第七章 酵母基因工程
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酵母基因工程综述姓名:张衡学号:060509215 班级:生工092酵母菌是一类群体庞大的单细胞真核微生物,种类繁多,至少包括 个属, 多种, 多菌株。
它有完整的亚细胞结构和严谨的基因表达调控机制,它既能通过有丝分裂进行无性繁殖,也可以通过减数分裂实现有性繁殖。
酵母菌作为单细胞真核生物,既具有细菌生长迅速、操作简单的特点,又具有真核细胞对翻译后蛋白的加工及修饰的能力,它是表达外源基因的理想宿主。
因此利用酵母基因工程成功的生产了人类、动物、植物或微生物来源的异源蛋白,在医药生物技术上发挥了重要作用。
一、酵母基因工程的发展现状和发展趋势酵母既具有原核生物生长快、遗传操作简单的特点,又有哺乳类细胞的翻译后加工和修饰功能,如二硫键的正确形成、糖基化作用等,用来生产来源于真核生物的生物活性蛋白有很多优点。
目前在酵母基因工程中发展和应用的较多的酵母有酿酒酵母、乳酸克鲁维酵母、巴斯德毕赤酵母等,其应用主要体现在两个方面,一是改造酵母本身用以提高发酵性能;二是利用酵母作为宿主表达异源蛋白。
、酿酒酵母自身的改造: 、将葡萄糖淀粉酶基因导入酿酒酵母; 、将外源的蛋白水解酶基因导入酿酒酵母; 、将β—葡聚糖酶基因导入酵母; 、将 硫酸化酶和腺苷酰硫酸激酶基因在酿酒酵母体内表达; 、将人血清清蛋白( )的基因转化到酿酒酵母。
、酵母表达异源蛋白: 、表达水平; 、表达质量。
对于酵母基因工程,在构建各种表达载体、建立新的表达系统方面取得了一系列进展。
在未来一段时间内,酵母基因工程的研究将逐步转移到完善现有的表达系统、解决存在的缺陷、扩大应用领域等方面。
对酵母自身的改造集中体现在如何通过转基因技术使酿酒酵母能利用纤维素和半纤维素等可再生物质来生产廉价的酒精,缓解能源紧张。
、解决酵母基因工程中还存在的缺陷; 、在人类基因组计划中的应用研究是一个重要的发展方向; 、利用酵母基因工程筛选更多的新药; 、改造酿酒酵母自身,降低生产酒精的成本; 、酵母的生理承受极限研究将引起人们的关注。
基因工程在酵母菌中的应用酵母菌是一种非常常见的单细胞真菌,被广泛应用在工业生产、基因工程、生物学研究等领域。
其中,基因工程在酵母菌中的应用越来越受到关注,因为它可以通过改变酵母菌的基因来产生更高效、更安全、更低成本的产品。
一、酵母菌的基因工程基因工程(Genetic Engineering)、也称基因修饰(Genetic Modification),是指人工干预生物基因的技术。
通过将外源基因从别的物种引入到酵母菌中,或者利用已有技术将酵母菌原有的基因进行修改,来达到目的。
以酿酒酵母为例,使用基因工程技术可以让酵母在发酵过程中增强种类芳香、味道、颜色等方面的特性,减少酒类生产中对添加剂的依赖。
此外,基因工程还可以增强酵母在生产生物质和生产酶等方面的能力,提高生产效益和质量。
二、基因工程在生物药品中的应用随着基因工程技术的发展,越来越多的药品开始使用酵母菌系统进行生产,因为酵母菌可以产生大量的复杂蛋白,在药品生产中发挥重要作用。
1. 重组蛋白重组蛋白是由酵母菌制造的人造蛋白质,它由通过DNA技术人工合成的基因进行控制。
重组蛋白可以用于治疗多种疾病,如肿瘤、结缔组织疾病、感染症等。
2. 抗生素一些抗生素是由酿酒酵母制造的,包括属于毒素类的青霉素、链霉素和司云生素等。
这些抗生素可以用于治疗许多细菌感染病,如耳炎、肺炎、中耳炎、胃肠炎等。
三、基因工程在生物燃料中的应用生物燃料是使用生物质或燃料酒精等生物产物,进行发电或其他能源生产的一种新型能源,基因工程在此方面的应用也十分广泛。
1. 生物酒精将酿酒酵母与一种名为琼脂糖的发酵物混合后,然后加入蔗糖,在发酵的过程中,酵母细胞可以将蔗糖转化成酒精。
用于生产生物酒精的酿酒酵母与市面上的酿酒酵母相比,有着更高的酒精浓度和收率,可以使得生产效益更高。
2. 生物柴油利用基因工程技术获得的淀粉酵母株,可以将淀粉直接转化成脂肪酸甲酯(生物柴油);利用酿酒酵母株,在发酵过程中将纤维素分解为糖分,再将糖分转化成脂肪酸甲酯,生产生物柴油。
酵母基因工程一酵母基因工程的发展现状1.酿酒酵母自身的改造(1)将葡萄糖淀粉酶基因导入酿酒酵母(2)将外源的蛋白水解酶基因导入酿酒酵母(3)将β—葡聚糖酶基因导入酵母(4)将ATP硫酸化酶和腺苷酰硫酸激酶基因在酿酒酵母体内表达(5)将人血清清蛋白(HAS)的基因转化到酿酒酵母2酵母表达异源蛋白(1)表达水平(2)表达质量2酵母基因工程的发展趋势(1)解决酵母基因工程中还存在的缺陷(2)在人类基因组计划中的应用研究是一个重要的发展方向(3)利用酵母基因工程筛选更多新药(4)改造酿酒酵母自身,降低生产酒精的成本(5)酵母的生理承受极限研究引起人们的关注3发展历程1.1974年rlarck—walker和Miklos发现在大多数酿酒酵母中存在质粒。
2.1978年Hmnen将来自一株酿酒酵母的leu 2基因导入另一株酿酒酵母,弥补了后者的Leu2缺陷,标志着酵母表达系统的建立。
3.1981年Hinnen等用酵母基因表达系统表达了人干扰素。
4.我国也在1983年首次用酵母菌表达了乙型肝炎病毒表面抗原基因。
5.1996年在全世界科学家的通力合作下,完成了第一个真核生物——酿酒酵母全基因组的测序。
二.酵母基因工程的优点1.安全无毒,不致病;2.有较清楚的遗传背景,容易进行遗传操作;3.容易进行载体DNA的导入。
DNA转化技术的不断发展优化,多数酵母菌可以取得较高的转化率;4.培养条件简单,容易进行高密度发酵;5. 能将外源基因表达产物分泌到培养基中;6.有类似高等真核生物的蛋白质翻译后的修饰功能三.酵母表达系统(1)酵母表达载体①载体的基本构架:大肠杆菌和酵母菌的“穿梭”质粒。
原核部分:大肠杆菌中复制的起点序列(ori)和抗生素抗性基因序列。
酵母部分:1酵母菌中维持复制的元件:2μ质粒复制起点;自主复制序列(ARS);整合型载体的整合介导区。
2营养缺陷型基因序列、抗生素抗性基因序列3基因启动子和终止子序列4信号肽序列②载体的复制形式附加型载体:在酵母染色体外自主复制1酿酒酵母2μ质粒的DNA的复制元件所构建的2酵母基因组DNA的自主复制序列ARS所构建的整合型载体:随同酵母染色体一起复制1含有与受体菌基因组有某种程度同源性的一段DNA序列,介导载体与宿主染色体之间发生同源重组。
酵母基因工程酵母基因工程一酵母基因工程的发展现状1.酿酒酵母自身的改造(1)将葡萄糖淀粉酶基因导入酿酒酵母(2)将外源的蛋白水解酶基因导入酿酒酵母(3)将β—葡聚糖酶基因导入酵母(4)将ATP硫酸化酶和腺苷酰硫酸激酶基因在酿酒酵母体内表达(5)将人血清清蛋白(HAS)的基因转化到酿酒酵母2酵母表达异源蛋白(1)表达水平(2)表达质量2酵母基因工程的发展趋势(1)解决酵母基因工程中还存在的缺陷(2)在人类基因组计划中的应用研究是一个重要的发展方向(3)利用酵母基因工程筛选更多新药(4)改造酿酒酵母自身,降低生产酒精的成本(5)酵母的生理承受极限研究引起人们的关注3发展历程1.1974年rlarck—walker和Miklos发现在大多数酿酒酵母中存在质粒。
2.1978年Hmnen将来自一株酿酒酵母的leu 2基因导入另一株酿酒酵母,弥补了后者的Leu2缺陷,标志着酵母表达系统的建立。
3.1981年Hinnen等用酵母基因表达系统表达了人干扰素。
4.我国也在1983年首次用酵母菌表达了乙型肝炎病毒表面抗原基因。
5.1996年在全世界科学家的通力合作下,完成了第一个真核生物——酿酒酵母全基因组的测序。
二.酵母基因工程的优点1.安全无毒,不致病;2.有较清楚的遗传背景,容易进行遗传操作;3.容易进行载体DNA的导入。
DNA转化技术的不断发展优化,多数酵母菌可以取得较高的转化率;4.培养条件简单,容易进行高密度发酵;5. 能将外源基因表达产物分泌到培养基中;6.有类似高等真核生物的蛋白质翻译后的修饰功能三.酵母表达系统(1)酵母表达载体①载体的基本构架:大肠杆菌和酵母菌的“穿梭”质粒。
原核部分:大肠杆菌中复制的起点序列(ori)和抗生素抗性基因序列。
酵母部分:1酵母菌中维持复制的元件:2μ质粒复制起点;自主复制序列(ARS);整合型载体的整合介导区。
2营养缺陷型基因序列、抗生素抗性基因序列3基因启动子和终止子序列4信号肽序列②载体的复制形式附加型载体:在酵母染色体外自主复制1酿酒酵母2μ质粒的DNA的复制元件所构建的2酵母基因组DNA的自主复制序列ARS所构建的整合型载体:随同酵母染色体一起复制1含有与受体菌基因组有某种程度同源性的一段DNA序列,介导载体与宿主染色体之间发生同源重组。