工业微生物菌株的开发策略

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介绍

管理发酵过程的唯一方面是菌株改良。它是增强或选择表型以提高微生物生产力的过程。换句话说，它涉及获得一种微生物菌株来产生我们想要的更多代谢物或酶。

在制药和化学品制造、全细胞生物催化和生物修复等行业中，应用了微生物菌株增强技术。合成生物学和代谢工程技术可用于改进菌株。

通过改变细菌的代谢途径以实现特定目标被称为代谢工程。这提高了微生物菌株的生产力；代谢工程可以帮助生产更多产品，包括抗生素、生物合成前体和聚合物。

定义

利用重组DNA技术改变细菌的某些生化途径或引入新的细菌以直接提高产品产量或细胞特征，称为菌株改良。

菌株改良的方法

以下是几种菌株改良方法

诱变

诱变是菌株改良的一种方法。诱变是指随机改变细胞遗传密码的行为。这可能导致新基因的形成或改变已存在基因的功能。辐射或化学物质可以诱导突变，或者有时会无意中发生突变。此外，它还可以遗传给后代。

突变是指生物体特征的突然、可遗传的改变，不需要任何特殊的护理，被称为“自发突变”。

“诱导突变”是指由使用特定药物引起的突变。诱变是指利用诱变剂引起突变的过程。

选择

另一种菌株改良策略是选择。选择是指选择具有特定理想特性的细胞或生物体并将其杂交的过程。该过程可以是人工的或自然的。

选择的好处在于它非常特异。它可以针对特定的理想基因或特征。这可能产生非常耐用且具有多种理想性状的菌株。

诱变和选择是两种最常用的菌株改良策略。尽管还有很多其他的方法。其中一些是

• 生长选择。
• 杂交。
• 基因工程。

生长选择

使用这种技术，选择生长最快的细胞进行繁殖。选择生长速率最高或最快的细胞将实现此目的。此外，这可以通过选择高产量的细胞来实现。

杂交

这是将两个不同的菌株杂交以产生一个全新菌株的过程。该过程可以是人工的或自然的。

杂交的好处在于它可以产生具有许多良好特性且具有很强抗性的菌株。但是，它也可能不可预测。两个菌株杂交的结果并不总是可以预测的。

基因工程

基因工程是将一个生物体的基因插入另一个生物体中的过程。该过程可以是人工的或自然的。

基因工程分三个简单的步骤进行

• 从供体生物体中分离DNA片段。
• 将提取的供体DNA片段插入载体基因组。
• 重组载体在合适的宿主中生长。

基因工程的好处在于它使您能够选择要插入菌株以改善菌株的特定基因。此外，可以插入来自具有理想性状的其他生物体的基因。这可能产生非常耐用且具有多种理想性状的菌株。

但是，基因工程是一项风险很大的任务。始终存在引入多个基因的可能性，这可能对细胞产生有害影响。

商业重要微生物的菌株改良

以下是工业用途菌株改良的一些方法

高产突变株的选择

此方法涉及在微生物群体中寻找产生比亲本菌株更多产物的变异体。高产突变株最常通过将培养物接种在含有选择剂的培养基上进行选择，该选择剂对亲本菌株有毒，但对突变株无毒。然后可以在液体培养基中培养平板上的菌落，并且可以通过选择在最小培养基上生长的突变株来分离高产突变株。

重组

在重组过程中，DNA片段被断裂并重新组合以创建新的等位基因组合。这种重组过程在基因水平上产生的遗传变异反映了不同物种DNA序列的变异。

转导

转导是病毒将遗传物质从一个细菌传播到另一个细菌的方法。细菌噬菌体可以感染细菌细胞并利用它们作为宿主来产生其他病毒。

转化

细菌转化是一种水平基因转移技术，允许某些细菌从其环境中吸收外源遗传物质（裸露DNA）。

接合

接合是一个细菌可以直接交换遗传物质的过程。在一个细菌充当遗传物质供体，另一个细菌充当受体。

基因工程

使用这种策略，微生物的遗传序列被改变以提高生产力。一个典型的策略是插入来自其他生物体的基因，这些基因编码催化所需产品产生的酶。

代谢工程

此方法涉及改变微生物的代谢途径，以便将其资源集中在所需产物的生产上。一个典型的策略是敲除合成产物不需要的基因，并用来自其他生物体的基因取代它们，这些基因编码催化所需产物产生的酶。

结论

在工业规模上进行有效的生物技术程序需要利用产生高浓度目标产品的微生物菌株。

微生物菌株改良有助于提高微生物的生物合成能力，以便它们能够以更大的数量产生所需的产品。