微生物代謝的人工控制主要有哪些方法

1. 微生物的代謝調節有幾種方式

微生物細胞內的酶可以分為組成酶和誘導酶兩類。組成酶是微生物細胞內一直存在的酶，它們的合成只受遺傳物質的控制，而誘導酶則是在環境中存在某種物質的情況下才能夠合成的酶。例如，在用葡萄糖和乳糖作碳源的培養基礎上培養大腸桿菌，開始時，大腸桿菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖，只有當葡萄糖被消耗完畢以後，大腸桿菌才開始利用乳糖。

微生物還能夠通過改變已有酶的催化活性來調節代謝的速率。酶活性發生主要原因是，代謝過程中產生的物質與酶結合，致使酶的結構產生變化。這種調節現象在核苷酸、維生素的合成代謝中十分普遍。

2. 微生物代謝工程包括哪幾種主要手段

微生物的基因操作技術有：核酸的凝膠電泳、核酸的分子雜交技術、DNA 序列分析、基 因的定點誘變、細菌的轉化、利用 DNA 與蛋白質的相互作用進行核酸研究、PCR 技術等。
基因定點突變(site-directed mutagenesis)：通過改變基因特定位點核苷酸序列來改變所編 碼的氨基酸序列，用於研究氨基酸殘基對蛋白質的結構、催化活性以及結合配體能力的影響， 也可用於改造 DNA 調控元件特徵序列、修飾表達載體、引入新的酶切位點等。主要採用兩 種 PCR 方法，包括重疊延伸技術和大引物誘變法。在硫化細菌核苷水解酶對底物專一性的研 究中，採用定點突變技術，對編碼 221 位和 228 位氨基酸的 DNA 序列進行突變，改變兩個位點的氨基酸，從而研究氨基酸殘基對底物結合的影響。
基因敲除(gene knock-out)：又稱基因打靶，通過外源 DNA 與染色體 DNA 之間的同源重 組，進行精確的定點修飾和基因改造，具有專一性強、染色體 DNA 可與目的片段共同穩定 遺傳等特點，可分為完全基因敲除和條件型基因敲除。在谷氨酸棒桿菌生產纈氨酸的研究中，採用基因敲除的方法進行高產菌株構建。如 ilvA 基因敲除，使蘇氨酸脫氨酶的合成減少，降低異亮氨酸合成的前體，從而減少異亮氨酸的合成，增加纈氨酸的生成。

3. 如何如何更好的控制微生物

簡述微生物控制5種方法類型

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（1）滅菌：採用強烈的理化因素使任何物體內外部的一切微生物永遠喪失繁殖能力的措施，稱為滅菌，例如各種高溫滅菌措施等。

（2）消毒：指採用較溫和的理化因素，僅殺死物體表面或內部一部分對人體有害的病原菌，而對被消毒的物體基本無害的措施。

（3）防腐：利用某種理化因素完全抑制霉腐微生物的生長繁殖，從而達到防止食品等發生霉腐的措施。其主要措施有：

①低溫。利用4℃以下低溫可以保藏食物、葯品。

②缺氧。採用在密閉的容器中加入除氧劑來有效地防止食品和糧食等的霉腐、變質，達到保鮮的目的。

③乾燥。採用曬干或紅外線乾燥等方法對糧食、食品等進行乾燥保藏是最常見的防止霉腐的方法。

④高滲。通過鹽腌和糖漬等高滲措施來保存各種食物的防腐方法。

⑤高酸度。用高酸度也可達到防腐的目的。

⑥防腐劑。在有些食品、調味品、飲料或器材中，可以加入適量的防腐劑以達到防霉腐的目的。

4. 微生物的代謝的人工控制

人工控制微生物代謝的措施包括改變微生物遺傳特性、控制生產過程中的各種條件（即發酵條件）等。例如，黃色短桿菌能夠利用天冬氨酸合成賴氨酸、蘇氨酸和甲硫氨酸。其中，賴氨酸是一種人和高等動物的必需氨基酸，在食品、醫葯和畜牧業上的需要量很大。在黃色短桿菌的代謝過程中，當賴氨酸和蘇氨酸都累計過量時，就會抑制天冬氨酸激酶的活性，使細胞內難以積累賴氨酸；而賴氨酸單獨過量就不會出現這種現象。例如，在谷氨酸的生產過程中，可以採取一定的手段改變細胞膜的透性，是谷氨酸能迅速排放到細胞外面，從而解除谷氨酸對谷氨酸脫氫酶的抑製作用，提高谷氨酸的產量。
在生產實際中，人們將通過微生物的培養，大量生產各種代謝產物的過程叫做發酵。發酵的種類很多。根據培養基的物理狀態，可分為固體發酵和液體發酵；根據所生成的產物，可分為抗生素發酵、維生素發酵和氨基酸發酵等；根據發酵過程對氧的需求情況，可分為厭氧發酵（如酒精發酵、乳酸發酵）和需氧發酵（如抗生素發酵、氨基酸發酵）。

5. 3. 舉例說明發酵條件優化改變微生物代謝調控的方法如何利用微生物形狀的改變

微生物有著一整套可塑性極強和極精確的代謝調節系統，以保證上千種酶能正確無誤、有條不紊地進行極其復雜的新陳代謝反應。從細胞水平上來看，微生物的代謝調節能力要超過復雜的高等動植物。這是因為，微生物細胞的體積極小，而所處的環境條件卻十分多變，每個細胞要在這樣復雜的環境條件下求得生存和發展，就必須具備一整套發達的代謝調節系統。在長期進化過程中，微生物發展出一整套十分有效的代謝調節方式，巧妙地解決了這一矛盾。
通過代謝調節微生物可最經濟地利用其營養物，合成出能滿足自己生長、繁殖所需要的一切中間代謝物，並做到既不缺乏也不剩餘任何代謝物的高效「經濟核算」。

正常情況下，微生物代謝產物由於反饋抑制和反饋阻遏是不會大量積累的。但自然界里常發現一些微生物產生了過量的代謝產物，這主要是由於這些微生物代謝機制失調造成的，在工業發酵上，可運用遺傳的和環境的控制和人為的代謝調節，使其產物大量積累。

如氨基酸發酵生產就是在代謝調節研究的基礎上發展起來的。目前已經能夠在轉錄和翻譯上控制微生物的代謝，使微生物工業發酵進入了一個嶄新階段，即代謝控制發酵階段。所謂的代謝控制發酵，就是人為地在DNA分子水平上改變和控制微生物的代謝活動，使目的產物大量生成、積累。

一般改變微生物代謝調節的方法有如下幾種:

第一種是採用物理化學誘變，獲得營養缺陷型

第二種方法是應用抗反饋調節突變法。

第三種就是控制發酵條件，改變細胞的滲透性。

6. 人為控制微生物獲得目的代謝產物的方法

用一句話來說，就是採用「代謝控製法」。此工程技術屬於發酵工程。
要詳細說，幾句話是說不完的。
發酵工程是指採用工程技術手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產有用的產品，或直接把微生物應用於工業生產過程的一種技術。現代發酵工程還包括了基因工程、細胞工程和酶工程。其核心都是實現「微生物的代謝控制」。
代謝控制發酵是指利用生物的、物理的、化學的方法人為改變微生物生長代謝途徑，使之分泌我們所需要產品的過程。微生物細胞在正常代謝過程中, 能夠經濟合理地利用和合成自身所需的各種物質和能量, 使細胞處於平衡生長狀態。為了大量積累某種代謝產物, 就必須打破微生物原有的平衡狀態，打破微生物正常的代謝調節機制，人為地控制微生物的代謝過程。
具體方法要看所要獲得的目的產物。有通過控制氧環境得到的，如各種酒類；有通過控制培養條件得到的，如控制培養基的成分或比例、控制溫度、控制溶解氧、控制PH值。。。；有通過控制微生物代謝鏈得到的，如多種氨基酸、核苷酸；有通過基因工程方法得到的，如干擾素等。
產物不同，代謝控制的方法也不同。現在人類通過發酵工程方法獲得的微生物代謝產物不下百種，可以說任何一種的控制方法都是不同的。

7. 人類應如何控制微生物合成超過微生物正常代謝的代謝產物

1、合適的菌株。包括基因工程菌、變異菌株、營養缺陷型；
2、發酵過程式控制制，如回調pH、改變溫度、溶氧水平；
3、解除代謝產物累積造成的反饋抑制或反饋阻遏；
4、提高限制性營養物質濃度。
5、營養不平衡，如PHA合成，如果低溶氧、低氮、低磷等有利於PHA的累積。

8. 如何利用代謝調控提高微生物產物的產量

一般改變微生物代謝調節的方法有如下幾種:

第一種 是採用物理化學誘變，獲得營養缺陷型

第二種方法是應用抗反饋調節突變法。

第三種就是控制發酵條件，改變細胞的滲透性。

一、應用營養缺陷型菌株以解除正常的反饋調節

這是氨基酸生產菌育種的最有效的辦法。營養缺陷型是指某菌種失去合成某種物質的能力，即合成途徑中某一步發生突變，使合成反應不能完成，最終產物不能積累到引起反饋調節的濃度，從而有利於中間產物的積累。例如，用高絲氨酸缺陷型生產菌進行賴氨酸發酵。一般在形成賴氨酸的過程中有3種產物生成，只有賴氨酸和蘇氨酸都達到一定濃度時，才能形成反饋抑制，從高絲氨酸切斷這兩個分支後，不能形成蘇氨酸，也就不能形成反饋抑制。最後使賴氨酸的大量積累，這是打破代謝調節的第一種方法。

在直線式的合成途徑中，營養缺陷型突變株只能累積中間代謝物而不能累積最終代謝物。

在分支代謝途徑中，通過解除某種反饋調節，就可以使某一分支途徑的末端產物得到累積。

二、應用抗反饋調節的突變株解除反饋調節

抗反饋調節突變菌株，指對反饋抑制不敏感或對阻遏有抗性的組成型菌株，或兼而有之的菌株。在這類菌株中，因其反饋抑制或阻遏已解除，或是反饋抑制和阻遏已同時解除，所以能分泌大量的末端代謝產物。

例如，當把（鈍齒棒桿菌）培養在含蘇氨酸和異

亮氨酸的結構類似物AHV（α-氨基-β-羥基戊酸）的培養基上時，由於AHV可干擾該菌高絲氨酸脫氫酶、蘇氨酸脫氫酶以及二羧酸脫水酶，所以抑制了該菌的正常生長。如果採用誘變（如用亞硝基胍作為誘變劑）後所獲得的抗AHV突變株進行發酵，就能分泌較多的蘇氨酸和異亮氨酸。這是因為，該突變株的高絲氨酸脫氫酶或蘇氨酸脫氫酶和二羧酸脫水酶的結構基因發生了突變，故不再受蘇氨酸或異亮氨酸的反饋抑制，於是有大量的蘇氨酸和異亮氨酸的累積。如進一步再選育出甲硫氨酸缺陷型菌株，則其蘇氨酸產量還可進一步提高，原因是甲硫氨酸合成途徑上的兩個反饋阻遏也被解除了。

三、控制細胞膜的滲透性

微生物的細胞膜對於細胞內外物質的運輸具有高度選擇性。 細胞內的代謝產物高濃度累積著，並自然地通過反饋阻遏限制了它們的進一步合成。採取生理學或遺傳學方法，改變細胞膜的透性，使細胞內的代謝產物迅速滲漏到細胞外。這種解除末端產物反饋抑製作用的菌株，可以提高發酵產物的產量。

1．通過生理學手段控制細胞膜的滲透性在谷氨酸發酵生產中，生物素的濃度對谷氨酸的累積有著明顯的影響，只有把生物素的濃度控制在亞適量情況下，才能分泌出大量的谷氨酸。

生物素影響細胞膜滲透性的原因，是由於它是脂肪酸生物合成中乙醯CoA羧化酶的輔基此酶可催化乙醯CoA的羧化並生成丙二酸單醯輔酶A，進而合成細胞膜磷脂的主要成分——脂肪酸。因此，控制生物素的含量就可以改變細胞膜的成分，進而改變膜的透性和影響谷氨酸的分泌。當培養液內生物素含量很高時，只要添加適量的青黴素也有提高谷氨酸產量的效果。其原因是青黴素可抑制細菌細胞壁肽聚糖合成中轉肽酶的活性，結果引起其結構中肽橋間無法進行交聯，造成細胞壁的缺損。這種細胞的細胞膜在細胞膨壓的作用下，利於代謝產物的外滲，並因此降低了谷氨酸的反饋抑制和提高了產量。

2．通過細胞膜缺損突變而控制其滲透性應用谷氨酸產生菌的油酸缺陷型菌株，在限量添加油酸的培養基中，也能因細胞膜發生滲漏而提高谷氨酸的產量。這是因為油酸是一種含有一個雙鍵的不飽和脂肪酸（十八碳烯酸），它是細菌細胞膜磷脂中的重要脂肪酸。油酸缺陷型突變株因其不能合成油酸而使細胞膜缺損。另一種可以利用石油發酵產生谷氨酸的（解烴棒桿菌）的甘油缺陷型突變株，由於缺乏a-磷酸甘油脫氫酶，故無法合成甘油和磷脂。其細胞內的磷脂含量不到親株含量的一半，但當供應適量甘油（200μg/ml）時，菌體即能合成大量谷氨酸（72g/L），且不受高濃度生物素或油酸的干擾。

9. 人工控制微生物代謝的措施是哪兩種

控制氧氣含量，控制溫度