加载中…谈谈你对工业微生物育种的看法
(2012-04-07 00:58:20)
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日本菌株培养基谷氨酸棒状杆菌筛选杂谈 |
工业微生物菌株选育在工业发酵中占有重要地位。用于工业生产的微生物菌种，最好具有以下特征：
1.在遗传上必须是稳定的。
2.易于产生许多营养细胞、孢子或其它繁殖体。
3.必须是纯种，不应带有其它杂菌及噬菌体。
4.种子的生长必须旺盛、迅速。
5.产生所需要的产物时间短。
6.比较容易分离纯化。
7.有自身保护机制，抵抗杂菌污染能力强。
8.能保持较长的良好经济能力。
9.菌株对诱变处理较敏感，从而提高产量潜力高。
10.。。。。。。
野生型菌株不可能具备这些优良特征，因此用于工业生产的菌株无一例外都是经过菌株选育的突变菌株。
现在对于一些比较成熟的实验室，相信都有了一批性状优良的高产菌株。但是对于一个新的产品，例如国内尚未有的工业化生产的如组氨酸等产品，大家是如何着手工作的呢？
例如组氨酸筛选，这涉及到几个问题：
一.宿主菌的问题
选择大肠杆菌或者谷氨酸棒状杆菌，前者基因操作方便，但是目前工业化生产都是使用的谷氨酸棒状杆菌（日本）。
二.先做诱变操作还是分子改造
诱变黑箱操作，对于得到高活性（解除反馈抑制，阻遏，提高底物利用率）酶有很大帮助。分子对于基因敲除相当精确。
三. 发酵培养基的选择问题
一个培养基对应一个菌。菌种经过一次次的改造，如何不让发酵培养基影响菌种的筛选。很多优势菌株往往由于培养基的选择不合适而被淘汰，非常可惜。
四.筛选的问题
对于某些品种，筛选不是问题，例如酶制剂产品，抗生素产品等，但是对于像氨基酸，有机酸之类的，如何能够在大量的菌群内挑出合适的菌株？
国际上流行的高通量筛选我不知国内有使用的没有，效果如何。
五. Genome shuffling
个人觉得这可能是一种比较有前途的筛选方式，推荐一下这篇文章
http://darkwing.uoregon.edu/~pph ... hang_nature2002.pdf
题目：Genome shuffling leads to rapid phenotypic improvement in bacteria
大家的看法呢？
后者就是定向诱变，需要高通量的筛选方法。
当然还有半理性设计，这个也是高通量的方法，自然最大的问题还是一个高通量的筛选方法。
目前，有基本的高通量平台，就看你怎么设计出一个符合自己需要的筛选方法来实现了。
1.在遗传上必须是稳定的。
2.易于产生许多营养细胞、孢子或其它繁殖体。
3.必须是纯种，不应带有其它杂菌及噬菌体。
4.种子的生长必须旺盛、迅速。
5.产生所需要的产物时间短。
6.比较容易分离纯化。
7.有自身保护机制，抵抗杂菌污染能力强。
8.能保持较长的良好经济能力。
9.菌株对诱变处理较敏感，从而提高产量潜力高。
10.。。。。。。
野生型菌株不可能具备这些优良特征，因此用于工业生产的菌株无一例外都是经过菌株选育的突变菌株。
现在对于一些比较成熟的实验室，相信都有了一批性状优良的高产菌株。但是对于一个新的产品，例如国内尚未有的工业化生产的如组氨酸等产品，大家是如何着手工作的呢？
例如组氨酸筛选，这涉及到几个问题：
一.宿主菌的问题
选择大肠杆菌或者谷氨酸棒状杆菌，前者基因操作方便，但是目前工业化生产都是使用的谷氨酸棒状杆菌（日本）。
二.先做诱变操作还是分子改造
诱变黑箱操作，对于得到高活性（解除反馈抑制，阻遏，提高底物利用率）酶有很大帮助。分子对于基因敲除相当精确。
三. 发酵培养基的选择问题
一个培养基对应一个菌。菌种经过一次次的改造，如何不让发酵培养基影响菌种的筛选。很多优势菌株往往由于培养基的选择不合适而被淘汰，非常可惜。
四.筛选的问题
对于某些品种，筛选不是问题，例如酶制剂产品，抗生素产品等，但是对于像氨基酸，有机酸之类的，如何能够在大量的菌群内挑出合适的菌株？
国际上流行的高通量筛选我不知国内有使用的没有，效果如何。
五. Genome shuffling
个人觉得这可能是一种比较有前途的筛选方式，推荐一下这篇文章
http://darkwing.uoregon.edu/~pph ... hang_nature2002.pdf
题目：Genome shuffling leads to rapid phenotypic improvement in bacteria
大家的看法呢？
这是小木虫我发的一个帖子，下面是部分回复：
1.
前者需要对目标产品主要的代谢通路，以及相关的代谢通路，比如能量方面，前提物代谢通路等有一个很好的了解，然后利用各种方法进行基因改造。这方面有时候遇到的更多的问题是专利保护的问题，尤其是你要应用到生产上。后者就是定向诱变，需要高通量的筛选方法。
当然还有半理性设计，这个也是高通量的方法，自然最大的问题还是一个高通量的筛选方法。
目前，有基本的高通量平台，就看你怎么设计出一个符合自己需要的筛选方法来实现了。
2.关键是建立一个很好的筛选模式。即产量正突变株与相关表型的关联
3.
问题1，与宿主菌代谢特点相关，如谷棒ppp途径较大肠活跃，适合生产组氨酸
问题2，诱变实验比较容易做，关键是找到一个合适的筛子，把目的突变筛选出来
问题3，根据生理及代谢特点，理性设计培养基。培养基中各种成分及其浓度都是有特定作用的；同时培养条件也很关键。不过对于同一种菌，通过不同的基因改造或诱变之后，可以使用同一种培养基进行对比发酵。
问题4，同2，对于诱变育种，筛子比诱变实验更关键
问题5，对于实际生产的应用价值不大
问题2，诱变实验比较容易做，关键是找到一个合适的筛子，把目的突变筛选出来
问题3，根据生理及代谢特点，理性设计培养基。培养基中各种成分及其浓度都是有特定作用的；同时培养条件也很关键。不过对于同一种菌，通过不同的基因改造或诱变之后，可以使用同一种培养基进行对比发酵。
问题4，同2，对于诱变育种，筛子比诱变实验更关键
问题5，对于实际生产的应用价值不大
4.
问题1： 一般新产品都是找原始的野生菌，只有想氨基酸或蛋白质这类直接跟由基因得来的分子最适合用分子手段（即基因工程菌）；
问题2： 诱变操作和分子改造一般不会在同一株菌上做。一般有诱变操作，如果基因和合成途径很清楚的分子会考虑做分子改造，但分子改造一般是把相关基因克隆出来，转到其他模式菌株上；
问题3：拿到原始菌株后，一般会先确定一组培养基配方，这个配方除了原料成本低外，还要考虑尽可能保证提取纯化成本低，然后再做诱变，在诱变筛菌的过程中，在产量提高的同时，一般会考虑微调配方，比如增加C和N源，避免营养不够的问题；
问题4： 对于没有合适的筛选标记的产品，表型是一个很有用的考量指标，很多菌株可以将单菌落的表性特征（比如形态，色素，大小，等等）与产品产量对应起来，这样可以通过观察单菌落排除掉一大批低产菌株，减少工作量；
问题5：所谓的genome shuffling，对我们而言只是简单的看做是原生质体融合，这个技术对于某些产品来说还是很有用的。
问题2： 诱变操作和分子改造一般不会在同一株菌上做。一般有诱变操作，如果基因和合成途径很清楚的分子会考虑做分子改造，但分子改造一般是把相关基因克隆出来，转到其他模式菌株上；
问题3：拿到原始菌株后，一般会先确定一组培养基配方，这个配方除了原料成本低外，还要考虑尽可能保证提取纯化成本低，然后再做诱变，在诱变筛菌的过程中，在产量提高的同时，一般会考虑微调配方，比如增加C和N源，避免营养不够的问题；
问题4： 对于没有合适的筛选标记的产品，表型是一个很有用的考量指标，很多菌株可以将单菌落的表性特征（比如形态，色素，大小，等等）与产品产量对应起来，这样可以通过观察单菌落排除掉一大批低产菌株，减少工作量；
问题5：所谓的genome shuffling，对我们而言只是简单的看做是原生质体融合，这个技术对于某些产品来说还是很有用的。
5.
对菌种的要求
生产力：能在廉价的培养基上迅速生长，所需的代谢产 物的产量高，其它代谢产物少
操作性：培养条件简单，发酵易控制，产品易分离
稳定性：抗噬菌体能力强，菌种纯粹，不易变异退化
安全性：是非病源菌，不产有害生物活性物质或毒素
生产力：能在廉价的培养基上迅速生长，所需的代谢产 物的产量高，其它代谢产物少
操作性：培养条件简单，发酵易控制，产品易分离
稳定性：抗噬菌体能力强，菌种纯粹，不易变异退化
安全性：是非病源菌，不产有害生物活性物质或毒素
6.
楼主开了个很好的话题啊，关于工业生产菌的改造一直存在争论。到底选择分子改造还是传统诱变选育一直都让人纠结。就国内而言，绝大多数的工业生产菌的选育都是采用传统的诱变加上一定的筛选策略，而分子改造基本上都是忽悠忽悠，实际上生产的聊聊可数。
而国外在工业生产菌的改造方面则取得了很大的突破，这和国内的科研体系不无关系。各大学校科研院所都是能忽悠就忽悠，而与企业的合作也往往由于企业的急于求成而半途而废，或者拿了个国家课题充充门面，根本就静不下心来做开发。企业内部的研发就更不用说了，国内有些企业传统选育的技术力量还是相当强大，但分子改造往往很难出成果，一方面与技术力量缺乏有关，另一方面则和公司的定位有关。
而国外在工业生产菌的改造方面则取得了很大的突破，这和国内的科研体系不无关系。各大学校科研院所都是能忽悠就忽悠，而与企业的合作也往往由于企业的急于求成而半途而废，或者拿了个国家课题充充门面，根本就静不下心来做开发。企业内部的研发就更不用说了，国内有些企业传统选育的技术力量还是相当强大，但分子改造往往很难出成果，一方面与技术力量缺乏有关，另一方面则和公司的定位有关。
7.基因工程育种的关键是确定改造基因（这是个负责的问题）和改造菌株遗传操作系统的完善；随机突变育种和genome
shuffling育种的关键是改良菌株筛选方法的效率
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