虫剂（Bt、白僵菌、病毒、微孢子虫）

防治植物病害（假单孢菌、木霉、弱病毒、庆丰霉素）生物除草剂：利用杂草的病原微生物生物增产剂：根瘤菌、蓝细菌、钾细菌、磷细菌等28本文档共73页；当前第28页；编辑于星期二\1点42分6、在环境保护中的作用污水处理（厌气法、好气法）7、在高技术领域中的应用基因工程的各种工具酶等。“黄金大米”29本文档共73页；当前第29页；编辑于星期二\1点42分（二）微生物工程产品类型1、微生物菌体的发酵药用真菌（冬虫夏草、灵芝、茯苓等）生物防治制剂（如苏云金杆菌）活性乳制剂细胞的生长与产物的积累成平行关系，生长速率最大的时期也是产物合成最高阶段30本文档共73页；当前第30页；编辑于星期二\1点42分2、微生物酶发酵各种酶制剂糖化酶、氨基酰化酶（DL氨基酸光学拆分）、蛋白酶、脂肪酶等。31本文档共73页；当前第31页；编辑于星期二\1点42分3、微生物代谢产物发酵初级代谢产物：

与菌体生长相伴随的产物氨基酸、核苷酸、维生素、有机酸、溶剂菌体对其合成反馈控制严密，一般不过量积累。次级代谢产物：

与菌体生长不相伴随，以初级代谢产物为原料而合成。

抗生素、生物碱、毒素、胞外多糖等结构常较复杂对环境条件敏感32本文档共73页；当前第32页；编辑于星期二\1点42分4、微生物的生物转化

利用微生物细胞的一种或几种酶，对外源化合物的特定部位进行加工，如加入羟基、还原双键、脱氧或切断支链等。

转化的最终产物并不是微生物细胞利用营养物质经细胞代谢产生，而是微生物细胞的酶或酶系作用于底物的某一部位，进行特定部位的化学反应而形成。反应最显著的特点是特异性强，包括反应特异性、结构位置特异性、立体特异性。33本文档共73页；当前第33页；编辑于星期二\1点42分

甾体激素：分肾上腺皮质激素和性激素；重要的生理调节作用，在临床上广泛用于治疗过敏性皮炎、类风湿性关节炎、红斑狼疮、支气管哮喘等。

甾体药物的工业生产主要通过改造天然的甾体产物而获得；可的松类抗炎激素之所以有卓越的抗炎活力，主因在甾体母核11位上导入一个氧原子，最大的困难也正在此。

化学转化：步骤繁多、得率低、价格昂贵（Savett,576kg脱氧胆酸，30多步反应，两年→938mg醋酸可的松）

生物法：高效、收率高（1952年，Munrry等，黑根霉，仅1步就将孕酮11位上导入一个羟基，使从孕酮合成皮质酮只需3步，这样才使可的松问世）如：甾体转化34本文档共73页；当前第34页；编辑于星期二\1点42分5、微生物特殊机能的利用利用微生物消除环境污染微生物冶金利用基因工程菌开拓发酵工程新领域35本文档共73页；当前第35页；编辑于星期二\1点42分六、微生物工程面临的挑战和发展趋向（一）面临的挑战1、化学合成工业的竞争

有机溶剂，如丙酮、丁醇，发酵法产品所占份额已很少。当然也有多种原来通过化工合成的产品逐渐被发酵法所取代，如乳酸。2、农业生物工程的冲击转基因植物中表达生产PHB、抗体、药物等。36本文档共73页；当前第36页；编辑于星期二\1点42分（二）微生物工程发展趋向1、提高现有微生物发酵工业水平2、利用重组DNA技术3、开拓极端酶极端酶由于极端酶的极端稳定性，为开拓新的生物催化和生物转化提供了广阔的应用前景。37本文档共73页；当前第37页；编辑于星期二\1点42分七、微生物工程的内容微生物工程基本上可分为发酵和提取两部分发酵部分也称发酵工程，是微生物反应过程；提取部分也称后处理，或下游加工技术。

虽然微生物工业生产以发酵为主，发酵的好坏是整个生产的关键，但后处理在发酵生产中也占有重要的地位。38本文档共73页；当前第38页；编辑于星期二\1点42分讨论：微生物工程将来较有潜力的发展方向？你对微生物工程哪方面的研究感兴趣？列举你接触过的微生物工程产品。（每位同学列举一件产品，不可重复。食品、药品、工业用品等）39本文档共73页；当前第39页；编辑于星期二\1点42分第一章

微生物工程菌种第一节发酵工业常用微生物第二节菌种来源第三节菌种选育第四节菌种保藏40本文档共73页；当前第40页；编辑于星期二\1点42分第一节发酵工业常用的微生物41本文档共73页；当前第41页；编辑于星期二\1点42分一、发酵工业对微生物菌种的要求尽管工业用微生物菌种多种多样，但作为大规模生产，选择菌种应遵循以下原则：1、能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，并形成所需的代谢产物，产量高。2、可以在易于控制的培养条件下迅速生长和发酵，且所生产的酶活力高。3、根据代谢控制的要求，选择单产高的营养缺陷型突变株或调节突变株或野生菌株。42本文档共73页；当前第42页；编辑于星期二\1点42分4、选育抗噬菌体能力强的菌株，使其不易感染噬菌体。5、菌种纯粹，不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性。6、菌种不是病原菌，不产生有害的生物活性物质和毒素，以保证安全。43本文档共73页；当前第43页；编辑于星期二\1点42分二、发酵工业中常用微生物菌种44本文档共73页；当前第44页；编辑于星期二\1点42分（一）细菌45本文档共73页；当前第45页；编辑于星期二\1点42分1、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)

分布广，常存在于枯草、土壤等，一般为腐生菌；在酱油、酱类和白酒制曲时，如果水分含量大，温度较高，就容易造成枯草杆菌迅速繁殖；不仅消耗原料蛋白质和淀粉，而且生成刺眼鼻的氨味，造成发酵液发粘发臭，使制曲失败。能产生大量淀粉酶和蛋白酶AS1.393蛋白酶BF7658-淀粉酶46本文档共73页；当前第46页；编辑于星期二\1点42分2、大肠杆菌(Escherichiacoli)可利用大肠杆菌制取天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸等。

大肠杆菌的谷氨酸脱羧酶在工业上被用来进行谷氨酸的定量分析。

基因工程的很好材料。47本文档共73页；当前第47页；编辑于星期二\1点42分3、乳酸杆菌(Lactobacillussp.)革兰氏阳性，无芽孢，厌氧或兼性厌氧可生产乳酸干酪的成熟、乳脂的酸化和腌菜、泡菜制作48本文档共73页；当前第48页；编辑于星期二\1点42分4、丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutyleum)

芽孢卵形，中生或次端生，使芽孢囊膨大成梭状或鼓槌形。专性厌氧发酵生产丙酮丁醇49本文档共73页；当前第49页；编辑于星期二\1点42分5、肠膜状明串珠菌(Leuconostocmesenteroides)G+、微需氧至兼性厌氧，生长需要缬氨酸和谷氨酸在蔗糖液中形成特征性葡聚糖黏液（20~25ºC促使形成）可生产葡聚糖使糖汁变粘而无法加工，为糖厂有害菌50本文档共73页；当前第50页；编辑于星期二\1点42分6、醋酸菌(Acetobacter)不形成芽孢，G－，好气性。分两群：1）只将乙醇氧化成醋酸2）将产生的醋酸继续氧化成CO2和水可生产醋酸

51本文档共73页；当前第51页；编辑于星期二\1点42分7、棒状杆菌(Corynebacterium)以葡萄糖为原料发酵产生酸，是谷氨酸和其他氨基酸的高产菌。生产谷氨酸等如北京棒杆菌AS1.299、钝齿棒杆菌AS1.54252本文档共73页；当前第52页；编辑于星期二\1点42分8、短杆菌(Brevibacterium)

氨基酸、核苷酸工业生产中常用的菌种，也是酶法生产辅酶A的菌种。

53本文档共73页；当前第53页；编辑于星期二\1点42分9、黄单胞菌(Xanthomonas)细胞直杆状，G－，无芽孢，极生鞭毛。在含蔗糖的琼脂平板上形成圆形、边缘整齐、粘稠光滑的黄色菌落；液体培养形成黄色粘稠的胶状物——荚膜多糖，其黄色为一种水溶性色素。野油菜黄单胞菌(X.campestris)可以用淀粉生产黄原胶(Xanthangum)54本文档共73页；当前第54页；编辑于星期二\1点42分10、假单胞菌(Pseudomonas)能发酵生产维生素B12、丙氨酸、谷氨酸、葡萄糖酸、色素、果胶酶；也能进行类固醇（甾体）转化；有些菌株可利用烃类生产单细胞蛋白。55本文档共73页；当前第55页；编辑于星期二\1点42分（二）放线菌因其菌落呈放射状而得名属原核微生物类群，在自然界中分布很广，尤其在有机质丰富的微碱性土壤中较多。大多腐生，少数寄生。产生多种抗生素（12000余种，60%左右来自放线菌），经济价值大。56本文档共73页；当前第56页；编辑于星期二\1点42分1、链霉菌属(Streptomyces)57本文档共73页；当前第57页；编辑于星期二\1点42分灰色链霉菌(Streptomycesgriseus)

生产链霉素金霉素链霉菌(Streptomycesaureofaciens)

在PDA培养基上生长时，基内菌丝产生金黄色色素。生产金霉素红霉素链霉菌(Streptomyceserythreus)

产红霉素龟裂链霉菌(Streptomycesrimosus)

菌落灰白色，表面后期有皱折，呈龟裂状。生产土霉素58本文档共73页；当前第58页；编辑于星期二\1点42分2、小单胞菌属(Micromonospora)与一般放线菌不同，菌丝体长入培养基内，不形成气生菌丝，而在培养基内菌丝体上长出孢子梗，其顶端生一个球形、椭圆形孢子。菌落致密，与培养基紧密结合在一起，表面凸起，多崎岖；菌落常为橙黄色、红色、深褐色、黑色和兰色。多种可产抗生素，如棘孢小单胞菌（M.echinospora）产庆大霉素（副作用）59本文档共73页；当前第59页；编辑于星期二\1点42分3、游动放线菌属（Actinoplanes）一般不形成气生菌丝，孢囊在基内菌丝上形成，孢囊孢子在孢囊内盘卷或呈直线排列；孢子球形，有时端生1-40根鞭毛，能运动。济南游动放线菌(Actinoplanestsinanesis)产创新霉素(creatmycin;1964)60本文档共73页；当前第60页；编辑于星期二\1点42分4、诺卡氏菌属(Norcadia)一般无气丝，基丝培养十几小时形成横隔，并断裂成杆状或球状孢子。菌落较小，边缘多呈树根毛状。生产利福霉素、蚊霉素等61本文档共73页；当前第61页；编辑于星期二\1点42分5、孢囊链霉菌属(Streptosporangium)孢子丝盘卷成球形孢囊，内形成孢囊孢子，孢囊孢子无鞭毛。产多霉素、创新霉素。62本文档共73页；当前第62页；编辑于星期二\1点42分（三）酵母菌单细胞真核，主要分布于含糖质较多的偏酸性环境中，如水果、蔬菜、花蜜和植物叶子上，以及果园土壤中。“普洱茶”“安琪酵母”亚洲第一63本文档共73页；当前第63页；编辑于星期二\1点42分1、啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)根据长与宽的比例，分三组：第一组长宽比为1～2细胞多为圆形、卵圆形；主要供生产啤酒、白酒、酒精及面包；第二组长宽比为2多供生产葡萄酒、果酒用；第三组长宽比大于2耐高渗透压，供发酵甘蔗糖蜜生产酒精用；64本文档共73页；当前第64页；编辑于星期二\1点42分

啤酒酵母的应用非常广，常用于传统的发酵行业，如啤酒、白酒、果酒、酒精、药用酵母、面包制作，故又称酿酒酵母。

近年来，利用啤酒酵母提取核酸、麦角固醇、细胞色素C、凝血质和辅酶A等；生产单细胞蛋白(SCP)可食用、药用和作为饲料；它的转化酶可用于转化蔗糖，制造酒心巧克力。65本文档共73页；当前第65页；编辑于星期二\1点42分2、葡萄汁酵母(Saccharomycesuvarum)

与酿酒酵母相似，主要区别在于葡萄汁酵母能发酵棉子糖和蜜二糖。

葡萄汁酵母常用于啤酒酿造的底层发酵，也可食用、药用或作饲料。3、汉逊酵母(Hansenula)