第三章 环境工程菌遗传改造及应用 中国石油大学环境生物工程课件.pptVIP

第三章 环境工程菌遗传改造及应用 工程菌——基因工程改造细菌、细胞工程改造细菌 改造的目的？ 通过人工手段加速生物进化，制造组合性能更为优良的生物品种（此处限于环保领域） 第一节 基因工程菌改造原理 基因？ 基因工程？ 人工干预下对不同来源DNA片段进行剪接拼接，实现物种基因改变的方法 1.1 天然状态下生物基因改变方式 (1)基因突变 (2)基因重组 高等生物——杂交 精卵细胞质融合过程中所有遗传物质的重组 转化 接合 细菌有性生殖 转导 1.2 基因工程原理及方法 环保领域主要利用的是以质粒为媒介的人工转化技术制造“超级细菌” 1.3 基因工程在环境污染生物处理中的应用 （1）降解氯代芳烃的基因工程菌 将IMP134菌体内降解氯代苯邻二酚的基因克隆到广泛宿主质粒pKT231上，形成重组质粒（对卡拉霉素有抗性），转化到假单胞菌（常见的污染物处理细菌）后，形成基因工程菌——降解氯代－O－硝基苯酚（农药、染料、药物和炸药的有毒副产品） （2）降解尼龙聚合物的基因工程菌 黄杆菌、棒杆菌、产碱杆菌属具有分解尼龙聚合物的质粒，但三种菌不易在污水中繁殖，在污水中易繁殖的大肠杆菌无此质粒。 运用基因工程原理制造出含分解尼龙聚合物的大肠杆菌（工程菌）可在污水中大量繁殖并将尼龙迅速降解。 同样原理还制造出了分解多糖、抗金属、除草剂降解、杀虫剂降解等基因工程菌。 这些基因工程菌的安全性如何？ 重组基因会不会在不同微生物之间通过自然方式传播呢？ 基因工程菌会不会成为地区霸主呢？ 通常通过微宇宙法进行实验分析，并在基因工程菌基因中添加自杀基因，目标污染物去除后自杀基因启动，自行消灭。 涉及的专业技术内容 DNA的分离技术 DNA的测序技术 工具酶的使用技术 人工转化技术 酶定性定量分析技术 PCR基因扩增技术（可用于水中大肠杆菌、病毒的快速鉴定） 第二节 细胞工程菌改造原理 利用细胞工程中的细胞融合技术（细胞杂交）构建环境工程菌 具体细节 例如 原生质体融合构建纤维素降解菌 已知 两株脱氢双香草醛（DDV)降解菌Fusobacterium varium(梭菌属）和Enterococcus faecium（肠球菌属）(DDV是与纤维素有关的有机化合物) 例如 原生质体融合构建苯环化合物降解菌 Pseudomonas alcaligens CO可降解苯甲酸酯和3－氯苯甲酸酯，但不能利用甲苯 Pseudomonas pudita R5-3可降解苯甲酸酯和甲苯，但不能利用3－氯苯甲酸酯 两菌株均不能利用1，4－二氯苯甲酸酯 * * 染色体 DNA 基因 对特殊基因进行“剪切－粘贴－链接” + + 指基因上的某一个或几个碱基缺失、置换或插入，导致基因内部原有碱基排序改变——遗传性质改变 诱因—物理射线、化学诱变剂 原理应用—常规细菌或污泥定向培育和驯化 详见《环境工程微生物学》第三章 低等生物——细菌 三种方式—转 化 、 转 导 、接合 部分遗传物质的转移和重组 细菌 质粒 染色体 供体细菌的DNA片段直接吸收进入活的受体细菌并发生基因重新组合的方式。 大肠杆菌 雌 雄 性菌毛 质粒 噬菌体－细菌病毒 遗传物质通过噬菌体（邮差）的携带而转移导手的基因重组现象称为转导。 基因工程—人工干预下的杂交、转化、接合、转导技术 一种具有某种优良性能的天然细菌或突变细菌（长的慢，无使用价值） 一种普通细菌（长的快）如大肠杆菌 基因工程 + 既长得快又具有该优良性能的细菌－基因工程菌 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 特殊基因的发现与分离 载体质粒克隆 限制性核酸内切酶内切 连接酶拼接杂合质粒 转化入受体菌 DNA 普通内切酶 DNA 细菌限制性内切酶 GAATTC CTTAAG 在特定部位实施内切。 粘性末端 选择性培养基筛选 常见的为大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌等 在特殊培养基上（如含有青霉素）筛选目的细菌 质粒上具有抗性基因 如抵抗青霉素 长出必然是重组成功的细菌 去细胞壁 制原生质体 细菌使用溶菌酶 真菌使用纤维素酶 原生质体 融合 化学融合：聚乙二醇+Ca2+ 电融合：交流电场+高强度脉冲 融合体 鉴别 选择性培养基培养 融合体细胞壁再生 等渗透压培养基培养—可生长繁殖 去细胞壁 制原生质体 原生质体 融合 融合体 鉴别 融合体细胞壁再生 生物材料的最佳产率条件—温度、pH、生物生理状况、细