魏岱旭-工业微生物近期动态课件.pptVIP

魏 岱 旭 2009-04-29 摘要 大多数目前的生物技术应用的来源是微生物。 全球的最终目标提供新的可用物质的形成了微生物来源的市场。 然而，直接分离出微生物总是显示出：大多数是不能被很好的培养（没有经济的高效的培养基）。 因此，从新的微生物或基因组，或从自己的菌落得到信息，将构成一个巨大的潜力，提供行业新产品和工艺的基础上利用微生物资源，促进和扩大基本知识的有机体。 本文章举出了一些关于微生物的遗传库的实例和进展探索在微生物工业的应用。 微生物是最丰富的基因来源 微生物是地球上活的有机体中所占分量最大。 在总生物细胞数【total biomass cell numbers】： 6×1030 的细菌, 1.3× 1028 的古细菌， 3.1×1029 的真核细菌。 生物量【cell biomass】： 6×1018 kg的细菌, 1.3×1016 kg的古细菌， 3.1×1017 kg的真核细菌, 平均是1 pg/ 细胞 多样性 微生物的基因研究现状 收获和利用新的生物产品和活动的微生物多样性的应用范围是目前主要的进展情况，并提供技术解决方案。但是，基本的和工业微生物学的研究已主要集中于约6500种微生物记录。 来自于 762个完整基因组（ 50 %明显具有生物技术的潜力）已经发表，并有2773个正在进行的测序项目（89种古细菌，1749种细菌，和935种真核细胞），这将构成一个宝贵的资料 。 “微生物的作用选择像点菜一样简单” 大背景： 纯培养的微生物已经成功使用超过100年。它们的经济潜力仍然是巨大的：其年度增值的化工行业本身是10亿美元，并在未来10年内，60％的合成精细化学品将依靠微生物转换，发酵合成。 工业应用， 一个应该考虑问题是，工业微生物自主复制催化剂，这在许多情况下可能低细胞密度和容积效率（活动每发酵体积）和高干扰酶活动，但是对于工业生产来说有一个非常严重的缺点，因为‘不想要’的生物量是浪费 。 从环境方面，例如， 溶剂，发酵空间，高压，高或低的温度或盐分，微生物或其酶可以在亚环境下执行。 “微生物的作用选择像点菜一样简单” 策略： 利用四种不同的战略来提高微生物的性能，根据初级目标。 第一，得到并筛选可以通过系统生物学的方法进一步改良和利用的野生型微生物。 第二，合理的设计蛋白质工程酶，这可以进一步优化微生物工作所适当的有关理想物理化学条件的工业过程。 第三，结合不同的遗传途径去使一个单一的细胞工厂用于快速生产，得到成本低廉的产品。 第四，建立一种生物技术系统来加以利用，此系统认为细胞作为一个整体（全细胞系统），而不是仅是一部分。 “氧化-还原”方面 氧化-还原反应 在工业中的实现应用氧化-还原转换已在整个细胞体现。 [NAD+]+ H ? [NADH] [NADP+] + H ? [NADPH] 微生物“氧化-还原”合成的工业产品 Rhodococcus rhodochrous （丙烯酰胺-烟酰胺）, Pseudomonas chlororaphis (5 -氰基-戊酰胺), P. pseudocalcaligenes (D -扁桃酸), Serratia marcenis (L -苏氨酸), Erwinia herbicola (L -多巴-3,4 - 二羟基- L -苯丙氨酸), Lactobacillus kefiri ((2R,5R)-己二醇), Geotrichum candidum ((R) 和 (S)- 苯乙烯氧化物), S. cerivisiae (麻黄素和伪麻黄素), Nocardia coralline (环氧化的终端和近端的烯烃), Candida rugosa ((R)-β-羟基异酸), Alcaligenes sp. (手性环氧氯丙烷), Leuconostoc mesenteroides ((R)-3-（ 4 -氟苯基）- 2 -羟基丙酸) Hevea brasiliensis ((S)- 羟腈和 (S)-羟基羧酸) … 举例 生物催化混杂或酶混杂应用的概念 这意味着酶可以催化不同的反应实现自然表现。 水解反应（水解酶）作为许多切实可行的混杂应用已被报告。 举例1 羟腈裂解酶（HNLs）在体内催化裂解羟腈的反应在植物中起防御作用。 然而，HNLs能够执行可逆反应，从而便利通过酶动力学控制，生产各种良好的手性羟腈产量和合理的高的对映体过量。 。 举例2 此外，有人最近关于一个混杂的应用的报道： 从平滑念珠菌还原酶反应得到的不对称亚胺。 该还原酶还能够减少C=O键的产生。 创建一个微生物单细胞工厂 大背景： 把单一酶转换野生型或工程菌宿主中产