链霉素代谢调控

据报道，采用诱变的方法获得L．丙氨酸缺陷株，或 选育苏氨酸缺陷、芳香族氨基酸缺陷变株，对提高 链霉素的产量有一定的作用。
3
解除自身的反 馈调节
• • • •
分为四个方面
选育抗链霉素突变株 选育高浓度磷酸盐抗性突变株 选育营养缺陷型的回复突变株 选育结构类似物抗性突变
选育抗链霉 素突变株
链霉素本身也可能在链霉素合成中起反馈抑制作用， 它能够完全抑制链霉胍激酶。通过在培养基中逐步增 加链霉素浓度来培养产链霉素的菌株，就可以选出抗 性菌株。结合诱变处理，已获得耐高浓度来培养产链 霉素的菌株，就可以选出抗性菌株。结合诱变处理， 已经获得耐高浓度链霉素的菌株，使链霉素的产量得 到提高。
尽管链霉素的生物工程学重要特征是其产生抗生素能力的多样性，但它们生产工业 用酶的潜力也不可忽视。链霉素作为葡萄糖异构酶的产生菌已具有重要地位，其它酶类如 蛋白酶、纤维素酶、木质素酶、木聚糖酶、淀粉酶、角蛋白酶等也将逐步占据重要地位， 并且利用重组DNA技术来提高生产这种酶的能力具备巨大的潜力。 遗传工程技术问世以来，克隆外源基冈，尤其是真核生物的基网大多使用大肠杆菌 寄牛系统。然而大肠杆菌系统的不足之处足蚩白质产物不易外泌，人们尝试利用枯草杆茼 及酵母作为寄主系统，但它们很强的胞外蛋白酶活性有给外泌异源基因的蛋白产物造成不 利影响。因此，人们逐渐注意开发和理应链霉素作为遗传工程上表达和分泌异源基因产物 的重要的寄主系统。许多研究表明，牛生长激素基因、人类白细胞介素、人类干扰素以及 人类肿痛坏死因子基冈等，已可利用基因重组技术引入链霉素中并得以表达。链霉素可作 为替代寄主来生产哺乳动物蛋自，如胰岛素、干扰素、白细胞介素或者重组疫苗等。链霉 素中致病菌极少，用作基因工厂受体比较安全，这是将链霉素发展为有价值的遗传工程菌 系统的有利条件，可望它在低成本、大规模生产各种蛋白(包括酶)方面起到特殊作用。
演讲题目
链霉素发酵的代谢调控育种
小组成员：
Part 1
链霉素简介
Part 2
链霉素生物合成的途径及代谢调控机制
Part 3
代谢调控发酵育种
Streptomycin 链霉素
链霉素基本信息 链霉素的分子结构 链霉素用途
链霉素（streptomycin）是一种氨基葡萄糖型抗生素
Basic Info
毒性
选育结构类 似物抗性突 变株
由于某些氨基酸对链霉素生物合成中的某些酶有阻遏 作用，凶此通过选育某螳氨基酸，特别是含硫氨基酸 的结构类似物抗性突变株可使链霉素产量提高。据报 道，选育乙硫氨酸、蛋氨酸氧肟酸盐、硒代蛋氨酸、 1,2,3-三唑、三氟蛋氨酸抗性突变株，均有助于链霉 素产晕的提高。
含硫氨基酸 抗性突变株
融合
筛选
营养缺陷型 标记
转化
原生质体作为DNA受 体
开发新 抗生素
通过在产生化学结构类似的抗生素的链霉素之间进行抗生素生物合 成基因的提外转移、不同菌株的杂交、原生质体融合等都可得到新 的抗生素的产生菌。
生物合 成基因 的克隆
将抗生素生物合成基因克隆到受体中并已表达成功。
耐药基 因的研 究
许多抗牛素产牛茼带有自身耐药基因。利用此基因作为选择标记可 避免选用其它抗性标记可能的环境问题。耐药基因克隆也可研究耐 药机制，为研究新抗生素起指导作用。
谷氨酸 甲硫氨酸
葡 萄 糖
D-葡萄 糖核苷 或磷酸 化衍生 物
重排、还原
差 向 异 构 化 二 次 脒 基 化
链霉糖 衍生物
二 次 胺 化
链霉 素磷 酸酯
链 霉 素
肌醇
链霉胍 磷酸酯
甘露 糖链 霉素
谷氨 酰胺
丙氨 酸
精氨 酸
瓜氨 酸
天冬 氨酸
NH3
3个
7个
谷氨酰胺
葡萄糖
NH3
鸟氨酸 循环
丙氨酸
谷氨酸
灰色链霉菌的孢子梗直而短，不呈螺旋形，孢子数 量很多，孢子乃断裂而成，呈椭圆形，气生菌丝和 孢子均呈白色，单菌落生长丰满，呈梅花型或馒头 型，直径为3~4mm，基质菌丝透明，在斜面背后产 生淡色色素。
2
切断支路代谢
当初级代谢和次级代谢处于分路途径时，通过选育 需要初级代谢产物的营养缺陷菌株可使相应的次级 代谢产物增加。
毒性LD50(mg/kg)：对 许多革兰氏染色阴性或阳 性细菌有效，鼷鼠急性经 口9000。对人低毒。
分子式：C21H39N7O12
分子量：581.57
稳定性
链霉素为白色无定形粉 末，有吸湿性。易溶于水， 不溶于大多数有机溶剂，强 酸、强碱条件下不稳定。硫 酸链霉素制剂外观为黄色粉 末，密度0.38g/L,pH1.5～3.5， 易溶于水，呈微酸性，在中 性和酸性条件下稳定，碱性 条件下易失效 链霉素是一种从灰链霉菌的 培养液中提取的抗菌素。属 于氨基糖甙碱性化合物，它 与结核杆菌菌体核糖核酸 蛋白体蛋白质结合，起到了 干扰结核杆菌蛋白质合成的 作用，从而杀灭或者抑制结 核杆菌生长的作用。
提高
链霉 素
选育
链霉素遗传育种进展
链霉素遗传工程的其他 应用
链霉菌的原生质体融合 育种
2
基因克隆技术在抗生素 生产方面的研究
1
3
谢谢观看
溶菌酶
链霉菌原生质体
改变敏感性
甘氨酸
再生受到多种因素的影响，培养基中无机盐要求KH2P04低浓度（0.005%）， Ca2+，Mg2+高浓度（分别为20~50mmol/L），其它高渗稳定剂(如NaCl)不能 取代蔗糖。细胞的生长期对再生也很重要，处于对数期到平衡期的过渡时期 的细胞再生效率最高，而处于对数中期或平衡期的原生质体很难再生，少量 酪蛋白氨基酸(0.01%)可加速再生过程，链霉菌原生质体不宜冷贮，贮藏过夜 再生能力丧失98％以上。采用原生质体融合获得重组的频率可达3%~30%与 结合相比高104倍以上。
每生成1个 链霉素分子
2个
氨甲酰 天冬氨酸 磷酸酯
CO2
1个 甲硫氨酸
链霉素生物合成的调节机制
发酵阶段的转变
分解代谢产物的调节
无机磷的反馈抑制
1
精氨酸 发酵阶段的转变
该种酶在合成阶段开始时的突 然出现是由于新的蛋白质的合 成，而不是蛋白质的激活
催化酶
链霉胍
2
分解代谢产物的调节
链霉素 磷酸酯 支路
应用遗传 工程技术
突破自我 调控机制
选育抗反 馈调节的 突变株
选育细胞 膜通透性 突变株
利用营养 缺陷型回 复突变株
链霉素生产菌的育种思路
出发菌株的选 择
切断支路代 谢
解除自身的反 馈调节
增加前体物的 合成
1
出发菌株的选择
出发菌株多采用灰色链霉（Streptomyces griseus ）、比 基尼链霉菌等。
发酵后期产生
α-D-甘露糖苷酶
链霉素
甘露糖链霉素
20%~25%活性
甘露糖链霉素
链霉素+甘露糖
3
无机磷的反馈抑制
去磷酸化反应
磷酸酯酶
反馈抑制
链霉素
磷酸盐
严重阻遏源自文库
脒基转移酶
链霉胍
代谢调控发酵育种
基本思想
育种思路
育种进展
应用营养缺 陷型菌株
育种思想
代谢控制发酵就是利用遗传学 的方法或其它生物化学的方法，人 为地在脱氧核糖核酸的分子水平上， 改变和控制微生物的代谢，使有用 产物火量生成、积累的发酵。微生 物细胞具有高度适应环境和繁殖的 能力，这种调节控制作用丰要靠两 个因素，即参与调节的有关酶的活 性和酶量，也就是反馈抑制和反馈 阻遏。代谢调控发酵能否获得成功， 目的产物的产量高低与否，关键在 于微生物细胞自我调节控制机制是 否能够被解除，能否打破微生物正 常的代谢调节，人为地控制微牛物 的代谢。
抑制
链霉素
选育高浓度 磷酸盐抗性 图突变
链霉素
通过诱变，可以选育出耐高浓度磷酸盐的突变株，它 对磷酸盐的敏感性可能降低。从生产控制来看，产生 抗生素的无机磷需要量为4.5~11.5㎎/100ml，比菌体 生长所需无机磷的量低得多。因此，发酵培养基种的 磷酸盐采用生长的亚适量浓度，使菌体生长受到某些 控制菌体代谢活性转为有利于抗生素生物合成的状态。
抑制
高浓度磷酸盐
选育
耐高浓度磷酸盐
选育营养缺 陷型的回复 突变株
一个突变株失去某种生化特征，经过2次突变能回复 该特征。这是因为当某一结构基因发生突变后，某一 酶就因结构改变而失活，而回复突变可以使其活性中 心的结构复原，但调节部位的结构并未恢复，结果一 方面酶恢复了活性，而另一方面反馈抑制却已解除或 不怎么严重。有人通过诱变获得了肌醇缺陷的回复突 变株，其链霉素产量提高了5倍。
链霉素为微生物源杀 细菌剂，可有效防治 植物细菌病害
链霉素应用一直是抗 结核治疗中的主要用 药,属于一线抗菌药
马铃薯种薯腐烂病 、 芝麻细菌性叶斑病 、 番茄细菌性斑腐病 。
治疗结核病、鼠疫、百 日咳、细菌性痢疾、泌 尿道感染和主要由革兰 氏阴性细菌引起的其它 传染病
链霉素生物合成途径
N-甲基-L葡萄糖胺 衍生物