微生物代谢的人工控制主要有哪些方法

1. 微生物的代谢调节有几种方式

微生物细胞内的酶可以分为组成酶和诱导酶两类。组成酶是微生物细胞内一直存在的酶，它们的合成只受遗传物质的控制，而诱导酶则是在环境中存在某种物质的情况下才能够合成的酶。例如，在用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基础上培养大肠杆菌，开始时，大肠杆菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖，只有当葡萄糖被消耗完毕以后，大肠杆菌才开始利用乳糖。

微生物还能够通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速率。酶活性发生主要原因是，代谢过程中产生的物质与酶结合，致使酶的结构产生变化。这种调节现象在核苷酸、维生素的合成代谢中十分普遍。

2. 微生物代谢工程包括哪几种主要手段

微生物的基因操作技术有：核酸的凝胶电泳、核酸的分子杂交技术、DNA 序列分析、基 因的定点诱变、细菌的转化、利用 DNA 与蛋白质的相互作用进行核酸研究、PCR 技术等。
基因定点突变(site-directed mutagenesis)：通过改变基因特定位点核苷酸序列来改变所编 码的氨基酸序列，用于研究氨基酸残基对蛋白质的结构、催化活性以及结合配体能力的影响， 也可用于改造 DNA 调控元件特征序列、修饰表达载体、引入新的酶切位点等。主要采用两 种 PCR 方法，包括重叠延伸技术和大引物诱变法。在硫化细菌核苷水解酶对底物专一性的研 究中，采用定点突变技术，对编码 221 位和 228 位氨基酸的 DNA 序列进行突变，改变两个位点的氨基酸，从而研究氨基酸残基对底物结合的影响。
基因敲除(gene knock-out)：又称基因打靶，通过外源 DNA 与染色体 DNA 之间的同源重 组，进行精确的定点修饰和基因改造，具有专一性强、染色体 DNA 可与目的片段共同稳定 遗传等特点，可分为完全基因敲除和条件型基因敲除。在谷氨酸棒杆菌生产缬氨酸的研究中，采用基因敲除的方法进行高产菌株构建。如 ilvA 基因敲除，使苏氨酸脱氨酶的合成减少，降低异亮氨酸合成的前体，从而减少异亮氨酸的合成，增加缬氨酸的生成。

3. 如何如何更好的控制微生物

简述微生物控制5种方法类型

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（1）灭菌：采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失繁殖能力的措施，称为灭菌，例如各种高温灭菌措施等。

（2）消毒：指采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌，而对被消毒的物体基本无害的措施。

（3）防腐：利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖，从而达到防止食品等发生霉腐的措施。其主要措施有：

①低温。利用4℃以下低温可以保藏食物、药品。

②缺氧。采用在密闭的容器中加入除氧剂来有效地防止食品和粮食等的霉腐、变质，达到保鲜的目的。

③干燥。采用晒干或红外线干燥等方法对粮食、食品等进行干燥保藏是最常见的防止霉腐的方法。

④高渗。通过盐腌和糖渍等高渗措施来保存各种食物的防腐方法。

⑤高酸度。用高酸度也可达到防腐的目的。

⑥防腐剂。在有些食品、调味品、饮料或器材中，可以加入适量的防腐剂以达到防霉腐的目的。

4. 微生物的代谢的人工控制

人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件（即发酵条件）等。例如，黄色短杆菌能够利用天冬氨酸合成赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸。其中，赖氨酸是一种人和高等动物的必需氨基酸，在食品、医药和畜牧业上的需要量很大。在黄色短杆菌的代谢过程中，当赖氨酸和苏氨酸都累计过量时，就会抑制天冬氨酸激酶的活性，使细胞内难以积累赖氨酸；而赖氨酸单独过量就不会出现这种现象。例如，在谷氨酸的生产过程中，可以采取一定的手段改变细胞膜的透性，是谷氨酸能迅速排放到细胞外面，从而解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的抑制作用，提高谷氨酸的产量。
在生产实际中，人们将通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程叫做发酵。发酵的种类很多。根据培养基的物理状态，可分为固体发酵和液体发酵；根据所生成的产物，可分为抗生素发酵、维生素发酵和氨基酸发酵等；根据发酵过程对氧的需求情况，可分为厌氧发酵（如酒精发酵、乳酸发酵）和需氧发酵（如抗生素发酵、氨基酸发酵）。

5. 3. 举例说明发酵条件优化改变微生物代谢调控的方法如何利用微生物形状的改变

微生物有着一整套可塑性极强和极精确的代谢调节系统，以保证上千种酶能正确无误、有条不紊地进行极其复杂的新陈代谢反应。从细胞水平上来看，微生物的代谢调节能力要超过复杂的高等动植物。这是因为，微生物细胞的体积极小，而所处的环境条件却十分多变，每个细胞要在这样复杂的环境条件下求得生存和发展，就必须具备一整套发达的代谢调节系统。在长期进化过程中，微生物发展出一整套十分有效的代谢调节方式，巧妙地解决了这一矛盾。
通过代谢调节微生物可最经济地利用其营养物，合成出能满足自己生长、繁殖所需要的一切中间代谢物，并做到既不缺乏也不剩余任何代谢物的高效“经济核算”。

正常情况下，微生物代谢产物由于反馈抑制和反馈阻遏是不会大量积累的。但自然界里常发现一些微生物产生了过量的代谢产物，这主要是由于这些微生物代谢机制失调造成的，在工业发酵上，可运用遗传的和环境的控制和人为的代谢调节，使其产物大量积累。

如氨基酸发酵生产就是在代谢调节研究的基础上发展起来的。目前已经能够在转录和翻译上控制微生物的代谢，使微生物工业发酵进入了一个崭新阶段，即代谢控制发酵阶段。所谓的代谢控制发酵，就是人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢活动，使目的产物大量生成、积累。

一般改变微生物代谢调节的方法有如下几种:

第一种是采用物理化学诱变，获得营养缺陷型

第二种方法是应用抗反馈调节突变法。

第三种就是控制发酵条件，改变细胞的渗透性。

6. 人为控制微生物获得目的代谢产物的方法

用一句话来说，就是采用“代谢控制法”。此工程技术属于发酵工程。
要详细说，几句话是说不完的。
发酵工程是指采用工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种技术。现代发酵工程还包括了基因工程、细胞工程和酶工程。其核心都是实现“微生物的代谢控制”。
代谢控制发酵是指利用生物的、物理的、化学的方法人为改变微生物生长代谢途径，使之分泌我们所需要产品的过程。微生物细胞在正常代谢过程中, 能够经济合理地利用和合成自身所需的各种物质和能量, 使细胞处于平衡生长状态。为了大量积累某种代谢产物, 就必须打破微生物原有的平衡状态，打破微生物正常的代谢调节机制，人为地控制微生物的代谢过程。
具体方法要看所要获得的目的产物。有通过控制氧环境得到的，如各种酒类；有通过控制培养条件得到的，如控制培养基的成分或比例、控制温度、控制溶解氧、控制PH值。。。；有通过控制微生物代谢链得到的，如多种氨基酸、核苷酸；有通过基因工程方法得到的，如干扰素等。
产物不同，代谢控制的方法也不同。现在人类通过发酵工程方法获得的微生物代谢产物不下百种，可以说任何一种的控制方法都是不同的。

7. 人类应如何控制微生物合成超过微生物正常代谢的代谢产物

1、合适的菌株。包括基因工程菌、变异菌株、营养缺陷型；
2、发酵过程控制，如回调pH、改变温度、溶氧水平；
3、解除代谢产物累积造成的反馈抑制或反馈阻遏；
4、提高限制性营养物质浓度。
5、营养不平衡，如PHA合成，如果低溶氧、低氮、低磷等有利于PHA的累积。

8. 如何利用代谢调控提高微生物产物的产量

一般改变微生物代谢调节的方法有如下几种:

第一种 是采用物理化学诱变，获得营养缺陷型

第二种方法是应用抗反馈调节突变法。

第三种就是控制发酵条件，改变细胞的渗透性。

一、应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节

这是氨基酸生产菌育种的最有效的办法。营养缺陷型是指某菌种失去合成某种物质的能力，即合成途径中某一步发生突变，使合成反应不能完成，最终产物不能积累到引起反馈调节的浓度，从而有利于中间产物的积累。例如，用高丝氨酸缺陷型生产菌进行赖氨酸发酵。一般在形成赖氨酸的过程中有3种产物生成，只有赖氨酸和苏氨酸都达到一定浓度时，才能形成反馈抑制，从高丝氨酸切断这两个分支后，不能形成苏氨酸，也就不能形成反馈抑制。最后使赖氨酸的大量积累，这是打破代谢调节的第一种方法。

在直线式的合成途径中，营养缺陷型突变株只能累积中间代谢物而不能累积最终代谢物。

在分支代谢途径中，通过解除某种反馈调节，就可以使某一分支途径的末端产物得到累积。

二、应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节

抗反馈调节突变菌株，指对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性的组成型菌株，或兼而有之的菌株。在这类菌株中，因其反馈抑制或阻遏已解除，或是反馈抑制和阻遏已同时解除，所以能分泌大量的末端代谢产物。

例如，当把（钝齿棒杆菌）培养在含苏氨酸和异

亮氨酸的结构类似物AHV（α-氨基-β-羟基戊酸）的培养基上时，由于AHV可干扰该菌高丝氨酸脱氢酶、苏氨酸脱氢酶以及二羧酸脱水酶，所以抑制了该菌的正常生长。如果采用诱变（如用亚硝基胍作为诱变剂）后所获得的抗AHV突变株进行发酵，就能分泌较多的苏氨酸和异亮氨酸。这是因为，该突变株的高丝氨酸脱氢酶或苏氨酸脱氢酶和二羧酸脱水酶的结构基因发生了突变，故不再受苏氨酸或异亮氨酸的反馈抑制，于是有大量的苏氨酸和异亮氨酸的累积。如进一步再选育出甲硫氨酸缺陷型菌株，则其苏氨酸产量还可进一步提高，原因是甲硫氨酸合成途径上的两个反馈阻遏也被解除了。

三、控制细胞膜的渗透性

微生物的细胞膜对于细胞内外物质的运输具有高度选择性。 细胞内的代谢产物高浓度累积着，并自然地通过反馈阻遏限制了它们的进一步合成。采取生理学或遗传学方法，改变细胞膜的透性，使细胞内的代谢产物迅速渗漏到细胞外。这种解除末端产物反馈抑制作用的菌株，可以提高发酵产物的产量。

1．通过生理学手段控制细胞膜的渗透性在谷氨酸发酵生产中，生物素的浓度对谷氨酸的累积有着明显的影响，只有把生物素的浓度控制在亚适量情况下，才能分泌出大量的谷氨酸。

生物素影响细胞膜渗透性的原因，是由于它是脂肪酸生物合成中乙酰CoA羧化酶的辅基此酶可催化乙酰CoA的羧化并生成丙二酸单酰辅酶A，进而合成细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变细胞膜的成分，进而改变膜的透性和影响谷氨酸的分泌。当培养液内生物素含量很高时，只要添加适量的青霉素也有提高谷氨酸产量的效果。其原因是青霉素可抑制细菌细胞壁肽聚糖合成中转肽酶的活性，结果引起其结构中肽桥间无法进行交联，造成细胞壁的缺损。这种细胞的细胞膜在细胞膨压的作用下，利于代谢产物的外渗，并因此降低了谷氨酸的反馈抑制和提高了产量。

2．通过细胞膜缺损突变而控制其渗透性应用谷氨酸产生菌的油酸缺陷型菌株，在限量添加油酸的培养基中，也能因细胞膜发生渗漏而提高谷氨酸的产量。这是因为油酸是一种含有一个双键的不饱和脂肪酸（十八碳烯酸），它是细菌细胞膜磷脂中的重要脂肪酸。油酸缺陷型突变株因其不能合成油酸而使细胞膜缺损。另一种可以利用石油发酵产生谷氨酸的（解烃棒杆菌）的甘油缺陷型突变株，由于缺乏a-磷酸甘油脱氢酶，故无法合成甘油和磷脂。其细胞内的磷脂含量不到亲株含量的一半，但当供应适量甘油（200μg/ml）时，菌体即能合成大量谷氨酸（72g/L），且不受高浓度生物素或油酸的干扰。

9. 人工控制微生物代谢的措施是哪两种

控制氧气含量，控制温度