工業微生物菌株的開發策略

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介紹

管理發酵過程的唯一方面是菌株改良。它是增強或選擇表型以提高微生物生產力的過程。換句話說，它涉及獲得一種微生物菌株來產生我們想要的更多代謝物或酶。

在製藥和化學品製造、全細胞生物催化和生物修復等行業中，應用了微生物菌株增強技術。合成生物學和代謝工程技術可用於改進菌株。

透過改變細菌的代謝途徑以實現特定目標被稱為代謝工程。這提高了微生物菌株的生產力；代謝工程可以幫助生產更多產品，包括抗生素、生物合成前體和聚合物。

定義

利用重組DNA技術改變細菌的某些生化途徑或引入新的細菌以直接提高產品產量或細胞特徵，稱為菌株改良。

菌株改良的方法

以下是幾種菌株改良方法

誘變

誘變是菌株改良的一種方法。誘變是指隨機改變細胞遺傳密碼的行為。這可能導致新基因的形成或改變已存在基因的功能。輻射或化學物質可以誘導突變，或者有時會無意中發生突變。此外，它還可以遺傳給後代。

突變是指生物體特徵的突然、可遺傳的改變，不需要任何特殊的護理，被稱為“自發突變”。

“誘導突變”是指由使用特定藥物引起的突變。誘變是指利用誘變劑引起突變的過程。

選擇

另一種菌株改良策略是選擇。選擇是指選擇具有特定理想特性的細胞或生物體並將其雜交的過程。該過程可以是人工的或自然的。

選擇的好處在於它非常特異。它可以針對特定的理想基因或特徵。這可能產生非常耐用且具有多種理想性狀的菌株。

誘變和選擇是兩種最常用的菌株改良策略。儘管還有很多其他的方法。其中一些是

• 生長選擇。
• 雜交。
• 基因工程。

生長選擇

使用這種技術，選擇生長最快的細胞進行繁殖。選擇生長速率最高或最快的細胞將實現此目的。此外，這可以透過選擇高產量的細胞來實現。

雜交

這是將兩個不同的菌株雜交以產生一個全新菌株的過程。該過程可以是人工的或自然的。

雜交的好處在於它可以產生具有許多良好特性且具有很強抗性的菌株。但是，它也可能不可預測。兩個菌株雜交的結果並不總是可以預測的。

基因工程

基因工程是將一個生物體的基因插入另一個生物體中的過程。該過程可以是人工的或自然的。

基因工程分三個簡單的步驟進行

• 從供體生物體中分離DNA片段。
• 將提取的供體DNA片段插入載體基因組。
• 重組載體在合適的宿主中生長。

基因工程的好處在於它使您能夠選擇要插入菌株以改善菌株的特定基因。此外，可以插入來自具有理想性狀的其他生物體的基因。這可能產生非常耐用且具有多種理想性狀的菌株。

但是，基因工程是一項風險很大的任務。始終存在引入多個基因的可能性，這可能對細胞產生有害影響。

商業重要微生物的菌株改良

以下是工業用途菌株改良的一些方法

高產突變株的選擇

此方法涉及在微生物群體中尋找產生比親本菌株更多產物的變異體。高產突變株最常透過將培養物接種在含有選擇劑的培養基上進行選擇，該選擇劑對親本菌株有毒，但對突變株無毒。然後可以在液體培養基中培養平板上的菌落，並且可以透過選擇在最小培養基上生長的突變株來分離高產突變株。

重組

在重組過程中，DNA片段被斷裂並重新組合以建立新的等位基因組合。這種重組過程在基因水平上產生的遺傳變異反映了不同物種DNA序列的變異。

轉導

轉導是病毒將遺傳物質從一個細菌傳播到另一個細菌的方法。細菌噬菌體可以感染細菌細胞並利用它們作為宿主來產生其他病毒。

轉化

細菌轉化是一種水平基因轉移技術，允許某些細菌從其環境中吸收外源遺傳物質（裸露DNA）。

接合

接合是一個細菌可以直接交換遺傳物質的過程。在一個細菌充當遺傳物質供體，另一個細菌充當受體。

基因工程

使用這種策略，微生物的遺傳序列被改變以提高生產力。一個典型的策略是插入來自其他生物體的基因，這些基因編碼催化所需產品產生的酶。

代謝工程

此方法涉及改變微生物的代謝途徑，以便將其資源集中在所需產物的生產上。一個典型的策略是敲除合成產物不需要的基因，並用來自其他生物體的基因取代它們，這些基因編碼催化所需產物產生的酶。

結論

在工業規模上進行有效的生物技術程式需要利用產生高濃度目標產品的微生物菌株。

微生物菌株改良有助於提高微生物的生物合成能力，以便它們能夠以更大的數量產生所需的產品。