基因工程菌发酵液

二 反应器设计 三 发酵培养基组成
培养基组成及作用： ① 提供化学元素 ② 提供特殊营养源 ③ 提供能源 ④ 控制代谢
四 工艺最佳化与参数监测控制
1.工艺最佳化 是指最快周期，最高产量，最好质量，最低消耗， 最大安全性，最周全的服务处理效果，最佳化速 度与最低失败率等的综合指标 2.参数监测控制 需监测与控制的4种参数：A，主要参数：pH,温度， 溶氧。B，生物量：浑浊度，细胞组分，总氮量及 菌丝干重。C，碳源：糖，有机酸，淀粉。D，产 品。
⑴含质粒菌产生不含质粒子代菌的频率；
⑵这两种菌比数率差异的大小。
对同一工程菌控制不同的比生长数率 可改变质粒的拷贝数：
低拷贝质粒工程菌产生不含质粒子代 菌频率高如增加工程菌质粒拷贝数可提 高稳定性；
高拷贝质粒工程菌产生不含质粒子代 菌频率低但对稳定性不利。
质粒稳定性的分析方法
样品
不含抗性标记抗生素
分批培养中选择不同的碳源，连续 培养中控制稀释速率等都能一定范围内控 制菌体的生长，从而控制乙酸的产生，减 少它的抑制作用。
加入蛋氨酸和酵母提取物都能减少 乙酸的产生。
大肠杆菌中克隆携带氧能力的VHB 蛋白的基因可提高菌体生长速率。 采用磷酸乙酰化酶缺陷株作为宿组 主细胞，阻止乙酸产生，可提高产量。
第六节 基因工程菌的不稳定性
基因工程菌在传代过程中常出现质粒 不稳定的现象。 质粒不稳定可分为： 分裂不稳定 结构不稳定
分裂不稳定：指工程菌分裂时出现一 定 比例不含质粒子代菌的现象。
结构不稳定：指外源基因从质粒上丢失或 碱基重排、缺失所致工程菌性能的改变
一、质粒不稳定产生的原因
常见分裂不稳定的两个因素：
二、菌体生长与前体供应的关系
在基础培养基中加入氨基酸（小分 子前体）能使菌体比生长率提高，蛋白 合成增加。
基因工程菌质粒的表达需与宿主细 胞竞争共同的前体和催化结构，致工程 菌生长速率降低。
质粒存在对菌体代谢的影响：中等 拷贝质粒（56拷贝）的工程菌中与前体合 成有关的酶增加，这些酶的基因大多受终 产物的反馈调节。 高拷贝质粒的工程菌（240拷贝）中， 生长速率和菌体总蛋白合成均减少。这与 工程菌大量前体被利用引起前体不足，从 而产生“严紧反应”有关。
10-12h 100个菌落
含抗性标记抗生素
平 板 培 养基
10-12h
平 板 培 养 基
统计生长菌落数
重复三次,计算比值 (稳定性stability)
二、提高质粒稳定性的方法
为了提高质粒稳定性，工程菌培养采用
两阶段培养法：
⑴先使菌体生长至一定密度；
⑵再诱导外源基因的表达
由于第一阶段外源基因未表达，减小 了重组菌与质粒丢失菌的生长速率的差别， 增加了质粒稳定性。 在培养基中加入抗菌素抑制质粒丢失 菌的生长，提高质粒稳定性。 调控环境参数如温度、pH、培养基组 分和溶解氧浓度
基因工程菌的发酵与传统的微生 物发酵不同,基因工程菌带外源基因, 发酵的目的是使外源基因高效表达。 它不仅涉及宿主载体和克隆基因之 间的相互关系还和环境有关。
工艺要求：外源基因既高效表达， 又有利于产品分离纯化。对发酵影 响较大的几个因素有： 1. 培养基的影响 2. 接种量的影响 3. 温度的影响 4. 溶氧量的影响 5. 诱导时机的影响 6. 诱导表达程序的影响 7. pH的影响
有些含质粒菌对发酵环境的改变 比不含质粒菌反应慢，间歇改变培养条 件以改变两种菌比生长速率，可改善质 粒稳定性。通过间歇供氧和改变稀释数 率，都可以提高质粒稳定性。
大肠杆菌的蛋白/菌体量的比值是基 本恒定的，因而菌体的生长速度反映了 蛋白质的合成速度。 培养条件的改变，都会改变菌体的能 量代谢和小分子前体的供应，影响生物 大分子的和成和菌体的生长。
第五节 基因工程菌生长代谢的特点
菌体的生长通常用比生长速率来表示。 工程菌培养可通过选用不同的碳源控 制补料和稀释速率等方法来控制菌体的生 长。 控制菌体的生长对提高质粒的稳定性、 减少代谢副产物积累、提高外源蛋白产率 有重要意义。
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一、菌体的生长与能量的关系
碳源物质是组成培养基的主要成分。 碳源物质为细胞提供能量，当菌体生长 所需能量大于菌体有氧代谢提供的能量时， 菌体会产生乙酸，导致培养基的pH值下降， 从而影响菌体的生长。适当提高pH，可减少 乙酸的抑制作用
第七节 基因工程菌中试
基因工程菌中试应考虑的问题：适宜商品化生 产的工程菌，设计发酵反应器，选择反应过 程，发酵培养基组分，维持生产工艺最佳化 的方法，工艺监测方法，工艺控制方法，工 艺自动化使用方法，生物催化剂使用，产品 提取方法的选择，分离精制技术的选择。
一 工程菌选择
用于中试的工程菌需具备的条件试能用一般 基因重组技术获得，有高产潜力，能有工 业原料薇培养基，生产工期能采用一般工 业生产经验，能产生和分泌蛋白质，不致 病，无毒性，能安全生产，符合国家卫生 部门有关规定，产品有特异性，发酵液粘 度小。
“严紧反应”是当氨酰tRNA不足时,核 糖体在密码子上停留,并合成被称为魔点 的ppGpp的结果。
ppGpp是一个重要的调控分子。它通 过影响RNA链的延深过程减少转录。
它的浓度增加会导致在合成mRNA和rRNA 时RNA聚合酶在模板上的移动产生停顿，RNA 链延长速度减慢，使游离的RNA聚合酶浓度降 低，严紧控制的启动子如rrnA等的转录减少。 也可能ppGpp是通过干扰RNA聚合酶与PL 启动子专一识别反应。
灭菌
发酵生产
代谢产物分离
微生物工业发酵过程简图
一 基因工程菌的培养方式 1. 分批培养 2. 补料分批培养 3. 连续培养 4. 透析培养 5. 固定化培养
2.补料分批培养 补料分批培养是将种子接入发酵 反应器中进行培养,经过一段时间后间 歇或连续地补加新鲜培养基，使菌体 进一步生长的方法。
二、基因工程菌的培养工艺
五 计算机的应用
第八节 重组工程菌的培养
基因工程菌的培养过程包括: ⑴通过摇瓶操作基因工程菌生长的基础条件, 如温度、pH、培养基各种组分、碳氧比，分 析表达产物的合成、积累对受体细胞的影响; ⑵通过培养罐操作确定培养参数和控制方案 以及顺序。
菌种
一级种子摇瓶
二级种子罐培养
扩大培养
原料
发酵培养 基配制