6 微生物细胞工程的应用

微生物细胞工程的应用

1.7 微生物细胞工程的应用1.7.1 通过原核微生物生产商品 1.7.2 现代生物农药 1.7.3 现代微生物肥料 1.7.4 生物净化与生物废料再生 1.7.5 微生物细胞固定技术

微生物细胞工程的应用

1.7.1 通过原核微生物生产商品将原核微生物改造成生产有用代谢产物的反应 将原核微生物改造成生产有用代谢产物的反应 器，生产许多重要的生物产品 细胞工程技术+基因工程技术， 细胞工程技术 基因工程技术，克隆生物产品 基因工程技术 的编码基因，在宿主细胞中进行表达。 的编码基因，在宿主细胞中进行表达。 降低成本，提高药效、 降低成本，提高药效、产量

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技术策略目的基因的获得：基因组 文库， 目的基因的获得：基因组DNA文库，cDNA 文库 文库， 扩增， 文库，PCR扩增，化学合成法 扩增DNA/RNA提取，酶解，转化 提取，酶解， 提取 目的DNA的筛选：制作探针，从基因组 的筛选： 目的 的筛选 制作探针，从基因组DNA文 文 库或cDNA文库中筛选出目的 文库中筛选出目的DNA 库或 文库中筛选出目的探针制备：根据同源序列 纯化目的蛋白 纯化目的蛋白， 探针制备：根据同源序列/纯化目的蛋白，测定其氨 基酸序列，推导DNA编码序列， 编码序列， 基酸序列，推导 编码序列

表达文库的筛选：纯化目的蛋白质，制备抗体， 表达文库的筛选：纯化目的蛋白质，制备抗体， 通过抗原-抗体的特异性结合反应 抗体的特异性结合反应， 通过抗原 抗体的特异性结合反应，筛选表达文 库

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优化基因表达的条件：获得目的基因后， 优化基因表达的条件：获得目的基因后， 最重要的是优化基因的表达 选择最佳表达系统的标准是高纯度、 选择最佳表达系统的标准是高纯度、高活 高重复性、 性、高重复性、低成本 选择原核表达系统： 选择原核表达系统：基因表达与调控机理 相对明了简单，进行大量生产的成本比较 相对明了简单，进行大量生产的成本比较 产量高。 低、产量高。

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生产蛋白质药物 生产限制性内切酶 生产生物小分子 生产生物多聚体back

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生产蛋白质药物多肽： 多肽：细胞因子 单克隆抗体 重组疫苗 分子诊断试剂

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细胞因子(cytokine,CK):由细胞(免疫细胞、非免疫细胞)合成、分泌的具有生物 活性的低分子量蛋白质或多肽的统称。 interleukins,ILs , 白细胞介素 干扰素 肿瘤坏死因子 集落刺激因子 趋化因子 生长因子 interferon,IFN , tumor necrosis factor,TNF , colony- stimulating factor, , CSF chemokines growth factor,GF ,

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干扰素(interferon,IFN) , )1957年，英国Alick Isaacs和瑞士 年 英国 和瑞士Jean Lindenmann, 和瑞士 ， 在利用鸡胚绒毛尿囊膜研究流感干扰现象时发现， 在利用鸡胚绒

毛尿囊膜研究流感干扰现象时发现，病毒感 染的细胞能产生一种因子，后者作用于其他细胞， 染的细胞能产生一种因子，后者作用于其他细胞，干扰病 毒的复制 哺乳动物细胞在诱导物的诱导下产生的一种特异糖蛋白， 哺乳动物细胞在诱导物的诱导下产生的一种特异糖蛋白， 抗病毒、免疫调节、 抗病毒、免疫调节、抗增殖和诱导分化作用 抑制病毒在细胞内的增殖， 抑制病毒在细胞内的增殖，加强巨噬细胞的吞噬作用和对 癌细胞的杀伤作用， 癌细胞的杀伤作用，临床上用于肿瘤和许多病毒病的治疗 利用大肠杆菌系统 酵母系统成功地高效表达了干扰素 大肠杆菌系统和 利用大肠杆菌系统和酵母系统成功地高效表达了干扰素

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全球市场规模30亿美元，国内 亿美元 亿美元， 全球市场规模 亿美元，国内1亿美元， 亿美元 理论上，我国干扰素市场应有100亿~ 理论上，我国干扰素市场应有 亿 200亿元人民币；干扰素的销售量仅为国 亿元人民币； 亿元人民币 内理论需求量的1% 内理论需求量的 0.2ml/40ug/680元，6ml/40ug/660 元 长效干扰素产品——PEG化干扰素：血清 化干扰素： 长效干扰素产品 化干扰素 半衰期比普通干扰素制剂长三四倍， 半衰期比普通干扰素制剂长三四倍，对乙 肝的临床疗效更好，上市仅两三年， 肝的临床疗效更好，上市仅两三年，其销 售额即超过了5亿美元 亿美元。 售额即超过了 亿美元。

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白细胞介素(interleukin,IL) , )抗肿瘤和免疫调节：促进 细胞的生长、 抗肿瘤和免疫调节：促进T 细胞的生长、增 殖和分化，促进B细胞的生长和增殖 细胞的生长和增殖， 殖和分化，促进 细胞的生长和增殖，增强 杀伤性淋巴细胞的功能 临床上用于癌症的治疗 重组白细胞介素2和白细胞介素 和白细胞介素3已上市 重组白细胞介素 和白细胞介素 已上市

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集落刺激因子 colony stimulatingfactor,CSF , 促进体内白细胞的增殖， 促进体内白细胞的增殖，增强粒细胞的功 能，调控造血功能 临床用于治疗肿瘤病人放化疗后白细胞下 降等症状 目前已有产品上市，年产值达5.44亿美元 目前已有产品上市，年产值达 亿美元

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生长激素 growth hormone人生长激素可用于治疗侏儒症和促进伤 口愈合，动物生长激素加速家禽生长， 口愈合，动物生长激素加速家禽生长， 增加奶的产量 目前人和动物生长激素基因已在大肠杆 菌中得到成功表达， 菌中得到成功表达，在医学和畜牧业领 域取得了很好的应用效果 年产值达6.25亿美元 年产值达 亿美元

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胰岛素 insulin最早的基因工程蛋白药物 将编码胰岛素的A链 将编码胰岛素的 链、B链基因分别克隆到质 链基因分别克隆

到质 粒载体pIAI与pIBI上，pIAI翻译产物为 - 翻译产物为β- 粒载体 与 上 翻译产物为 半乳糖苷酶与胰岛素A链的融合蛋白 链的融合蛋白， 半乳糖苷酶与胰岛素 链的融合蛋白 ， pIBI 翻译产物是β-半乳糖苷酶与胰岛素B链的融 翻译产物是 -半乳糖苷酶与胰岛素 链的融 合蛋白。用溴化氰处理A、 链除去 链除去β- 合蛋白 。 用溴化氰处理 、B链除去 - 半乳 糖苷酶，然后用磺酸处理， 糖苷酶， 然后用磺酸处理 ，得到完整的胰岛 素 目前已有多种重组胰岛素上市。 目前已有多种重组胰岛素上市。back

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生产限制性内切酶在分子生物学的使用非常广泛， 在分子生物学的使用非常广泛，对于分子生 物学的突破性发展起了决定性的作用 现在商品化的限制性内切酶有400多种，通 多种， 现在商品化的限制性内切酶有 多种 过改造微生物， 过改造微生物，能大量生产各种各样的限制 性内切酶 微生物的改造从以下4个方面考虑 个方面考虑： 微生物的改造从以下 个方面考虑：生产所需 最适温度、最适pH、最适培养基组分、 最适温度、最适 、最适培养基组分、对氧 的需求back

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生产生物小分子维生素C(抗坏血酸)、靛蓝、氨基酸、 维生素 (抗坏血酸)、靛蓝、氨基酸、抗 )、靛蓝 生素 以前只能通过化学处理和发酵相结合来生产 通过生物技术改变微生物的代谢途径， 通过生物技术改变微生物的代谢途径，使微 生物产生新的酶活性，生产出新的代谢产物， 生物产生新的酶活性，生产出新的代谢产物， 简化生产步骤， 简化生产步骤，开发新的产品back

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生产生物多聚体生物多聚体即大分子， 生物多聚体即大分子，某些生物多聚体具有 独特的物理和化学性质， 独特的物理和化学性质，广泛地应用于食品 加工、 加工、制造和制药等工业 利用生物技术， 可从以下4个方面进行研究 利用生物技术 ， 可从以下 个方面进行研究 与开发设计新的生物多聚体 用生物多聚体替代人工合成的多聚体 修饰已有生物多聚体以提高其物理结构特性 提高产量降低成本

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黄原胶一种高分子外多糖， 一种高分子外多糖，革兰氏阴性嗜氧菌代谢副产物 物理化学性质非常像塑料， 物理化学性质非常像塑料 ， 在极端的物理化学环境 下非常稳定， 常用作稳定剂、 乳化剂、 加浓剂、 下非常稳定 ， 常用作稳定剂 、 乳化剂 、 加浓剂 、 悬 浮剂等 野生型菌有效利用葡萄糖、 蔗糖、 淀粉， 野生型菌有效利用葡萄糖 、 蔗糖 、 淀粉 ， 但不能利 用乳糖。 乳清是生产奶酪的废弃副产品， 用乳糖 。 乳清是生产奶酪的废弃副产品 ， 其中乳糖 含量达3.5-4%,含水量 含量达 ，含水

量94-95% 通过DNA重组技术 ， 在细菌中制造一个新的代谢途 重组技术， 通过 重组技术 利用乳清高水平地生产黄原胶。 径 ， 利用乳清高水平地生产黄原胶 。 开发新的生产 途径， 创造巨大经济效益的同时， 途径 ， 创造巨大经济效益的同时 ， 最大限度地减少 污染，创造良好的社会效益。 污染，创造良好的社会效益。

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生物合成黑色素 生物合成黑色素一大类吸收光的生物多聚体的总称， 一大类吸收光的生物多聚体的总称，有效吸 收紫外线 制造太阳伞， 制造太阳伞，用作塑料的阳光保护层与化妆 品的添加剂 动物、植物、真菌与细菌都能合成黑色素。 动物、植物、真菌与细菌都能合成黑色素。 传统的提取与化学合成的方法成本高、 传统的提取与化学合成的方法成本高、产量 低、价格昂贵 用生物技术可以改变这一难题， 用生物技术可以改变这一难题，同时在一定 程度上调节黑色素的性质

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生产 粘性生物多聚体 ： 一种强度极高而又 防水的足丝粘性蛋白 足丝粘性蛋白， 防水的足丝粘性蛋白， 在医学特别是牙医领 域应用广泛。 域应用广泛 。用生物技术改造微生物可以扩 大生产并降低成本 生产生物 可降解塑料 ： 塑料在发挥重大作 用的同时， 用的同时 ， 也由于它的不可降解对环境造成 巨大危害，因此， 巨大危害 ， 因此 ， 利用微生物生产生物可降 解塑料已成为世界塑料工业发展的潮流。 解塑料已成为世界塑料工业发展的潮流。back

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