次级代谢产物生产的技术问题

作者&投稿:俞侄 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
次级代谢产物发酵生产时为什么具有明显的生长期和生产期~

养分供应不同,要获取初级代谢产物就必须提供充足的养分,获得次级代谢产物养分不可太充足;得到产物使其不同,初级代谢产物产于对数期需要,不断取出高浓度的菌液使菌体出于对数生长期,获取次级代谢产物就要使菌体生长处于平台期。

次级代谢产物是指生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该生物无明显生理功能,或并非是该生物生长和繁殖所必需的物质,如抗生素、毒素、激素、色素等。虽然对自己无明显生理功能,但可以对周边生物起作用,如抗生素,可以杀死周围环境中的一些微生物,属于种间竞争,可以为自身的生存争取更大空间

木霉的次级代谢产物种类丰富,生物活性多样,在多个领域有开发应用价值,进行应用的前提条件之一就是能够大量获取目的产物,在这方面,研究与开发工作还存在如下问题:

(1)提取分离技术。由于木霉次级代谢产物在细胞或发酵液中的浓度较低,提取较困难,故进一步的工业化生产难度较大,青霉素从发现到规模化生产也经历了几十年的时间。木霉次级代谢产物的生产主要包括以下步骤:菌株活化、种子培养、发酵罐生产(或固体发酵生产)、菌丝或发酵液分离提取、纯化、鉴定、制剂制备等一系列工艺,一般来说,木霉的发酵技术比较成熟,提取技术就成为制约大量获得次级代谢产物的瓶颈。

(2)高效产次生代谢的菌株。天然的木霉菌株,产生次级代谢产物的量很少,即便改变发酵条件,也难以满足大量生产的需要,必须在充分了解目的代谢产物代谢途径及其调控机制的基础上,通过基因工程技术,构建高产菌株(Rubio et al.,2009)。通过基因调控,可改变木霉代谢产物的产量及功能,例如一种来自T.reesei的蛋白质swollenin,是重要的植物防御因子,在其控制基因中加入pki1 启动子,重新转入野生菌株后,该物质可过量表达,转化子在黄瓜根际定殖能力加强(Brotman et al.,2012)。通过UV诱变得到T.viride的突变株,可产生蒽醌类物质,当条件改变时,可以在培养基或菌丝中积累此种物质(Betina,1995)。

(3)特殊的发酵技术。木霉产生的次级代谢产物多数对真菌有抑菌活性,因此,这些代谢产物的生产不可避免地遇到了自毒性问题,代谢产物的累积一旦到了某个节点,就会抑制木霉自身的生长,因而不能进一步提高发酵水平。优化发酵条件可使产物的理论生产值得到提高,提高菌株对目标产物的抗性,能够在实际生产中提高发酵水平。近年来,有人研究木霉6PP的发酵工艺,采用了溶剂提取与发酵偶联的生产技术,在实验室中大大提高了6PP的产量,但在规模化生产中,还未见这种发酵技术的应用。

(4)仿生合成。具有生理活性的a-吡喃酮类化合物研究越来越多,有机合成技术的发展,进一步促进了a-吡喃酮类化学物质的制备技术的进步,探索高效、专一、无污染的人工合成方法,制造具有生物活性的a-吡喃酮药物分子,构建含有特殊官能团的a-吡喃酮分子衍生物,是未来a-吡喃酮化学发展的趋势(周庆发等,2010),在发酵制备技术不能满足生产需要时,化学合成技术有可能是解决木霉次级代谢产物大量制备的重要选择。例如,有人采用丙炔酸对末端炔烃进行耦合金催化,大幅提高了吡喃酮的产量(Stoppacher et al.,2010;Wickel et al.,2013),通过改变6PP的侧链构成,获得了抗菌能力更强的衍生物,也建立了合成工艺条件。

结语

木霉是土壤和根际生态系统中的习居菌,以能产生数量巨大、种类繁多的次级代谢产物著称,大量代谢产物集中在聚酮类、多肽类和萜烯类,环境因素对代谢产物的影响也变得越来越明显,尽管影响机理还不太清晰,但可以肯定的是,能够产生这些抗生性代谢产物的木霉具有更好的生物防治效果。次级代谢产物之间及其与真菌细胞壁裂解酶之间的协同作用也非常重要,在研究木霉菌制剂时,应综合考虑多种次级代谢产物的相互作用。尽管只有对少数木霉代谢产物的代谢途径及生物活性进行了相对完整的研究,但仍有大量的未知化合物、未知生物活性有待于进一步发现,这些工作的积累,将为次级代谢产物的应用研究提供丰富的资料,促进这类物质的商品化开发,进而实现工业化生产应用,为农业、医药及食品行业的发展提供理论和技术支撑。




次级代谢产物生产的技术问题
木霉次级代谢产物的生产主要包括以下步骤:菌株活化、种子培养、发酵罐生产(或固体发酵生产)、菌丝或发酵液分离提取、纯化、鉴定、制剂制备等一系列工艺,一般来说,木霉的发酵技术比较成熟,提取技术就成为制约大量获得次级代谢产物的瓶颈。(2)高效产次生代谢的菌株。天然的木霉菌株,产生次级代谢产物的...

哪几种微生物育种技术可提高微生物次级代谢产物的产量
突变和基因重组、代谢工程。1、突变和基因重组:突变和基因重组等互补技术的结合能够使许多初级和次级代谢物以及蛋白质生物制药和酶的产量显著提高。2、代谢工程:通过改变微生物遗传物质(DNA)的结构和表达,重新设计并构建具有优良性状的微生物新品种。

工业发酵为了获得更高的次生代谢产物,可采用哪些方法
1. 直接从植物中提取次生代谢产物。2. 通过化学合成模拟产生。3. 利用微生物(如细菌或真菌)进行发酵。4. 通过植物组织和细胞培养技术生产。5. 采用基因工程技术生产次生代谢产物。

如何从植物体中获得产生某种次级代谢产物的细胞系
你说的是类似发酵的情况吧,通过培养细胞而得到特定的次级代谢产物,比如植物碱等。植物已经能够产生一种产物的话就没有必要再做特定的细胞系了,毕竟通过种植的方法就可以大量廉价的得到产品,不过需要分离提纯的成本较高。而植物细胞不能像细菌之类的在培养基中无限制生长,只能挂壁生长,生长率远远比不...

生物技术三个发展阶段的技术特征。
【答案】:答案:1、传统生物技术的技术特征是酿造技术,所得产品的结构较为简单,属于微生物的初级代谢产物。2、近代生物技术阶段的技术特征是微生物发酵技术,所得产品的类型多,不但有菌体的初级代谢产物、次级代谢产物,还有生物转化和酶反应等产品,生产技术要求高、规模巨大,技术发展速度快。3、现...

微生物的代谢微生物代谢的人工控制
微生物的代谢过程是生物学中一个关键领域,人工控制这一过程已成为工业生产和科学研究的重要手段。首先,通过遗传工程的方法,科学家可以改造微生物的遗传特性,使其能够定向合成特定的代谢产物。例如,黄色短杆菌具有转化天冬氨酸为赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸的能力。赖氨酸在人类和动物体内是必需氨基酸,其在...

如何应用生物技术加快次生代谢物的生产
植物次生代谢产物在医药、食品、轻化工业等领域具有重要意义。规模化细胞培养是生产植物次生产物的理想途径 。需要解决的问题:1.悬浮培养系统必须适应植物细胞特性 2.植物细胞培养液的流变特性 3.植物细胞培养过程中的气体调节 4. 泡沫和表面粘附性 5. 剪切力对植物细胞的影响 ...

...的优化和代谢调控,从而实现代谢产物的大量生产
1,控制温度,它对微生物生长期很大作用 2,PH的调控 由于在生长过程中培养液会有PH的明显变化要控制好,看你得发酵种类 3,发酵过程中的溶氧(搅拌速度,发酵液粘度,温度也对溶氧影响)4 ,CO2和呼吸商(RQ)RQ=OUR(摄氧率)\/CER(co2释放率)5,基质浓度,通气搅拌还有泡沫的控制 实际操作的看你...

什么是次级代谢产物药用植物快速繁殖
次级代谢产物是指生物生长到一定阶段后通过次级代谢合成的分子结构十分复杂、对该生物无明显生理功能,或并非是该生物生长和繁殖所必需的小分子物质,如抗生素、毒素、激素、色素等。不同种类的生物所产生的次级代谢产物不相同,它们可能积累在细胞内,也可能排到外环境中。由于次级代谢产物大多具有生物活性,...

生物技术产业化--从实验室到工厂到产品图书目录
生物技术产业化是一个复杂而重要的过程,它将实验室中的科研成果转化为实际的工业生产。这个转变涉及诸多技术,从初级和次级代谢产物的提取开始。首先,提取技术是关键环节。在两相体系中,常见的方法有溶剂萃取,如酒精、酸等可以有效地分离和提取目标化合物。抗生素的提取就是通过反应萃取实现的。解离萃取则...

彰武县18485731399: 近代生物技术时期的特点有哪些? -
蒋骂辛芩:[答案] 主要特点有: ①产品类型多,不但有生物体的初级代谢产物(氨基酸、有机酸、酶制剂、多糖等),还有次级代谢产物(抗生素等)、生物转化(甾体化合物等的转化)、酶反应(如6-氨基青霉烷酸的酰化反应)等产品. ②生产技术要求高.主要表现...

彰武县18485731399: 怎样才能使培养的微生物大量产生如色素,抗生素等类型的次生代谢产物 -
蒋骂辛芩: 没什么太好的办法,只能通过诱变筛选产色素高或产抗菌素高的菌株.

彰武县18485731399: 如何从植物体中获得产生某种次级代谢产物的细胞系 -
蒋骂辛芩: 就是通过组培技术啊 利用细胞的大规模培养 通过体胚发生或者悬浮培养 获得大量的细胞 有用的次生代谢物会在细胞中积累 再从中提取次生代谢物

彰武县18485731399: 微生物次级代谢产物的合成始于哪个阶段? -
蒋骂辛芩: 不同的微生物次级代谢的合成阶段不同,一般在一些重要的中间代谢产物(包括一些初级代谢产物)合成后才能合成,比如丙酮酸.因为这些产物的合成是次级代谢产物的前体或必要的条件.

彰武县18485731399: 为什么初级代谢产物合成的酶专一性强,催化次级代谢产物合成的酶专一性不强 ? -
蒋骂辛芩: 1、相对来说:催化初级代谢产物合成的酶专一性强,催化次级代谢产物合成的某些酶专一性不强,因此在某种次级代谢产物合成的培养基中加入不同的前体物时,往往可以导致机体合成不同类型的次级代谢产物2、 另外,催化次级代谢产物合成的酶往往是一些诱导酶,它们是在菌体对数生长末期或稳定生长期里,由于某种中间代谢产物积累而诱导机体合成的一种能催化次级代谢产物合成的酶,这些酶通常因环境条件变化而不能合成.

彰武县18485731399: 微生物次级代谢物生物合成的原理 -
蒋骂辛芩: 利用初级代谢的产物合成的,一般与微生物的生长无关,次级代谢产物的类型:抗生素、毒素、激素、色素

彰武县18485731399: 对于微生物的生长那四个时期中(调整期、对数期、、、、),初级代谢产物和次级代谢产物产生的情况分别怎样?为什么? -
蒋骂辛芩:[答案] 一楼别误导人啊,初级代谢产物一般伴随着微生物整个生长过程,次级代谢产物稳定期开始产生

彰武县18485731399: 为什么说 次级代谢产物的生成是酶调节的结果 -
蒋骂辛芩: 次级代谢产物不同于初级代谢产物 它不是细胞生长所必须的物质 而且细胞根据外界环境信号作用于自身所产生的产物 这些信号在细胞内传导直到次级产物合成的一系列过程都是在酶的严密调节下的酶促反应 因此如问~

彰武县18485731399: 在细菌的群体生长曲线中,产声初级代谢产物和次级代谢产物的最佳时期分别是什么? -
蒋骂辛芩:[答案] 初级代谢产物是在调整期,次级代谢产物是在稳定期,多通过连续培养的方法来延长稳定期以获得大量次级代谢产物

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