基因工程菌的稳定性(20201014084828)

枯草芽孢杆菌简介及应用

枯草芽孢杆菌简介及应用 枯草芽孢杆菌简介 枯草芽孢杆菌（Bacillaceae）编号为Strain Number ACCC 11060，是芽孢杆菌属的一种。单个细胞0.7～0.8×2～3微米，着色均匀。无荚膜，周生鞭毛，能运动。革兰氏阳性菌，芽孢0.6～0.9×1.0～1.5微米，椭圆到柱状，位于菌体中央或稍偏，芽孢形成后菌体不膨大。菌落表面粗糙不透明，污白色或微黄色，在液体培养基中生长时，常形成皱醭，需氧菌。可利用蛋白质、多种糖及淀粉，分解色氨酸形成吲哚[1]。早在1835 年，Ehrenberg 所描述的“Vibrio subtilis”即是现在大家熟悉的“枯草芽孢杆菌”，它是由Cohn 于1872 年正式命名的，现作为芽孢杆菌科(Bacillaceae) 的模式菌株，芽孢杆菌是人类发现最早的细菌之一。 枯草芽孢杆菌应用 枯草杆菌(B acillus Subtilis) 是一种重要的α-淀粉酶生产菌。同时枯草芽孢杆菌作为一种安全、高效、多功能和极具开发潜力的微生物菌种已广泛应用于工业、农业、医药、卫生、食品、畜牧业、水产及科研诸领域。随着经济的发展、科研水平的提高，枯草芽孢杆菌与人们的日常生活将更为密切，它也必将作为一种十分重要的工业微生物菌种越来越引起人们的普遍关注和青睐。 ①枯草芽孢杆菌在工业酶生产中的应用 工业酶的生产是工业微生物发酵的重要组成部分。枯草芽孢杆菌是当今工业酶生应用最广泛的菌种之一，据不完全统计，枯草芽孢杆菌所产的酶占整个酶市场的50 %。由于其产酶量高、种类多、安全性好和环保等优点，在现代工业生产中被广泛用作生产菌种，其发酵生产的酶已在食品、饲料、洗涤、纺织、皮革、造纸和医药等领域均发挥着十分重要的作用。 ②枯草芽孢杆菌在生物防治领域中的应用 枯草芽孢杆菌作为植物病害生防细菌之一，具有较强的防病作用美国迄今已有4 株枯草芽孢杆菌生防菌株获得环保局商品化或有限商品化生产应用许可，如美国AgraQuest公司用枯草芽孢杆菌QST713 菌株开发出活菌制剂杀菌剂SerenadeTM，并于2000 年通过美国环保局(EPA) 的登记，用于防治多种作物的白粉病、霜露病、疫病、灰霉病等病害。我国利用枯草芽孢杆菌防治植物病害的应用研究也达到了世界先进水

基因工程育种

基因工程育种 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

第2节基因工程及其应用 一、基因工程的原理 1．基因工程又叫做_____________或_____________。通俗地说，就是 _______________________________________________________________________________________ ________。 2．基因工程是在_____________上进行的_____________水平的设计施工，_____________、 _____________、_____________是基因工程最基本的工具。 3．基因的“剪刀”是指_____________，简称_____________。其作用特点是 _______________________________________________________________________________________ ________________。 4．基因的“针线”是指_____________。当用_____________切割两种来源不同的DNA后，露出的末端可以通过_____________黏合起来，但_____________和_____________交替连接而构成的DNA骨架上仍有缺口，该缺口就需要靠_____________来“缝合”。 5．基因的运载体是指_____________的运输工具。目前常用的运载体有_____________、 _____________和_____________等。必备条件：A、能在宿主细胞内稳定保存并大量复制B、有多个限制酶切点，以便与外源基因连接C、有标记基因，以便筛选 6. 质粒存在于细菌以及等生物中，是细胞拟核或细胞核外能够_____________的 _____________状DNA分子。 7．基因工程的操作步骤是：______ _______、 ______ _______、 ______ _______、 ______ _______、 1．科学家通过基因工程培育抗虫棉时，需要从苏云金芽孢杆菌中提取抗虫基因，“放入”棉花细胞中与棉花的 DNA分子结合起来并发挥作用。 请完成下列有关问题： (1)从苏云金芽孢杆菌中切割抗虫基因所用的工具是_____________，其特点是 _________________________________________________________________。 (2)苏云金芽孢杆菌一个DNA分子上有许多基因，获得抗虫基因的常用方法是“鸟枪法”。具体做法是：用_____________酶将苏云金芽孢杆菌的DNA分子切成许多片段，然后将这些片段与 _____________结合，再通过_____________转入不同的受体细胞，让它们在各个受体细胞中大量 _____________，从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法将含有目的基因的细胞分离出来。 (3)写出“转基因抗虫棉”抗害虫的遗传信息传递的过程：__________________________。 (4)进行基因操作一般要经过的四个步骤是_________ ____；______ _______； _______ ______；________ _____。

基因工程菌的大规模培养及高密度发酵技术

生物工程下游技术实验模块实验一：基因工程菌的大规模培养及高密度发酵技术 创建人：时间：2013-04-17 【点击数： 482】 实验一：基因工程菌的大规模培养及高密度发酵技术 1．实验目的 （1）掌握工程菌大规模培养及高密度发酵技术的原理。 （2）学习工程菌高密度发酵的技术方法。 2．实验原理 重组大肠杆菌的高密度培养是增加重组蛋白产率的最有效的方法，高密度发酵在增加菌密度的同时提高蛋白的表达量，从而有利于简化下游的纯化操作。重组大肠杆菌高密度培养受表达系统、培养基、培养方式、发酵条件控制等多种因素的影响，在实际操作中需要对各种因素进行优化，建立最佳的发酵工艺。发酵工艺优化的研究可通过每次改变一个因素或同时改变几个参数来进行，然后运用统计学分析寻找它们之间的相互作用。 工程菌提高分裂速度的基本条件是必须满足其生长所需的营养物质，因此，培养基成分和浓度的选择就成为首要解决的问题，在成分选择上，要尽量选取容易被工程菌利用的营养物质，例如，普通培养基中一般是以葡萄糖为碳源，而葡萄糖需经过氧化和磷酸化作用，生成1，3-二磷酸甘油醛，才能被微生物利用，即用甘油作为培养基的碳源可缩短工程菌的利用时间，增加分裂增殖的速度。目前，普遍采用6g/L的甘油作为高密度发酵培养基的碳源。另外，高密度发酵培养基中各组分的浓度也要比普通培养基高2～3倍，才能满足高密度发酵中工程菌对营养物质的需求。当然，培养基浓度也不可过高，因为过高会使渗透压增高，反而不利于工程菌的生长。 补料的流加方式直接影响着发酵的效果。分批补料培养的特点是，在培养过程中不断补充培养基，使菌体在较长时间里保持稳定的生长速率，从而达到高密度生长。但是在补料流加过程中既不能加入得过快，也不能加入得过慢。过慢则无法满足逐渐增加的菌体生长需要，同时也使培养过程中产生的抑制性副产物大量积累；而过快则使携带目的蛋白的质粒没有充裕的时间复制，降低目的蛋白的表达量；而且快速的细菌生长还易引发质粒的不稳定性。 高密度发酵是工程菌剧烈生长繁殖的过程，这期间对氧气的需求量也大大提高，这就需要及时调整通风量和搅拌速度，一般的高密度发酵通风速度达18L/min（20L发酵罐），搅拌速度达500r/min以上，需保持60%以上的溶氧饱和度。此外，还需要考虑通风速度和搅

基因工程菌发酵操作流程

基因工程菌发酵操作流程 1.检查发酵车间是否达到发酵要求(所以设备处于待用状态)。 2.通知蒸汽车间按时送符合要求蒸汽。 3.种子罐基础培养基的领料及定容配制。 4.种子罐的PH、DO电极的校正安装和补料口堵头更换。 5.种子罐进料，调PH。 6.种子罐基础培养基在位灭菌，同时灭移种管道上段。 7.种子罐冷却后可连接酸、碱、消泡剂补料瓶。 8.种子罐培养基温度、PH(需进一步校准)、罐压、消泡达到发酵条 件。通知菌种室准备菌种转接。 9.无菌操作将种子罐所需MgSO4、Amp转入菌种转换罐。 10.种子罐扩增培养发酵阶段需平稳控制罐压、PH、DO、温度、消泡。 11.大罐基础培养基领料及配制。 12.大罐PH、DO电极校正安装及补料口堵头的更换。 13.大罐进料、定容、调PH；碱罐碱液的配制。 14.大罐基础培养基在位灭菌，同时对移种管道、进料管道、补料管 道、碱罐及碱管道上段的灭菌。 15.大罐基础培养基温度降至发酵温度后再次校准PH、DO。连接补 料瓶调节至发酵条件。 16.无菌操作将大罐所需MgSO4、Amp转入菌种转换罐并转入种子罐。 17.利用压力差将种子罐里的种子液移接到大罐。 18.补碱时，将管道上阀门打开。程序设为自动，控制流量。

19.补料罐补料培养基的领料定容配制。 20.补料罐补料培养基在位灭菌，同时对管道上段灭菌。 21.补料时，将管道上阀门打开。程序设为自动，设置流量。 22.诱导剂领料，在配料罐中加水配制定容。 23.将诱导剂打入种子罐，灭菌后保持罐压。 24.利用压力差将种子罐里的诱导剂移接到大罐。 25.一段时间后，大罐的PH、DO呈上升形态即为发酵结束，可放罐 离心。

枯草芽孢杆菌的介绍

目录 第一章芽孢杆菌的简要介绍 (1) 第一节芽孢杆菌种类 (1) 第二节芽孢杆菌表达系统发展简史 (2) 第二章枯草芽孢杆菌的转化系统 (3) 第一种方法：电转化 (3) 第二种方法：Spizizen转化 (3) 第三种方法：原生质体法(Takashi) (4) 第四种方法：原生质体转化之二 (4) 第五种转化方法：质粒混合法（BGSC推荐） (5) 第三章芽孢杆菌表达系统发展简史 (6) 第一节芽孢杆菌表达系统的优点（相对于大肠杆菌） (7) 第二节芽孢杆菌的缺点 (7) 第三节助表达系统 (7) 第四节芽孢杆菌基因表达的主要特点 (7) 第四章枯草芽孢杆菌转录翻译系统 (8) 第一节：转录系统 (9) 第二节：翻译系统 (9) 第五章芽孢杆菌常用的宿主和载体 (10) 第六章芽孢杆菌表达系统应用实例 (11) 1 中国 (11) 2 日本 (12) 3 加拿大 (12) 第七章芽孢杆菌其他产品 (13) 第一节核苷类产品 (13) 第二节核黄素 (13) 第三节微生物制剂/益生菌 (13) 第八章结语 (14) 附录一. 芽孢杆菌的相关经典文章 (14) 附录二. 枯草芽孢杆菌相关数据库 (15) 致谢及参考文献 (15)

第一章芽孢杆菌的简要介绍 芽孢杆菌作为一个属，于1872年被首次提出，至今已有一百多年。目前人们对芽孢杆菌的研究几乎涉及到了革兰氏阳性可生孢细菌的各个领域。尤其是在感受态、芽孢形成及其调控、遗传操作、菌种改良、生物技术等领域进行了大量的工作。芽孢杆菌是一个泛泛的概念，而科学研究中应用最多的当属枯草芽孢杆菌，例如168菌株及其大量的衍生菌株。枯草杆菌的研究之所以领先于其他芽孢杆菌的种，主要是由于他的转化、转导方法较完善，以及大量的衍生菌株。 目前应用最多的芽孢杆菌属菌种有枯草芽孢杆菌、嗜碱芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌和耐碱的芽孢杆菌以及病原菌炭疽芽孢杆菌等12种。 第一节芽孢杆菌种类 目前，芽孢杆菌属很多菌株的全基因组序列已经报道，截至2011年10月，在KEGG 上公布全基因组序列的芽孢杆菌属菌种有： 简称菌种名称测序时间测序链接 bsu Bacillus subtilis1997RefSeq bss Bacillus subtilis subsp. spizizenii W232010RefSeq bst Bacillus subtilis subsp. spizizenii TU-B-102011 RefSeq bsn Bacillus subtilis BSn52011RefSeq bha Bacillus halodurans2000RefSeq ban Bacillus anthracis Ames2003RefSeq bar Bacillus anthracis Ames 05812004RefSeq bat Bacillus anthracis Sterne2004 RefSeq bah Bacillus anthracis CDC 6842009 RefSeq bai Bacillus anthracis A02482009 RefSeq bal Bacillus cereus biovar anthracis CI2010RefSeq bce Bacillus cereus ATCC 145792003RefSeq bca Bacillus cereus ATCC 109872004RefSeq bcz Bacillus cereus ZK2004RefSeq bcr Bacillus cereus AH1872008 RefSeq bcb Bacillus cereus B42642008 RefSeq bcu Bacillus cereus AH8202009 RefSeq bcg Bacillus cereus G9******* RefSeq bcq Bacillus cereus Q12009RefSeq

基因工程菌的发酵控制

基因工程菌的发酵控制 近年来，基因工程已开始由实验室走向工业生产，一些珍稀药物如胰岛素、干扰素、人生长激素等已先后面市，但从许多研究中发现，基因重组菌的培养与发酵有其自身的特点。从培养工程的角度应考虑诸如营养源浓度的控制（碳源、氮源等）、最适生长条件的控制等因素；从生物学上应考虑诸如质粒稳定性的控制、质粒拷贝数的控制、转录效率和翻译效率的提高及代谢产物向菌体外的分泌等主要因素。 1 、营养源浓度的控制 由于大多数基因重组菌不能把所需的基因产物分泌到胞外，而只能靠破碎细胞后提取，因此要获得基因产物，首先必须得到大量菌体。为此基因重组菌的发酵一般采用高浓度菌体培养的方法，如大肠杆菌培养时最高可达125g 干菌体/L 发酵液，酿酒酵母可达145g 干菌体/L 发酵液。但要得到高浓度菌体，必须要提供高浓度的营养物质，而营养源浓度过高，渗透压也就高，反过来又会抑制重组菌的生长。此外，许多基因重组菌常是维生素或氨基酸的营养缺陷型菌株，为维持菌体生长，也必须添加必需量的生长因子营养物。常采用在调节pH 的同时补加氨基酸混合液和葡萄糖的方法。使整个培养期间，葡萄糖和氨基酸的浓度几乎保持恒定，菌体持续以最高生长速度生长，得到高浓度菌体。 2 、质粒的不稳定性及其控制 在重组菌工业化生产过程中，质粒的不稳定性是一个极为重要而独特的问题。带有质粒的细胞生长较慢，生长速率与所带质粒的大小成反比。此外，高水平克隆基因产物的生成也会导致生长缓慢或生长异常（表达越高，生长越慢）。由于质粒的不稳定性，在繁殖传代过程中还会有一部分细胞部分甚至完全丢失质粒，导致所需产物的产量下降。 质粒不稳定包括分离性不稳定和结构性不稳定两种类型。前者是细胞分裂过程中质粒没有分配到子细胞中而导致整个质粒的丢失；后者是由于重组质粒DNA 发生缺失、插入或重排而引起的质粒结构变化。 为了在工业化生产时使质粒的丢失降低到最低程度，除了构建合适的重组菌外，还应对重组菌进行一系列发酵试验，选择最佳的发酵条件。 使质粒稳定的主要措施：首先是组建合适载体和选择适当宿主，关于这两项措施应在构建携带质粒工程菌时即应加以考虑。在发酵过程中可以： （1 ）、施加选择压力 利用某些生长条件，只让那些具有一定遗传特性的细胞才能够生长。在重组菌发酵时，常采取这种方法来消除重组质粒的不稳定性，以提高菌体纯度和发酵生产率。

基因工程育种技术

基因工程育种技术 基因工程又称重组DNA技术，是指将一种或多种生物的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物(受体)，使受体按人们的愿望表现出新的性状。 基因工程诞生于1972年，在其后几年中由于担心重组生物对环境安全的影响，基因工程技术的发展曾一度受挫。但随着人们对DNA重组所涉及的载体和受体系统进行有效的安全性改造，以及相应的DNA重组实验室设计和操作规范的建立，再加上重组DNA技术的巨大应用潜力的诱惑，重组DNA技术迅速发展，现在，基因工程已成为生物学实验室的一项常规技术，并广泛应用于医药、农业、食品、环保等许多领域。 第一节基因工程的基本过程和原理 基因工程最典型的操作如图6-1所示一般包括以下三个步骤： 1．外源DNA的获得与酶切； 2．外源DNA与经同样酶切的载体的连接； 3．连接产物转化受体细胞及阳性转化子的筛选；

分离D N A 酶切酶切 供体细胞 重组转化子 图6-1 基因工程的基本过程 由图6-1可见，基因工程操作过程需要以下基本材料：外源DNA(基因)、载体、DNA 体 外重组用的酶以及宿主细胞。 一、 载体 外源基因导入受体细胞一般都要借助于载体，基因工程中最常用的载体是质粒载体。图6-2所示pUC19就是最常用的载体之一。

图6-2 载体pUC19及其多克隆位点 载体一般含有以下几个基本元件： (一) 复制原点 载体在宿主细胞中要独立存在则应具有独立复制的能力，复制原点又称为复制起始位点(Origin，简称ori)，控制载体复制。不同生物的载体复制原点不同，同一种生物的不同载体拷贝数和稳定性有很大差别，这主要决定于载体的复制原点的性质。图6-2所示的pUC 系列载体的复制原点是pAM1的一个突变体，在合适的大肠杆菌宿主细胞中(如大肠杆菌JM109)其拷贝数可达500。整合型载体的复制原点被整合位点的同源序列替代。 (二) 筛选标记 一般是载体上的一段编码酶的基因，能赋予转化子新的性状，便于转化子的筛选。载体pUC19的筛选标记是β-内酰氨酶基因（常简写为bla或Amp r），能分解氨苄青霉素中的β-内酰氨环使其失活，因此在含氨苄青霉素的平板上，只有含质粒的转化子能生长而不含质粒的宿主细胞不能生长。抗药性是细菌载体中最常用的筛选标记，除氨苄青霉素抗性外，卡那霉素、氯霉素、四环素等抗性也常用作载体的标记。另一类常用的标记是营养缺陷型互补标记，在真核生物载体中更常用。 (三) 多克隆位点（multi cloning site, 简写为MCS）

(完整word版)目的基因到工程菌的构建

目的基因到工程菌的构建 1基因工程的诞生 1972年，美国斯坦福大学的学者首先在体外进行了DNA改造的研究，他们把SV40（一种猴病毒）的DNA分别切割，又将两者连接在一起，成功构建了第一个体外重组的人工DNA分子。1973年，Cohen等人首次在体外将重组的DNA分子导入大肠杆菌中，成功地进行了无性繁殖，从而完成了DNA体外重组和扩增的全过程。在这个的基础上，基因工程诞生了。 SV40病毒

第一个重组体的构建 1.1基因工程技术的三大理论基础 一是20世纪40年代Avery等人通过肺炎球菌的转化实验证明了生物的遗传物质是DNA，而且证明了通过DNA可以把一个细菌的性状转移给另一个细菌。二是20世纪50年代Watson和Crick发现了DNA分子的双螺旋结构及DNA的半保留复制机理。三是20世纪60年代关于遗传信 息中心法则的确立，即生物体中遗传信息是按DN A→RNA→蛋白质的方向

进行传递的。 1.2基因工程技术的三大技术基础 三大基本技术问题：一是如何从生物体庞大的双链DNA分子中将所需的基因片段切割下来；二是如何将切割下来的DNA片段进行繁殖扩增；三是如何将所获得的基因片段重新连接。20世纪70年代，由Smith等人发现的核酸限制性内切酶、DNA连接酶和可以作为基因工程载体的细菌质粒的发现，解决了上述三大问题。 1.2.1 限制性核酸内切酶 限制性内切酶不切割自身DNA是因为原核生物中不存在酶的识别序列或识别序列已经被修饰。 1.2.2 DNA连接酶 作用实质：将具有末端碱基互补的2个DNA片段连接在一起，形成重组DNA分子，其起作用时不需要模板。 1.2.3 基因工程的载体-质粒 基因载体的作用是运载目的基因进入宿主细胞，使之能得到复制和进行表达。也就是说，离开染色体的外源DNA不能复制，而而插入复制子DNA的外源DNA可作为复制子的一部分在受体菌中进行复制，这种复

第7章 基因工程菌大规模培养

第7章基因工程菌的培养 7.1 工程菌的稳定性 一、工程菌不稳定的表现 工程菌的不稳定实际上包括质粒的不稳定及其表达产物的不稳定两个方面。具体表现为：质粒的丢失、重组质粒发生DNA片段脱落和表达产物的不稳定。 二、引起工程菌不稳定的一些因素及对策 工程菌稳定与否，取决于质粒本身的分子组成、宿主细胞的生理和遗传特性及环境条件等三个方面 工程菌不稳定的因素：控制基因的过量表达，菌体的比生长速率，培养温度，培养基的组成 1、培养基的组成 质粒在丰富培养基比在低限培养基中更加不稳定。合成培养基往往有利于宿主细胞的生长，但不利于外源基因的表达。 2、培养温度 进行工程菌培养时必须探索其最佳培养温度。通常低温有利于重组质粒的稳定遗传。 3、菌体的比生长速率 如果宿主菌的比生长速率比工程菌的大，质粒将严重丢失，导致工业上倒罐；如果宿主菌的比生长速率比工程菌小，大量繁殖时因竟争性利用基质，宿主细胞将会受到抑制，对发酵影响不大。 4、控制基因的过量表达 外源基因表达水平越高，重组质粒就越不稳定。可以采用两阶段培养法，即在发酵前期控制外源基因不过量表达，使质粒稳定遗传，到后期通过提高质粒的拷贝数和转录、转译效率使外源基因高效表达。 控制外源基因过量表达的方法： 1)如构建含可诱导启动子的工程菌，这种工程菌发酵生产时，可选择培养条件使启动子受阻遏制一定时间， 在此期间质粒稳定遗传，然后通过去阻遏（诱导）使质粒高效表达； 2)采用温度敏感型质粒，温度较低时质粒拷贝数少，当温度升高到一定时质粒大量复制、拷贝数剧增。 7.2 高密度培养 为了大量获得基因工程产品，通常采用高密度培养技术，即提高菌体的发酵密度，最终提高产物的比生产率(单位体积单位时间内产物的产量)的一种培养技术，通常指分批补料发酵技术。这样不仅可减少培养体积、强化下游分离提取，还可缩短生产周期、减少设备投资，最终降低生产成本。 一、重组大肠杆菌的高密度培养 重组大肠杆菌高密度发酵成功的关键是补料策略，即根据工程菌的生长特点及产物的表达方式采取合理的营养流加方案。在重组大肠杆菌高密度发酵中，合理流加碳源降低“葡萄糖效应”是成功的关键。常见的流加技术有：恒速流加、变速流加、指数流加和反馈流加。 1、恒速流加 限制性基质以恒定流速流加进入发酵罐中供细胞生长和代谢用的一种培养技术。通常以补料前的耗糖速率作为流加补料速率。 特点： 1)相对于发酵罐中的菌体来说，营养物的浓度逐渐降低; 2)比生长速率也慢慢降低; 3)菌体密度呈线性增加。 2、变速流加 限制性基质以变速或梯度增加流速流加进入发酵罐中供细胞生长和代谢用的一种培养技术。 特点： 1)这样可以克服恒速流加中营养物的浓度逐渐降低的缺陷，菌体在较高密度下通过流加更多营养物 质来促进菌体的生长，并对产物的表达有利。 2)比生长速率不断改变。

枯草芽孢杆菌的介绍-第二版本

枯草芽孢杆菌的介绍 完成者：河岸hkfced（https://www.wendangku.net/doc/0f19070681.html,/hkfced）完成时间：2012-3-23 版本：第二版本

目录 第一章芽孢杆菌的简要介绍 (1) 第一节芽孢杆菌种类 (1) 第二节芽孢杆菌的表达系统发展简史 (2) 第二章枯草芽孢杆菌的转化系统 (3) 第一节：常见转化方法 (3) 1 化学转化法 (3) 2 电转化 (3) 3 原生质体转化 (3) 4 碱金属离子转化 (4) 5 质粒的其它转移方式 (4) 第二节：标准操作 (4) 第一种方法：电转化 (4) 第二种方法：Spizizen转化 (5) 第三种方法：原生质体法(Takashi) (5) 第四种方法：原生质体转化之二 (6) 第五种转化方法：质粒混合法（BGSC推荐） (7) 第三章芽孢杆菌的表达系统 (8) 第一节芽孢杆菌表达系统的优点（相对于大肠杆菌） (8) 第二节芽孢杆菌的缺点 (9) 第三节助表达系统 (9) 第四节芽孢杆菌基因表达的主要特点 (9) 第四章枯草芽孢杆菌的转录翻译系统 (9) 第一节：转录系统 (10) 第二节：翻译系统 (11) 第五章芽孢杆菌常用的宿主和载体 (12) 第六章芽孢杆菌应用实例 (13) 1 中国 (13) 2 日本 (13) 3 加拿大 (14) 第七章芽孢杆菌的产品 (14) 第一节核苷类产品 (14) 第二节核黄素 (14) 第三节微生物制剂/益生菌 (15) 第四节工业酶制剂 (15) 第八章结语 (15) 附录一. 芽孢杆菌的相关经典文章 (16) 附录二. 枯草芽孢杆菌相关数据库 (16) 致谢及参考文献 (17)

大肠杆菌基因工程菌常用类型

1、大肠杆菌DH5a菌株 DH5a是世界上最常用的基因工程菌株之一。由于DH5α是DNA酶缺陷型菌株，有利于基因克隆，保存质粒，但该菌株的蛋白酶没有缺陷，表达的蛋白容易被降解，因此通常不作为表达菌株。E.coli DH5a在使用pUC系列质粒载体转化时，可与载体编码的β-半乳糖苷酶氨基端实现α-互补。可用于蓝白斑筛选鉴别重组菌株。 基因型：F-，φ80dlacZΔM15，Δ(lacZYA-argF)U169，deoR，recA1，endA1，hsdR17(rk-，mk+)，phoA，supE44，λ-，thi-1，gyrA96，relA1 2、大肠杆菌BL21(DE3) 菌株 该菌株用于高效表达克隆于含有噬菌体T7启动子的表达载体（如pET系列）的基因。T7噬菌体RNA聚合酶位于λ噬菌体DE3区，该区整合于BL21的染色体上。该菌适合表达非毒性蛋白。 基因型：F-，ompT，hsdS（rBB-mB－），gal，dcm（DE3） 3、大肠杆菌BL21(DE3) pLysS菌株 该菌株含有质粒pLysS，因此具有氯霉素抗性。PLysS含有表达T7溶菌酶的基因，能够降低目的基因的背景表达水平，但不干扰目的蛋白的表达。该菌适合表达毒性蛋白和非毒性蛋白。 基因型：F-，ompThsdS（rBB-mB－），gal，dcm（DE3，pLysS，Camr 4、大肠杆菌JM109菌株 该菌株在使用pUC系列质粒载体进行DNA转化或用M13 phage载体进行转染时，由于载体DNA产生的LacZa多肽和JM09编码的LacZΔM15进行α-互补，从而显示β-半乳糖苷酶活性，由此很容易鉴别重组体菌株。 基因型：recA1，endA1，gyrA96，thi－1，hsdR17，supE44，relA1，Δ（lac－proAB）/F’[traD36，proAB+，lacIq，lacZΔM15] 5、大肠杆菌TOP10菌株 该菌株适用于高效的DNA克隆和质粒扩增，能保证高拷贝质粒的稳定遗传。 基因型：F- ，mcrAΔ(mrr-hsd RMS-mcrBC)，φ80 ，lacZΔM15，△lacⅩ74，recA1 ，araΔ139Δ(ara-leu)7697，galU，galK，rps，(Strr) endA1，nupG 6、大肠杆菌HB101菌株 该菌株遗传性能稳定，使用方便，适用于各种基因重组实验。 基因型：supE44，hsdS20（rB-mB－），recA13，ara－14，proA2，lacY1，galK2，rpsL20，xyl-5，mtl-1，leuB6，thi-1 7.XL10-Gold菌株：所制备的感受态细胞是目前转化效率最高的感受态细胞，缺失几乎所有已知的限制酶切系统；同时缺失核酸内切酶(endA)，提高了质粒DNA的产量和质量；重组酶缺陷型(recA)减少插入片段的同源重组概率，保证了插入DNA的稳定性，提高感受态转化效率及大质粒转化能力的宿主菌基因型。

基因工程菌大规模培养

第7章基因工程菌的培养 工程菌的稳定性 一、工程菌不稳定的表现 工程菌的不稳定实际上包括质粒的不稳定及其表达产物的不稳定两个方面。具体表现为：质粒的丢失、重组质粒发生DNA片段脱落和表达产物的不稳定。 二、引起工程菌不稳定的一些因素及对策 工程菌稳定与否，取决于质粒本身的分子组成、宿主细胞的生理和遗传特性及环境条件等三个方面 工程菌不稳定的因素：控制基因的过量表达，菌体的比生长速率，培养温度，培养基的组成 1、培养基的组成 质粒在丰富培养基比在低限培养基中更加不稳定。合成培养基往往有利于宿主细胞的生长，但不利于外源基因的表达。 2、培养温度 进行工程菌培养时必须探索其最佳培养温度。通常低温有利于重组质粒的稳定遗传。 3、菌体的比生长速率 如果宿主菌的比生长速率比工程菌的大，质粒将严重丢失，导致工业上倒罐；如果宿主菌的比生长速率比工程菌小，大量繁殖时因竟争性利用基质，宿主细胞将会受到抑制，对发酵影响不大。 4、控制基因的过量表达 外源基因表达水平越高，重组质粒就越不稳定。可以采用两阶段培养法，即在发酵前期控制外源基因不过量表达，使质粒稳定遗传，到后期通过提高质粒的拷贝数和转录、转译效率使外源基因高效表达。 控制外源基因过量表达的方法： 1)如构建含可诱导启动子的工程菌，这种工程菌发酵生产时，可选择培养条件使启动子受阻遏制一定时间， 在此期间质粒稳定遗传，然后通过去阻遏（诱导）使质粒高效表达； 2)采用温度敏感型质粒，温度较低时质粒拷贝数少，当温度升高到一定时质粒大量复制、拷贝数剧增。 高密度培养 为了大量获得基因工程产品，通常采用高密度培养技术，即提高菌体的发酵密度，最终提高产物的比生产率(单位体积单位时间内产物的产量)的一种培养技术，通常指分批补料发酵技术。这样不仅可减少培养体积、强化下游分离提取，还可缩短生产周期、减少设备投资，最终降低生产成本。 一、重组大肠杆菌的高密度培养 重组大肠杆菌高密度发酵成功的关键是补料策略，即根据工程菌的生长特点及产物的表达方式采取合理的营养流加方案。在重组大肠杆菌高密度发酵中，合理流加碳源降低“葡萄糖效应”是成功的关键。常见的流加技术有：恒速流加、变速流加、指数流加和反馈流加。 1、恒速流加 限制性基质以恒定流速流加进入发酵罐中供细胞生长和代谢用的一种培养技术。通常以补料前的耗糖速率作为流加补料速率。 特点： 1)相对于发酵罐中的菌体来说，营养物的浓度逐渐降低; 2)比生长速率也慢慢降低; 3)菌体密度呈线性增加。 2、变速流加 限制性基质以变速或梯度增加流速流加进入发酵罐中供细胞生长和代谢用的一种培养技术。 特点： 1)这样可以克服恒速流加中营养物的浓度逐渐降低的缺陷，菌体在较高密度下通过流加更多营养物 质来促进菌体的生长，并对产物的表达有利。 2)比生长速率不断改变。

芽孢杆菌感受态制作方法

目 录 声明： (1) 大肠杆菌感受态细胞的制备 (2) 一、CaCl2感受态细胞的制备 (3) 二、电转感受态细胞的制备 (4) 枯草芽孢杆菌感受态细胞的制备及转化 (14) 农杆菌感受态细胞的制备及转化 (17) 酵母感受态细胞的制备及转化 (18) 关于载体连接的讨论 (23)

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大肠杆菌感受态细胞的制备 体外连接的DNA重组分子导入合适的受体细胞才能大量增殖。野生型E.coli 并不容易转化，这是由于细菌产生一种酶能迅速降解进入的外源DNA。为了提高受体菌摄取外源DNA的能力，提高转化效率以获得更多的转化子，人们摸索出不同的方法处理细菌，经过多年的努力，科学家们发现了可以增加细胞吸收外源DNA 效率的方法，那就是用化学方法处理细胞，使其改变膜对DNA的通透性。这种经过理化方法诱导细胞，使其处于最适摄取和容纳外来DNA的生理状态，该细胞就称为感受态细胞，即细胞处于能摄入核酸分子时的生理状态。这种方法已经成为基因工程的常规技术，它对于我们利用体外DNA重组技术来了解真核和原核生物的基因功能特别重要。细菌的转化有两种类型：一种是自然转化（natural transformation），在自然转化中细菌可以自由地吸收DNA，通过它来进行遗传转化；另一种是工程转化（engineered transformation），在这种转化中，细菌发生改变使得它们能摄入并转化外源DNA。枯草杆菌中的转化属于自然转化，E.coli转化就属于工程转化。 对于E.coli，目前主要采用电转化法和CaCl2法将外源DNA导入受体细胞中，并需要相应地制备电转化感受态细胞和CaCl2感受态细胞。其中，电转化法是利用瞬间高压在细胞上打孔，因而需用冰冷的超纯水多次洗涤处于对数生长前期的细胞，以使细胞悬浮液中应含有尽量少的导电离子。其转化效率为109～1010转化子/μg DNA。而对于热激法，是利用冰冷的CaCl2处理对数生长期的细胞，可以诱导其产生短暂的“感受态”，易于摄取外源DNA。转化效率为106～107转化子/μg DNA。

基因工程菌的发酵

基因工程菌的发酵 近年来，重组DNA技术(基因工程)已开始由实验室走向工业生产，走向实用。它不仅为我们提供了一种极为有效的菌种改良技术和手段，也为攻克医学上的疑难杂症——癌、遗传病及艾滋病的深入研究和最后的治愈提供了可能；为农业的第三次革命提供了基础；为深入探索生命的奥秘提供了有力的手段。现在由工程菌产生的珍稀药物，如胰岛素、干扰素、人生长激素、乙肝表面抗原等等部已先后面市，基因工程不仅保证了这些药物的来源，而且可使成本大大下降。但是从许多研究中发现，工程菌在保存过程中及发酵生产过程中表现出不稳定性，因而工程菌不稳定性的解决已日益受到重视并成为基因工程这一高技术成就转化为生产力的关键之一。 第一节工程菌的来源和应用 一、何谓基因工程 基因工程（genetic engineering）是指在基因水平上，采用与工程设计十分类似的方法，根据人们的意愿，主要是在体外进行基因切割、拼接和重新组合，再转入生物体内，产生出人们所期望的产物，或创造出具有新的遗传特征的生物类型，并能使之稳定地遗传给后代。 基因工程的核心技术是DNA的重组技术。重组即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酶切割后与适当的载体连接起来形成重组DNA分子，然后在将重组DNA分子导入到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另外一种生物的某种性状。除DNA 重组技术外，基因工程还应包括基因的表达技术，基因的突变技术，基因的导入技术等。 基因工程一般分为4个步骤： 一是取得符合人们要求的DNA片段，这种DNA片段被称为“目的基因”；二是将目的基因与质粒或病毒DNA连接成重组DNA；三是把重组DNA引入某种细胞；四是把目的基因能表达的受体细胞挑选出来。DNA 分子很小，其直径只有20埃，约相当于五百万分之一厘米，在它们身上进行“手术”是非常困难的，因此基因工程实际上是一种“超级显微工程”，对DNA的切割、缝合与转运，必须有特殊的工具。要把目的基因从供体DNA长链中准确地剪切下来，可不是一件容易的事。1968年，沃纳·阿尔伯博士、丹尼尔·内森斯博士和汉密尔·史密斯博士第一次从大肠杆菌中提取出了限制性内切酶，它能够在DNA上寻找特定的“切点”，认准后将DNA分子的

发酵工程课程实验教学大纲(生物制药方向) (1)

《发酵工程》课程实验教学大纲（生物制药方向） 课程名称（中文）发酵工程 课程编号04118 课程性质独立设课课程属性专业课 教材及实验指导书名称《发酵工程实验》 学时学分：总学时60 总学分 3 实验学时36 实验学分 2 应开实验学期三年级四～五学期 适用专业制药工程 先修课程微生物学、生物化学、化工原理 一、课程简介及基本要求 发酵工程是整个生物工程的核心，是工业微生物实现实验室与工厂化生产的具体操作，是生物技术在生产实践中应用的原理及方法的一部分，是基因工程及酶工程等生物技术工业化的过程与方法。因此，通过对《发酵工程》的学习，不仅掌握发酵工程原理及发酵优化控制过程，而且对系统了解生物技术及其工业化应用都具有深远的意义。 通过《发酵工程》的学习，使学生进一步系统了解发酵工程从培养基配制到发酵罐生产，产品工程放大等一系列的操作原理及过程。 二、课程实验目的要求（100字左右） 发酵工程是一门实践性很强的工程学科，需要一定学时的实验教学实践，为今后从事相关工作打下良好的实践基础，通过《发酵工程》实验学习，不仅能够掌握发酵工艺操作的具体过程及反应过程控制方法，而且进一步了解目前发酵行业的具体产品生产工艺，对发酵生产能够进行指导与分析。 三、适用专业 制药工程（生物制药方向）。 四、主要仪器设备 操净工作台，摇床，7L和50L不锈钢通风发酵罐、离心机、生化培养箱 五、实验方式与基本要求 1．本课程以实验为主，为单独设课，所以开课后，任课教师需向学生讲清课程的性质、任务、要求、课程安排和进度、平时考核内容、期末考试办法、实验守则及实验室安全制度等。 2．该课以设计性实验为主，教材中只给出设计题目，实验前学生必须进行预习，设计报告经教师批阅后，方可进入实验室进行实验。 3．实验4人1组，在规定的时间内，由学生独立完成，出现问题，教师要引导学生独立分析、解决，不得包办代替。

2017届高中生物 专题1 基因工程 1.3 基因工程的基本操作程序——将目的基因导入受体细胞、目的

专题1 基因工程 1.3 基因工程的基本操作程序——将目的基因导 入受体细胞、目的基因的检测与鉴定 一、选择题 1．基因工程中科学家常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，主要原因是( ) A．结构简单，操作方便B．繁殖速度快 C．遗传物质含量少D．性状稳定，变异少 解析：本题考查基因工程的受体细胞。目的基因导入受体细胞后，随着受体细胞的繁殖而复制，由于细菌等微生物繁殖速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因，所以基因工程常用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞。解答这类题目应结合受体细胞的特点回答。 答案：B 2．目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测和鉴定才能知道。下列属于目的基因的检测的是( ) ①检测受体细胞是否含有目的基因②检测受体细胞是否有致病基因③检测目的基因是否转录出信使RNA ④检测目的基因是否翻译出蛋白质 A．①②③B．②③④ C．①③④D．①②④ 解析：本题考查目的基因检测的相关知识。目的基因的检测包括：检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因，方法是用DNA探针与基因组DNA杂交；检测目的基因是否转录出了信使RNA，方法是用基因探针与信使RNA杂交；最后检测目的基因是否翻译出了蛋白质，方法是进行抗原—抗体杂交。 答案：C 3．如图为某科研小组采用“基因靶向”技术先将小鼠的棕褐毛色基因导入黑色纯种小鼠的胚胎干细胞(ES细胞)中，再将改造后的胚胎干细胞移植回囊胚继续发育成小鼠的过程。据图分析不正确的是( ) A．该过程使用的工具酶是DNA连接酶以及限制性核酸内切酶 B．完成第Ⅱ步操作得到的由两个DNA切段连接成的产物，必定是载体与棕褐毛色基

杂交育种与基因工程育种

一、选择题（题型注释） 1．与杂交育种、单倍体育种等育种方法相比，尽管人工诱变育种具有很大的盲目性，但是该育种方法的独特之处是（） A.可以将不同品种的优良性状集中到一个品种上 B.按照人类的意愿定向改造生物 C.改变基因结构，创造前所未有的性状类型 D.能够明显缩短育种年限，后代性状稳定快 2．对下列有关育种方法原理的解释，正确的是( ) A.培育无子西瓜利用了单倍体育种的原理 B.杂交育种利用了染色体数目变异的原理 C.培养青霉素高产菌株过程中利用了基因突变的原理 D.“多利”羊的诞生利用了诱变育种的原理 3．下列有关育种的叙述正确的是( ) A.单倍体育种的原理是染色体结构的变异 B.人工诱变可培育出合成人生长激素的大肠杆菌 C.种子长成植株过程中会出现基因重组 D.青霉素高产菌株的育成原理为基因突变 4．下列各项措施中，能够产生新基因的是( ) A.高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦杂交 B.用秋水仙素处理二倍体西瓜得到四倍体 C.用花药离体培养小麦植株 D.用X射线处理获得青霉素高产菌株 5．“嫦娥1号”胜利奔月，神五神六胜利返回，这些航天技术的发展，为我国的生物育种创造了更多更好的机会，下列有关航天育种的说法正确的是（） A．航天育种可缩短育种周期 B．种子在宇宙辐射、微重力及弱地磁场等因素的诱导下发生基因突变 C．航天育种技术作为航天技术与农业育种技术相结合的一项创新性研究成果，是快速培育农作物优良新品种的重要途径之一 D．“太空种子”都能培育出高产、优质、高效的新品种 6．下列有关育种的说法，正确的是（） A．通过杂交育种可获得农作物新品种 B．诱变育种只适用于对微生物菌株的选育 C．无子番茄通常是用多倍体育种方式获得 D．通过基因工程育种可获得抗逆性强的新品种 7．下列实例与所利用的育种方法中，连线不正确的是（） Ａ．中国荷斯坦牛——杂交育种 B．三倍体无子西瓜——单倍体育种C．“黑农五号”大豆——诱变育种 D．抗虫棉花——基因工程育种 8．有两种柑橘，一种果实大但含糖量不高，另一种果实小但含糖量较高，如果想要培育果实大且含糖量高的品种，比较科学有效的方法() A．单倍体育种B．人工诱变育种 C．杂交育种D．多倍体育种 9．既要提高农作物的变异频率，又要使后代变异性状较快稳定，可采用（）

基因工程与转基因生物

基因工程与转基因生物 一、知识提要 1、基因工程 2、基因工程的基本过程 3、转基因技术的应用 4、转基因生物产品的安全性 二、基础训练 1、基因工程：是指依据预先设计的蓝图，用将某种生物的，接合到另一种生物的，使后者获得新的，产生出人类所需要的产物，或创造出新的生物类型的现代生物技术。 2、基因工程的操作工具： 1）基因的“剪刀”—— ①分布：主要在微生物中。 ②特点：，即识别特定核苷酸序列，切割其中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的键。 ③结果：DNA片段末端带有数个碱基的单链“尾巴”。 ④举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别GAA TTC序列，并在G和A之间切开。 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将DNA分子切断。目前已发现的限制酶有500多种。 2）基因的“针线”—— 连接酶的作用：根据的原则将两个DNA片段末端带有数个碱基的单链“尾巴”连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。 3）基因的“运输车”—— 常用的运载体：。 存在于许多细菌及酵母菌等生物中； 在细胞内是独立拟核DNA外能自主复制的（形态）DNA分子； 能装载外源基因并被细菌等生物所接纳。 3、基因操作的基本步骤 1）（方法主要有和） 目的基因：人们为了得到其表达产物而把它转入到新的生物体中去的基因。例：人的生长激素基因。 2） 切取目的基因与质粒的限制酶要相同，然后在酶的作用下，目的基因与质粒在连接酶的作用下形成分子——含目的基因的重组质粒。 1）将导入受体细胞 受体细胞：能接纳重组ＤＮＡ分子的活细胞。例：细菌。 2）筛选含目的基因的受体细胞 重组ＤＮＡ分子成功导入受体细胞的概率极低，一般在左右。 4、转基因技术的应用：微生物基因工程、动物基因工程、植物基因工程。 5、转基因生物产品的安全性：需要较长时间的观察，才能得到明确的结论。 6、限制性核酸内切酶能识别DNA分子的某种特定核苷酸序列，并能切断其中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的键，这种特性属于（） A．专一性B．高效性C．多样性D．稳定性 7、水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中有三种氨基酸构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记。在转基因技术中，这种蛋白质的作用是（） A．促使目的基因导入宿主细胞中B．促使目的基因在宿主细胞中复制 C．使目的基因容易被检测出来D．使目的基因容易成功表达 8、下图是某DNA片段，有关该图的叙述中，不正确的是（） A．②③④可形成DNA的基本组成单位 B．某限制性内切酶可选择⑤作为切点