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L-赖氨酸产生菌选育及其发酵条件的调控的开题报告开题报告一、研究背景和意义L-赖氨酸是一种重要的氨基酸，广泛应用于食品、医药、化学等各个领域，具有很高的市场价值。
目前L-赖氨酸的生产主要通过微生物发酵的方式实现。
目前L-赖氨酸生产中广泛应用的微生物有大肠杆菌、窄带放线菌、蛇床子菌等。
然而，传统的强制繁殖高产菌株的方式需要耗费大量的时间和成本。
因此，通过产生L-赖氨酸的微生物菌株的选育和发酵条件的调控就显得非常重要。
二、研究现状目前在微生物对L-赖氨酸的生产方面，研究主要在以下几个方面：1. 产生L-赖氨酸的微生物的筛选和选育。
2. 优化L-赖氨酸的发酵过程，包括发酵温度、发酵时间、pH值等。
3. 利用基因工程手段和代谢工程手段提高微生物对L-赖氨酸的产生能力。
4. 利用发酵废弃物等廉价原料降低L-赖氨酸生产的成本。
三、研究内容和研究方法1. 产生L-赖氨酸的微生物的筛选和选育。
本研究将对已有的L-赖氨酸产生微生物进行筛选和选育，选育出高效率、稳定性好的L-赖氨酸菌株。
筛选和选育方法主要包括：对菌株的形态、生长速度等进行观测和比较，筛选具有产生L-赖氨酸能力的菌株；通过逐步筛选，获取高产L-赖氨酸的菌株，并对该菌株进行基因检测和筛选。
2. 优化L-赖氨酸的发酵过程，包括发酵温度、发酵时间、pH值等。
本研究将对高效的L-赖氨酸菌株进行优化发酵条件，包括发酵介质的制备、发酵温度、发酵时间、pH值等。
优化发酵条件可通过响应面法等统计方法确定影响L-赖氨酸高产的因素，以实现L-赖氨酸生产的高效率和高生产量。
3. 利用基因工程手段和代谢工程手段提高微生物对L-赖氨酸的产生能力。
本研究将结合基因工程与代谢工程手段，对高效产生L-赖氨酸的微生物进行基因工程和代谢工程改良，增强其产生L-赖氨酸的能力和稳定性。
4. 利用发酵废弃物等廉价原料降低L-赖氨酸生产的成本。
本研究将探讨通过利用发酵废弃物等廉价原料来降低L-赖氨酸生产的成本。
赖氨酸高产菌株的选育摘要：赖氨酸作为一种重要的饲料用氨基酸，需求量一直在不断增长。
传统的赖氨酸生产菌株都是多年来是经过多轮随机突变和筛选得到，而近年来随着基因重组技术的发展及对生物代谢过程的了解，人们已经能够通过基因重组技术，改变代谢途径，提高赖氨酸产量。
目前有不少成功将野生菌株改造为高产菌株的案例，他们都可以作为合理设计代谢途径并结合各种组学进行微生物代谢途径改造的基础。
本文主要描述通过代谢途径改造并结合高通量筛选技术，快速得到赖氨酸高产菌株的方法。
关键词：赖氨酸，菌种选育，基因改造，高通量筛选 Breeding of high-yielding lysine producersAbstract:L-lysine as an important amino acid for livestock has been increasing in demand, all traditional lysine producers have been created over many years by multiple rounds of random mutagenesis and selection. In recent decades, the development of recombinant DNA techniques and increased understanding of the biochemistry of metabolic reactions has enabled the identification of genetic targets for improved lysine production,and the successful optimization of a wild-type strain into a high-producing cell factory may serve as foundation to combine rational design of metabolic blueprints with targeted genetic engineering and integrated omics analysis for engineering microbial metabolism. Here, we describe the development of a genetically defined process of L-lysine hyperproducing by systems metabolic engineering of the wildtype and the method combining with high throughput screening (HTS) permits the efficient and rapid cloning of rarely transcribed differentially expressed genes. The experimental strategy virtually excludes the possibility of isolating false positive clones.Keywords: Lysine, Strain optimization, Genetic modification, High throughput screeningL-赖氨酸作为人体和动物所必需的氨基酸之一，被广泛用于饲料、添加剂、食品强化剂和医药产品等方面。
高产菌株选育方法
高产菌株的选育方法主要包括自然选育法、基因诱变法、杂交育种法等。
1.自然选育法：利用自然环境中的微生物资源，通过自然进化选择出具有
优良性状的菌株。
这种方法虽然简单易行，但效率较低。
2.基因诱变法：通过物理、化学或生物等方法处理微生物，使其基因发生
突变，然后从中选择具有优良性状的突变株。
这种方法具有高效、快速的特点，但突变的不定向性（而非定位性）使得通常需要处理大量材
料。
3.杂交育种法：通过将两个或多个菌株进行杂交，然后从中选择具有优良
性状的杂交后代。
这种方法的关键在于找到合适的杂交亲本和杂交方
式。
此外，随着生物技术的不断发展，基因工程等新技术也被广泛应用于高产菌株的选育中。
例如，可以通过基因敲除、基因插入、基因修饰等技术对微生物的基因进行改造，以获得具有优良性状的高产菌株。
以上内容仅供参考，建议查阅专业书籍或论文获取更准确的信息。
赖氨酸生产工艺赖氨酸是一种重要的氨基酸，广泛应用于食品工业、医药保健领域等。
赖氨酸的生产工艺主要包括微生物发酵、化学合成等多种方法。
微生物发酵是目前赖氨酸生产的主要方法之一。
常用的微生物有大肠杆菌、突变菌株等。
具体的工艺流程如下：首先，选用合适的菌株进行培养。
一般选择高产赖氨酸的突变菌株进行培养。
培养基的配方需要考虑到菌株的营养需求，包括碳源、氮源、无机盐和其他辅助物质等。
其次，进行发酵过程。
首先是预培养过程，将菌株接入预培养基中，使其处于良好的生长状态。
然后将菌液接入发酵罐中，添加适量的培养基，调节发酵条件，包括温度、pH值、搅拌速度、通气量等，以促进菌株的生长和赖氨酸的积累。
最后，提取纯化赖氨酸。
发酵液经过采集后，要进行分离赖氨酸。
一般采用醇沉淀、离子交换层析、凝胶过滤等方法进行赖氨酸的提取和纯化。
最终得到的纯赖氨酸可以进行干燥和制粒，以便储存和应用。
化学合成法是另一种赖氨酸的生产方法。
这种方法通过化学反应合成赖氨酸。
具体的工艺流程如下：首先，准备原料。
化学合成赖氨酸的原料主要有丙酮、甲醛、甲酸，还包括氨、二氧化碳等。
其次，进行反应。
将原料进行适当的配比，加入催化剂和溶剂，进行反应。
反应条件也需要控制，如温度、压力、反应时间等。
反应产物中包含赖氨酸和其他物质，需要进行后续的分离和纯化。
最后，提取纯化赖氨酸。
反应混合物通过适当的分离和纯化方法，如结晶、溶剂萃取、过滤等进行赖氨酸的提取和纯化。
最终得到的纯赖氨酸可以进行干燥和制粒，以便储存和应用。
以上是赖氨酸生产的两种主要工艺，根据具体的要求和条件选择合适的方法进行生产。
随着科技的发展，新的生产工艺和方法也在不断的研究和开发中，为赖氨酸的生产提供更多选择和可能性。
赖氨酸生产工艺流程
赖氨酸是一种重要的生物活性物质，广泛应用于医药、食品、化工等领域。
下面介绍赖氨酸的生产工艺流程。
赖氨酸的生产一般通过微生物发酵的方式进行，主要使用大肠杆菌和突变株进行生产。
首先，选取高产菌株进行培养，如大肠杆菌，通过体内培养或者体外培养的方式得到大量细胞。
接下来，将培养得到的菌液进行初步处理和净化。
首先，将菌液经过压滤、离心等手段将细胞与培养基分离开。
然后，用缓冲液洗涤菌体，去除一部分菌体中的细胞外的可溶菌体，以减少后续步骤中的废物和杂质。
然后，通过加热、酸化等处理方式，将细胞破碎，使得赖氨酸释放出来，形成菌液中的游离赖氨酸。
接下来，将菌液进行浓缩和沉淀，使用膜过滤等技术将水分和其他溶质去除，使得赖氨酸浓度增加。
随后，对浓缩的菌液进行纯化处理。
一般采用离子交换层析、凝胶过滤等技术，将杂质和其他成分从赖氨酸中分离出来，得到相对纯净的赖氨酸。
最后，通过浓缩、晶体化、洗涤和干燥等步骤，得到形状规整的赖氨酸晶体。
晶体化的目的是提高赖氨酸的纯度和稳定性，
便于后续的包装和使用。
总的来说，赖氨酸的生产工艺流程主要包括菌液培养、初步处理和净化、细胞破碎、菌液浓缩和沉淀、纯化处理、晶体化等步骤。
在每个步骤中，都需要严格控制温度、压力、pH值等参数，以保证赖氨酸的产量和质量。
同时，还需要注意废物处理和安全生产等问题，以确保生产环节的安全和可持续发展。
赖氨酸高产菌株的选育摘要：赖氨酸作为一种重要的饲料用氨基酸，需求量一直在不断增长。
传统的赖氨酸生产菌株都是多年来是经过多轮随机突变和筛选得到，而近年来随着基因重组技术的发展及对生物代谢过程的了解，人们已经能够通过基因重组技术，改变代谢途径，提高赖氨酸产量。
目前有不少成功将野生菌株改造为高产菌株的案例，他们都可以作为合理设计代谢途径并结合各种组学进行微生物代谢途径改造的基础。
本文主要描述通过代谢途径改造并结合高通量筛选技术，快速得到赖氨酸高产菌株的方法。
关键词：赖氨酸，菌种选育，基因改造，高通量筛选 Breeding of high-yielding lysine producersAbstract:L-lysine as an important amino acid for livestock has been increasing in demand, all traditional lysine producers have been created over many years by multiple rounds of random mutagenesis and selection. In recent decades, the development of recombinant DNA techniques and increased understanding of the biochemistry of metabolic reactions has enabled the identification of genetic targets for improved lysine production,and the successful optimization of a wild-type strain into a high-producing cell factory may serve as foundation to combine rational design of metabolic blueprints with targeted genetic engineering and integrated omics analysis for engineering microbial metabolism. Here, we describe the development of a genetically defined process of L-lysine hyperproducing by systems metabolic engineering of the wildtype and the method combining with high throughput screening (HTS) permits the efficient and rapid cloning of rarely transcribed differentially expressed genes. The experimental strategy virtually excludes the possibility of isolating false positive clones.Keywords: Lysine, Strain optimization, Genetic modification, High throughput screeningL-赖氨酸作为人体和动物所必需的氨基酸之一，被广泛用于饲料、添加剂、食品强化剂和医药产品等方面。
随着L-赖氨酸的需求量急剧增加，L-赖氨酸的生产开发需要进一步的研究，而选育出优良菌种是其技术的关键。
一个合适的赖氨酸高产菌株应该具备以下几点：能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，生成的目的产物产量高、易于回收；生长速度和反应速度较快，发酵周期较短；培养条件易于控制；抗噬菌体及杂菌污染的能力强；菌种不易变异退化；对放大设备的适应性强；菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒素。
在菌种选育中，若采用传统的诱变育种或杂交育种[1,2]，由于基因突变为随机突变，必将消耗大量的人力物力进行筛选；原生质体融合技术可以使一些未发现有转化、转导和结合等现象的原核生物之间，以及微生物不同种、属、科甚至更远缘的微生物细胞进行融合，得到新物种。
但是原生质体融合难度较大，并非每次都能够成功[3]。
目前菌种选择的总趋势是由自然选育向代谢控制育种，诱发基因突变向基因重组的定向育种转变。
基因工程育种包括所有的利用DNA重组技术将外源基因导入到微生物细胞，使后者获得某些优良性状或利用后者作为表达场所来生产目的产物。
由于大肠杆菌是单细胞，结构简单，生长速度快，培养简单，遗传背景清楚等优点，所以比较容易进行基因工程改造。
1、菌种改造由于细胞内的代谢不是一个孤立的过程，而是一个相互联系的网络，网络之间会相互制约，因此目前在对菌株进行基因改造时，往往不是仅仅对某个基因进行单独的改造，而是对目的产物形成过程中一系列相关基因进行改造。
如基因的过量表达、提高基因表达产物的活性、降低基因拷贝数、降低基因表达产物的活性等等措施。
增加细胞膜的通透性、增强目的产物向胞外的运输、降低支路代谢的代谢流、弱化关键酶对终产物反馈抑制的敏感度等都有助于目的产物的积累。
因此为了提高赖氨酸产量，增加工程菌菌株的稳定性，一般要做到以下几点中的一点或几点。
1.1过量表达赖氨酸合成相关基因菌株细胞内过量表达赖氨酸合成相关酶基因，可以增加赖氨酸合成代谢流，直接增加赖氨酸的积累。
菌株过量表达的基因：dapA基因（二氢吡啶二羧酸合酶基因）、dapB基因（二氢吡啶二羧酸还原酶基因）、dapE基因（琥珀酰二氨基庚二酸脱琥珀酰化酶基因）、lysC基因（天冬氨酸激酶基因）、lysE基因（赖氨酸输送蛋白基因）、pyc基因（丙酮酸羧化酶基因）、gap基因（甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因）基因中的一个或多个。
通过增加pyc基因和lysE基因的拷贝数和改变dapA基因的启动子来实现基因的超量表达[4-7]。
同时资料还显示：对于给定的pyc基因，dapA、dapB及lysC基因同时也过量表达对赖氨酸生产格外有利[4]。
1.2降低支路代谢流过量表达赖氨酸合成途径中的关键基因会增加赖氨酸的表达量。
同时资料还显示：降低支路代谢相关酶的表达量或活性或敲除支路代谢相关基因构建营养缺陷性同样会增加赖氨酸的表达量[7,8]。
降低糖异生代谢途径流量，利用一个弱的启动子或编码相应的具有低活性的酶的基因或等位基因来实现pck基因（磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶）、pgi基因（葡萄糖-6-磷酸异构酶）的弱化[7]。
降低由天冬氨酸半醛生成高丝氨酸的量，继而蛋氨酸、苏氨酸的合成量也会降低，生成的Thr的量不足以与Lys共同对天冬氨酸激酶(AK)起协同反馈抑制作用[8]（在分支代谢途径中，几种末端产物同时都过量，才对途径中的第一个酶具有抑制作用，若某一末端产物单独过量则对途径中的第一个酶无抑制作用。
Ｌ-赖氨酸和Ｌ-苏氨酸对天冬氨酸激酶有协同反馈抑制作用）都有助于赖氨酸的积累。
图1.大肠杆菌赖氨酸合成途径1.3解除抑制作用为了解除赖氨酸和/或苏氨酸对dapA基因和lysC基因的反馈抑制作用，在将dapA基因和lysC基因导入菌株之前，常常将二者进行人工的修改，改变基因的编码序列，使两者编码的蛋白对赖氨酸的反馈抑制作用脱敏[6,9-11]。
在生产中用到的基因突变体及其编码的蛋白质突变位点如下：棒状杆菌lysC基因编码反馈抗性形式的天冬氨酸激酶[10]，蛋白突变位点为A279T，A279V，S301F，T308I，S301Y，G345D，R320G，T311I，S381F中的一个或多个。
大肠杆菌lysC基因Ⅲ(天冬氨酸激酶基因Ⅲ)为对L-赖氨酸反馈抑制脱敏的突变体[6]，其突变位点为:D323G，D323G/D408G，C34R/D323G，F325L，I318M，I318M/M349V，L345S，M347V，I352T，I352T/F369S，K164E，I417M/Y419C。
来自大肠杆菌的dapA基因(二氢吡啶二羧酸合酶基因)突变体[6,11]，使二氢吡啶二羧酸合酶对L-赖氨酸的反馈抑制脱敏：V81A，Y118H，V81A/Y118H。
1.4改善细胞膜的通透性改善细胞膜的透过机能，如在细胞内过量表达lysE基因(赖氨酸输送蛋白基因)有助于微生物胞内合成的赖氨酸向胞外运输，降低胞内赖氨酸含量[6]，进一步减弱Ｌ-赖氨酸和Ｌ-苏氨酸对赖氨酸合成的协同反馈抑制作用，增加赖氨酸的产量，同时有利于产品的后续加工。
1.5整合基因通过附加型质粒扩增特定微生物中某些生物合成基因，其缺点为发酵期间所述质粒可能会丧失，同时需要添加外源的抗生素来维持选择压力。
若将赖氨酸合成相关基因整合到大肠杆菌基因组中，使大肠杆菌中除天然位点含有编码L-赖氨酸合成相关蛋白的基因至少一个拷贝外，还在其他任选位点含有整合进染色体的这种开放阅读框、基因或等位基因的第二个、第三个或第四个拷贝。
这样外源基因就不会在大肠杆菌的复制过程中丢失，同时也不需要添加外源的抗生素来维持选择压力[12]。
由上述多个菌种的改造和筛选过程可以看出，随着时间的推移，在对微生物进行基因改造时，越来越多的是从微生物的整体代谢来考虑，而不是仅仅去增强或减弱某一个基因，这主要是因为细胞的生化反应是一个网络整体，不是独立的，不应孤立地来考虑。
目前主要是利用多基因重组技术有目的地对细胞代谢途径进行修饰和改造，改变细胞特性，并与细胞基因调控、代谢调控及生化工程相结合，用以实现构建新的代谢途径，生产特定目的产物。
2、菌种筛选在上述的不管是对菌株进行基因工程的改造，还是通过紫外线、化学诱变剂进行诱变育种，还是对新菌株进行培养基优化都无法绕开大量繁琐的筛选工作，他们都需要进行大量的摇瓶实验。
但是摇瓶实验筛选工作量大，周期长和成本高，难以达到工业化生产的要求，因此应寻找一种能够开展多参数的、与发酵工艺过程相结合的高通量菌种筛选技术和方法。
目前高通量筛选能够实现多参数在线检测功能，可同时测量pH值、DO、Pco2、OD等重要参数；在一台微反应器上集成的微发酵罐数可达6、1224、4896个不等，能够实现高通量分析功能；同时整个筛选的体积小，其体积一般小于100 mL，有的甚至小至5 μL。
此外，还有造价低、减少昂贵原材料消耗、降低劳动强度等优势[13]。
目前高通量筛选技术依然在改进，同时也越来越多的应用于高产菌株的筛选过程中，多篇报道也验证了高通量筛选在高产菌株筛选中的可行性[14-17]，建立了各种高产菌株高通量筛选方法，取得了一定的成果，为高产菌株的筛选节省了大量的人力物力财力，一步一步向工业化生产的要求靠近。
