微生物發(fā)酵產(chǎn)酶

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1、第三章微生物發(fā)酵產(chǎn)酶第一節(jié)產(chǎn)酶微生物的發(fā)現(xiàn)及篩選3.1酶的來(lái)源與多樣性：80%以上的新酶來(lái)源于微生物，動(dòng)物與植物來(lái)源的只占8%和4%。微生物的多樣性與豐富的資源促成了酶的多樣性。篩選微生物及其酶仍是目前發(fā)現(xiàn)新酶的有效和主導(dǎo)的方法，特別是新酶發(fā)現(xiàn)的初期。獲取酶源的方式：（1）生產(chǎn)菌可從菌種保藏機(jī)構(gòu)和有關(guān)研究部門獲得菌種保藏機(jī)構(gòu)網(wǎng)址美國(guó)模式培養(yǎng)物保藏所（ATCC）www.atcc.org德國(guó)微生物和細(xì)胞生產(chǎn)收藏中心（DSMZ）www.gbt.cle/DSMZ中國(guó)微生物信息網(wǎng)sun.im.ac.cn微生物菌種數(shù)據(jù)網(wǎng)(M

2、SDN)www.bdt.org.br/bdt/msdn世界微生物數(shù)據(jù)中心(日本)wdcm.nig.ac.jp大腸桿菌遺傳收藏中心(CGSC)cgsc.biology.yale.edn/top.html（2）自然界是產(chǎn)酶菌種的主要來(lái)源要獲得生產(chǎn)某種酶的菌種可從富含該酶作用底物的場(chǎng)所去采集菌種樣品。3.2微生物產(chǎn)酶的優(yōu)點(diǎn)：種類多、酶種豐富，而且菌株容易誘變，菌種多樣；生長(zhǎng)繁殖快，容易提取酶，特別是胞外酶；培養(yǎng)基來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜；可以在線監(jiān)控酶發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化，經(jīng)濟(jì)效益高；可利用基因工程手段，選育菌種、

3、增加酶產(chǎn)量和開發(fā)新菌種。尋找酶要依據(jù)微生物的生境不同環(huán)境中的微生物具有與各自生理特征和代謝類型相對(duì)應(yīng)的獨(dú)特的酶；產(chǎn)酶微生物的發(fā)現(xiàn)通常包括分離和篩選兩個(gè)環(huán)節(jié)。分離是通過(guò)分離技術(shù)將目標(biāo)微生物從其生存的各種環(huán)境中分離出來(lái)；篩選是以性能為目標(biāo)確定合適的菌株。3.3微生物酶的篩選策略3.3.1常規(guī)酶篩選的一般策略依據(jù)酶促反應(yīng)過(guò)程和目標(biāo)產(chǎn)物確定所需要的酶；尋找具有這種催化活性的酶或微生物；1）從商品酶庫(kù)中篩選，如Sigma、NovoNordisk等，最快、最簡(jiǎn)單，但品種有限；2）從保藏微生物菌株中篩選，如CGMCC、ATCC、

4、UKNCC等，此外，可從一些公開的微生物數(shù)據(jù)庫(kù)查閱有關(guān)酶源信息，如MINE、MSDN、世界微生物數(shù)據(jù)中心等；3）自然界發(fā)現(xiàn)和篩選產(chǎn)酶微生物，注意采樣環(huán)境；4）從基因克隆庫(kù)中篩選。發(fā)酵周期短,產(chǎn)酶量高；微生物盡可能地利用便宜和方便的原料生產(chǎn)酶；所產(chǎn)酶最好具有比較高的專一性，沒有或很少有生產(chǎn)副產(chǎn)物的雜酶；所用微生物是不產(chǎn)生有害物質(zhì)的非致病性的安全微生物；微生物的遺傳穩(wěn)定性高。由非致病微生物制取的酶,需作短期毒性實(shí)驗(yàn)。非常見微生物制取的酶,需做廣泛的毒性實(shí)驗(yàn),包括慢性中毒實(shí)驗(yàn)。一般產(chǎn)酶微生物的篩選原則：建立有效和方便的篩

5、選分析方法；1）基于酶的特殊活性，如嗜熱；2）基于底物；3）借助液相色譜儀或氣相色譜分析；一般采用分級(jí)篩選。3.3.2從極端微生物中篩選酶的策略極端微生物是開拓商業(yè)化新酶的有效資源；培養(yǎng)極端微生物生產(chǎn)酶的時(shí)候要考慮微生物的特點(diǎn)，如多種超高溫嗜熱菌在培養(yǎng)基中有無(wú)機(jī)硫的時(shí)候，發(fā)酵會(huì)產(chǎn)生大量H2S，所以不能用一般的不銹鋼發(fā)酵罐；采用中間微生物宿主表達(dá)生產(chǎn)極端酶的時(shí)候，需要在類似極端微生物生長(zhǎng)的生境下才可以得到折疊成天然構(gòu)型的酶。極端微生物產(chǎn)培養(yǎng)基成分要接近生境。3.3.3不可培養(yǎng)微生物中酶的發(fā)現(xiàn)策略不可培養(yǎng)微生物是地球上

6、最大的尚未開發(fā)的自然資源；采用分子篩選，從元基因組中篩選酶基因，然后克隆，表達(dá)。從自然界發(fā)現(xiàn)產(chǎn)酶微生物一般按采樣、富集、分離與初復(fù)篩等幾個(gè)步驟；產(chǎn)酶微生物及酶的高通量篩選。單克隆菌落在平板上的固定、培養(yǎng)以及液體幾種的自動(dòng)化技術(shù)可以一周篩選1000以上各菌落。3.4微生物和酶的一般篩選方法自然選育自然環(huán)境或微生物自身代謝產(chǎn)生的誘變物質(zhì)；誘變選育1）營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株2）抗反饋?zhàn)瓒艉涂狗答佉种仆蛔冎?）組成型突變株，解除對(duì)誘導(dǎo)物的依賴4）抗性突變株，特別是抗噬菌體菌株3.5菌種選育第二節(jié)微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)一、優(yōu)良的產(chǎn)酶微

7、生物具備的條件：（1）酶的產(chǎn)量高；（2）產(chǎn)酶穩(wěn)定性好；（3）容易培養(yǎng)和管理；（4）利于酶的分離純化；（5）安全可靠、無(wú)毒性等。目前主要商品酶制劑及其來(lái)源纖維素酶木霉（主要是里氏木霉）、繩狀木霉右旋糖苷酶淡紫青霉、繩狀青霉、毛殼霉а-半乳糖苷酶葡萄色被孢霉、黑曲霉、米曲霉、假絲酵母、乳酸桿菌等芽孢桿菌β-葡聚糖酶黑曲霉、曲霉屬、枯草桿菌、青霉糖化酶黑曲霉、米曲霉、泡盛曲霉、根霉葡萄糖異構(gòu)酶米蘇里游動(dòng)放線菌、二球狀節(jié)桿菌、凝結(jié)芽孢桿菌、樹枝狀黃桿菌、橄欖色產(chǎn)色鏈霉菌、白色鏈霉菌、鼠灰色鏈霉菌、銹赤色鏈霉菌目前主要商品酶

8、制劑及其來(lái)源葡萄糖氧化酶黑曲霉、生機(jī)青霉、尼崎青霉半纖維素酶黑曲霉橙皮苷酶黑曲霉菊粉酶假絲酵母、曲霉屬脂肪酶黑曲霉、米曲霉、圓柱狀假絲酵母、根毛霉、無(wú)根毛霉、小球菌、類地青霉、胰臟、山羊舌腺等轉(zhuǎn)化酶啤酒酵母、糖化酵母溶菌酶雞卵清目前工業(yè)用主要酶的生產(chǎn)菌來(lái)源微生物類別菌名產(chǎn)生的酶用途所用菌號(hào)分離篩選來(lái)源細(xì)菌異型乳酸桿菌葡萄糖異構(gòu)酶由葡萄糖制果糖D-80,酸泡菜