抗生素菌种选育的研究发展.pptx

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菌种选育理论与技术 PPT

菌种选育理论与技术 PPT
照工业要求进行筛选来获得新的变种或杂种。
包括诱变育种,杂交育种,原生质体育种, 基因工程育种等。
第一节 自然选育
自然选育(natural screening)
是指利用微生物在一定条件下产生自发突 变的原理,通过分离、筛选排除衰退型菌株,从 中选出维持或高于原有生产菌株的过程,以达到 稳定或提高生产的目的。
青霉素生产菌种的选育
目前工业发酵水平 85000 U/ml 经诱变
WisQ176,900 U/ml
1943年,发霉的甜瓜 产黄青霉,20 U/ml 1928年,Fleming
点青霉,2 U/ml
菌种选育的基本方法
根据菌种自然变异而进行的自然选育。 用人工方法引起菌种变异或形成新的杂种,再按
2、生理性迟延 突变基因由杂合状态变为纯合状态时,还不一 定出现突变表型,新的表型必须等到原有基因的产物 稀释到某一程度后才能表现出来。
三、诱变育种的步骤
出发菌株的选择
处理菌悬液的制备 诱变处理 中间培养 突变株的分离和筛选
四、突变株的筛选
(一)随机筛选
(二)理性化筛选(定向筛选) 运用遗传学、生物化学的原理,根据产物已 知的或可能的生物合成途径、代谢调控机制和产物 分子结构来进行设计和采用一些筛选方法,以打破 微生物原有的代谢调控机制,获得能大量形成产物 的高产突变株。
3、筛选 将分离培养后的各型单菌落,接斜面培养, 成熟后接入发酵瓶,测定发酵单位的过程称为筛选。 它分初筛、复筛两个过程。
优点
简单易行
缺点
效率低,进展慢,难以获得高产突变株
以微生物的自然变异为基础的生产选种几率并不 是很高,一个基因的自然突变频率仅10-6~10-10
目的
纯化、复壮菌种

抗生素产生菌的菌种筛选及优化PPT课件

抗生素产生菌的菌种筛选及优化PPT课件
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2.对数期 (1)特点:分裂速度最快、代时最短、代谢活动旺盛、对环境
变化敏感。 (2)作用:作为代谢、生理等研究的好材料和发酵生产中用作
种子的最佳菌龄。
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3.稳定期 (1)特点:新生的细胞和死亡的细胞数目相等、总菌数达到最
大值、代谢活力钝化。 (2)原因:营养物质的逐渐消耗以及代谢废物的积累抑制了生
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4、采用新的筛选方法 如:应用定向生物合成和突变生物合成的原理, 以及培养超敏细菌以寻找微量的抗生素,选用 新的肿瘤模型来筛选抗肿瘤的抗生素。
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5、采用现代分子生物学技术产生新抗生素 (1)基因克隆产生新抗生素:首先获得某已
知抗生素的结构基因,然后通过一定的载 体将基因片段导入特定的另一种抗生素产 生菌中,则可能产生完全符合人们设计要 求的新抗生素。 (2)沉默基因的激活: 引入抗生素生物合 成的调控基因,有可能激发抗生素产生菌 处于休眠状态或沉默状态的基因系统,从 而开启另一结构抗生素的生物合成开关, 得到新抗生素。
2.嗜温微生物 4.嗜高热微生物
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小结:
1.嗜冷微生物能够在低温条件下生长的原因是:其所含 的酶在低温能有效地催化生化反应;在低温下主动运输 仍能正常进行,有效的吸收必须的营养物质,是其原生 质膜中含有较多的不饱和脂肪酸,在低温下仍可维持膜 的流动性。
2.嗜高温微生物在高温条件下生长的原因是:其酶和其他蛋白 质在高温时更稳定;其蛋白质合成机构和细胞质膜(富含 饱和脂肪酸等)等结构成分是热稳定。
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3.微生物耐热性在实践中的重要性: 发酵生产的优点是发酵周期短,效率高;有利于非 气体物质在发酵液中的扩散和溶解,以及防止杂菌的污 染;可节约冷却发酵热量所需的成本。
(一)分批培养和连续培养 1.概念:

第二章 抗生素生产菌的选育与培养

第二章 抗生素生产菌的选育与培养

2. 从自发突变体中获得菌株
变异是育种的基础。 变异是育种的基础。 自然突变是指自然条件下出现的基因变化。 自然突变是指自然条件下出现的基因变化。 自发突变的频率较低, 自发突变的频率较低,因此自然选育筛选出来 的菌种,不能满足育种工作的需要。 的菌种,不能满足育种工作的需要。因而不能仅 停留在“ 还要进行“ 停留在“选”种,还要进行“育”种。如通过诱 变剂处理菌株,就可以大大提高菌种的突变频率, 变剂处理菌株,就可以大大提高菌种的突变频率, 扩大变异幅度, 扩大变异幅度,从中选出具有优良特性的变异菌 诱变育种。 株——诱变育种。 诱变育种
合适的剂量:能增加变异幅度, 合适的剂量:能增加变异幅度,又能促 使变异向正变范围移动的剂量。 使变异向正变范围移动的剂量。 剂量的选择和诱变因素的使用随菌种的 不同而异,因此需从工作中总结、 不同而异,因此需从工作中总结、摸索 来确定。 来确定。
各种化学诱变剂常用的剂量和处理时间
诱变剂 亚硝酸( 亚硝酸(HNO2) 硫酸二乙酯 (DES) ) 甲基磺酸乙酯 (EMS) ) 亚硝基胍( 亚硝基胍(NTG) ) 诱变剂的剂量 0.01~0.1mol/L ~ 0.5~1% ~ % 0.05~0.5mol/L ~ 0.1~1.0 mol/mL, ~ , 孢子3mg/mL 孢子 0.1~1.0 mol/mL ~ 处理时间 5~10min ~ 10~30min, ~ , 孢子18~ 孢子 ~24h 10~60min, ~ , 孢子3~ 孢子 ~6h 15~60min, ~ , 90~120min ~ 15~90min ~ 缓冲剂 pH值4.5,1mol/L醋 值 , 醋 酸缓冲液 pH值7.0,0.1mol/L 值 , 磷酸缓冲液 pH值7.0,0.1mol/L 值 , 磷酸缓冲液 pH值7.0,0.1mol/L 值 , 磷酸缓冲液或Tris缓 磷酸缓冲液或 缓 冲液 pH值6.0~7.0, 值 ~ , 0.1mol/L磷酸缓冲剂 磷酸缓冲剂 或Tris缓冲液 缓冲液 NaHCO3 中止反应方法 pH8.6,0.07 , 磷酸二氢钠 硫代硫酸钠或 大量稀释 硫代硫酸钠或 大量稀释 大量稀释

抗生素产生菌的菌种筛选与优化护理课件

抗生素产生菌的菌种筛选与优化护理课件
用于防治植物病害,提高农作物产量和品质。
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抗生素产生菌在兽医领域的应用
用于治疗动物疾病,保障动物健康。
抗生素产生菌的发展趋势
新型抗生素的开发
01
随着细菌耐药性的增加,开发新型抗生素的需求越来越迫切。
抗生素产生菌的基因工程改造
02
通过基因工程技术对抗生素产生菌进行改造,提高抗生素产量
和抗菌活性。
抗生素作用机制的研究
05
抗生素产生菌的下游处理 与分离纯化
下游处理方法
发酵液预处理
通过离心、过滤等方法去除杂质和菌体,为 后续分离纯化做准备。
萃取分离
利用不同溶剂对抗生素的溶解度差异进行分 离。
细胞破碎
采用物理或化学方法破碎菌体细胞,释放抗 生素。
结晶纯化
通过结晶过程进一步纯化抗生素。
分离纯化技术
膜分离技术
利用膜的孔径大小实现不同粒径分子 的分离。
提高发酵效率和产品质量。
菌种的保存与复苏
总结词
菌种的保存与复苏是保证抗生素产生菌种质资源的重要 环节,应采取科学详细描述
在保存菌种时,应选择适当的培养基和条件,使菌体处 于休眠状态,延缓衰老。常用的菌种保存方法包括定期 传代培养、冷冻保存和甘油保藏等。在复苏菌种时,应 注意无菌操作,选择适宜的培养基和条件,使菌种尽快 恢复活性。对于长期保存的菌种,应定期进行活力检测 和纯度鉴定,确保菌种质量。
基因工程筛选方法
定向改造、高选择性、潜在风险
描述:基因工程筛选方法通过基因敲除、基因突变等技术对菌种进行定向改造,以提高其抗生素产生 能力。这种方法具有高选择性,但同时也存在潜在的安全风险,需要严格控制使用条件和监管。
筛选过程中的注意事项
安全性、可靠性、可行性

《菌种选育》PPT课件

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耐高浓度酒精的酵母菌的酒精发酵 能力较高,也适宜提高发酵醪浓度,提 高醪液酒精浓度。
而耐高渗透压的酵母菌株具有积累甘 油的性能,可用于甘油发酵。
耐高酒精度、高渗透压的菌株也可分 别在高浓度酒精或加蔗糖等造成的高渗 环境下一次性筛选获得。
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2)阶梯性筛选法
药物抗性即抗药性突变株可在培养基中 加入一定量的药物或对菌体生长有抑制作 用的代谢物结构类似物来筛选,大量细胞 中少数抗性菌在这种培养基平板上能长出 菌落。但是在相当多的情况下,无法知道 微生物究竟能耐受多少高浓度的药物,这 时,药物抗性突变株的筛选需要应用阶梯 性筛选法。
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Avermectin产生菌诱导推理选育
avermectin(AVM)系一簇十六元大环内酯 类抗生素,它含有8个结构相似的组份:A1a、 A1b、A2a、A2b、B1a、B1b、B2a、B2b。8 个组分中B1a为主要有效成份。
Avermecti精n选化课件学ppt 结构
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(1)梯度平板法(Gradient plate) 先将10ml左右的一般 固体培养基倒入培养皿中,将皿底斜放,使培养基凝结 成斜面,然后将皿底放平,再倒入7-10ml含适当浓度的 药物的培养基,凝固后放置过夜。由于药物的扩散,上 层培养基越薄的部位,其药物浓度越稀,造成一由稀到 浓的药物浓度渐增的梯度。再将菌液涂布在梯度平板上, 药物低浓度区域菌落密度大,大都为敏感菌,药物高浓 度区域菌落稀疏甚至不长,浓度越高的区域里长出的菌 抗性越强。在同一个平板上可以得到耐药浓度不等的抗 性变异菌株。如果菌体对药物有个耐受临界浓度,则会 形成的明显界线。

菌种选育的一般流程ppt课件

菌种选育的一般流程ppt课件
获得高产谷氨酸的菌株 育种和代 谢工程育种等方法,对 出发菌株进行基因改造 和代谢调控,筛选出高 产谷氨酸的菌株。
选育结果
通过基因工程育种和代 谢工程育种等方法,成 功选育出高产谷氨酸的 菌株,谷氨酸的产量和 质量得到显著提高。
实例三:柠檬酸高产菌株的选育
基因工程育种的方法
01
02
03
农杆菌转化法
利用农杆菌感染植物细胞 ,将目的基因导入植物基 因组中,实现遗传转化。
基因枪法
利用基因枪将带有目的基 因的金属微粒直接射入受 体细胞或组织,实现基因 转移。
花粉管通道法
在植物授粉后,利用花粉 管作为通道,将外源DNA 导入受精卵细胞,实现遗 传转化。
基因工程育种的优缺点
杂交育种的优缺点
遗传不稳定
杂交后代的遗传物质来自两个亲 本,容易出现分离和不稳定现象

技术难度高
杂交育种需要较高的技术水平和 精细的操作,对实验条件和操作
人员要求较高。
难以预测结果
由于基因互作和环境因素的影响 ,杂交后代的表型难以准确预测

06
菌种选育实例分析
实例一:青霉素高产菌株的选育
1 2 3
自然选育的优缺点
优点
简单易行,不需要复杂的仪器设 备;可以筛选出适应特定环境的 优良菌种。
缺点
筛选过程漫长且效率低下;受环 境因素影响大,结果不稳定;无 法对微生物的遗传物质进行精确 改造。
03
诱变育种
诱变育种的原理
80%
基因突变
利用物理、化学或生物因素诱导 生物体发生基因突变,从而产生 新的遗传性状。
打破物种界限
基因工程育种可以克服远缘杂交不亲和的障碍,实现不同物种间基因的转移和 重组。

菌种选育方法ppt课件

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重组质粒发生DNA片段脱落; 表达产物不稳定。
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工程菌不稳定性的原因
工程菌稳定与否,与重组质粒本身的分子组成、宿主细胞生理 和遗传性及环境条件等因素有关。
质粒本身的分子结构:引起工程菌不稳定常常是由于稳定区 受到影响。另外可能由于重组质粒上有重复序列,或与宿主 染色体有部分同源等都会造成质粒的不稳定
B.抗生素依赖变异法 即通过诱变使宿主细胞成为某抗生素的依赖
性突变株,只有存该抗生素存在时宿主细胞才能生长,而重组质粒上含 有该抗生素的非依赖性基因,将重组质粒导入宿主细胞后,所得的克隆 菌就能在不含抗生素的培养基中生长。
C.营养缺陷型法 与上述抗生素依赖变异法相类似。其原理是通过
诱变使宿主细胞染色体缺失生长所必需的某一基因,而将该基因插入到 重组质粒中,然后选择适当组成的培养基使失去重组质粒的细胞不能存 活,而只有含重组质粒的细胞才能生长。
35
重组子筛选-蓝白筛选
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DNA重组-重组子的筛选及表达菌株的转化
重组质粒的提取 表达菌株感受态细胞的制备 转化及复苏
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外源基因在大肠杆菌中的诱导表达Leabharlann SDS-PAGE 免疫分析
细胞 破碎
蛋白 分离
培养

凝胶
免疫

分析
NC 膜

转膜 38
工程菌的稳定性问题
由工程菌产生的珍稀药物如:胰岛素、干扰素、人生长激素、 乙肝表面抗原、人促红细胞生成素(EPO)、重组激酶、集落 刺激因子GM-CSF等,成本大大下降
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菌种退化原因
基因突变 自发负突变 回复突变:生产株成为野生型
分离现象:多核(或单核)但是DNA双链之一发生 突变,随着传代,核发生分离,导致突变基因和未 突变基因的分离。
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优缺点:
较为可靠,不管种子或发酵过程的生产条件、生理条件如何, 都与发酵罐生产条件比较接近,可以模拟进行,但随机性大,需 要进行大量筛选。
一、诱变育种 (目前最常用的育种技术)
(2)推理选育(Rational selection)
根据抗生素生物合成和代谢调控机制来指导和设计的育种方案。 是诱发突变与理性化筛选方法相结合的一种育种方法。
由于原生质体融合技术具有遗传信息传递量大,能克服 遗传障碍,实现远缘杂交,重组频率高等优点,为遗传 育种提供了一种有效手段,所以不论是方向性还是自觉 性,原生质体融合技术均比诱变育种前进了一大步,而 且可以消除某一菌株在诱变处理后所出现的产量上升缓 慢的现象。
三、基因工程技术 简介
从20世纪70年代起逐步建立起来的基因工程技术, 使基因或一些具有特殊功能的DNA片段的分离变得十 分容易。
一、诱变育种 (目前最常用的育种技术)
主要包括两个环节:
1)以合适的诱变方法处理大量分散的微生物细胞悬浮液,
在引起绝大多数细胞致死的同时,使存活个体中的变异频率
大大提高。
常用诱变方法
物理方法
采用的诱变剂有紫外线(UV)、X-射线、α-
射线、β-射线、γ-射线、激光和低能离子注入
等。
化学方法
采用的诱变剂有天然碱基类似物、烷化剂、羟 化剂、移码诱变剂及抗生素类诱变剂等。
融合子的筛选是原生质体融合技术的关键。
失活原生质体供体法 荧光染色标记 抗药性标记 营养缺陷型遗传标记
二、原生质体融合技术
常用的融合子筛选方法:
另外,温度敏感型、糖发酵和同化 性能、呼吸缺陷和形态等亲本标记选择 方法也用于融合子的筛选,克服了营养 缺陷型和抗药性标记等的缺点,而且更 适合于远缘杂交。
制作者: 二零零五级 生物技术系 冉兴鑫 81050616
概述
现代,抗生素(antibiotics)作为重要临床应用药物在防治 疾病和保障人类健康方面起了极其重要的作用。同时,在 农业病虫害的防治方面,以其高效、低毒和易分解等优点 日益受人们关注。菌种是抗生素生产的基础,因此,菌种 的选育就显得尤为重要了。目前,抗生素菌种选育技术已 从传统的诱变育种发展到原生质体融合技术和基因工程技 术,并且以基因工程技术为主的多元化的育种方式将是今 后抗生素菌种选育的主导方向。
二、原生质体融合技术
发展简史:
1978年国际迅速推广到了育种领域。
1979年P首先发表了融合育种提高青霉素产量的报告, 从而开创了原生质体融合技术在抗生素育种改良工作中 的应用。
二、原生质体融合技术
包括:遗传标记的筛选
原生质体的制备 融合与再生 融合子的鉴定
(化学诱变剂在诱变微生物菌种时造成的突变率通常较高、相对经济, 但大多是致癌剂或极毒药品,使用时须谨慎。物理诱变法设备简单、操 作方便、诱变效果好,但正变率低、筛选工作量大。)
一、诱变育种 (目前最常用的育种技术)
2)设计一种有效的筛选方法淘汰负变菌株,并把正变菌株 中少数变异幅度最大的具有优良性状菌株巧妙的挑选出来。
常用筛选方法
随机筛选(random selection) 推理选育(rational selection)
一、诱变育种 (目前最常用的育种技术)
(1)随机筛选(Random selection)
诱变育种技术中一直采用的初筛方法,它是将诱变处理后形成 的各单细胞菌株,不加选择地随机进行发酵并测定其单位产量, 从中选出产量最高者进一步复试。
其他辅助方法如DNA含量测定、同 工酶电泳电镜观察、利用毒力差异等也 常和上述方法配合使用。
二、原生质体融合技术 小结
目前用于抗生素菌种选育的原生质体融合技术相当成熟, 已形成原生质体诱变、灭活原生质体融合、电诱导原生 质体融合、原生质体再生、原生质体转化等一系列技术。 利用这些技术不仅可以改善菌种的遗传性状,提高抗生 素的产量和改变抗生素的组分,而且可以综合不同菌株 的代谢途径,产生新的抗生素。
利用供体生物的遗传物质,或人工合成的基因, 经过体外或离体的限制性内切酶切割后与适当 的载体在连接酶作用下连接起来形成重组DNA 分子,然后再将重组DNA分子导入受体细胞或 受体生物构建转基因生物,该种生物就可以按 人类事先设计好的蓝图表现出新的遗传特征。
三、基因工程技术 简介
随着分子克隆技术的发展,已形成大量有用的载体系 列,对抗生素产生菌的基因表达调控研究几及抗生素生 物合成的分子遗传学研究不断深入,目前已有多种抗生 素的生物合成基因获得成功克隆和表达,其生物合成机 理研究也已比较深入和全面。
三、基因工程技术
基因工程技术的核心是DNA重组技术,即
由于链霉菌(Streptomyces griseus)是合成天然抗生素 的最重要的生物,因此基因工程育种技术在链霉菌中应 用最为广泛。20世纪80年代,链霉菌遗传转化系统的 建立和运用实现了链霉菌基因的克隆,1983年Hopwood 等首次利用链霉菌宿主-载体系统克隆到抗生素的生物 合成基因。此后链霉菌的分子生物学发展很快,已形成 了以变铅青链霉菌(Streptomyces lividans)为主的外源 基因克隆表达系统。
发展简史:
起源于20世纪60年代:1960年法国Karski研究小组在 2种不同类型的动物细胞混合培养中发现了自发融合现 象,同时日本Okada发现艾氏腹水瘤细胞易被灭活的仙 台病毒诱导融合,从而开始了细胞融合的探索。
1974年Kao等在研究植物原生质体融合时发现聚乙二 醇(PEG)能有效促进融合,且融合频率显著提高。 PEG诱导融合的作用被证明同样适用于微生物原生质体, 从而微生物原生质体融合技术迅速建立起来,在酵母、 放线菌、霉菌、细菌等多种微生物的种内、种间、属间 以至科间很快形成了实验体系,解除了很多技术障碍。
优点:大大减少筛选的盲目性,提高筛选效率。
抗前体及其结构类似物突变株的筛选 抗自身及其结构类似物突变株的筛选 抗分解代谢物阻遏突变株的筛选 代谢障碍突变株的筛选 目前推理选育最常用方法 链霉素抗性突变株的筛选 形态突变株的筛选 磷酸盐抗性突变株的筛选 膜透性突变株的筛选 金属离子抗性突变株的筛选
二、原生质体融合技术
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