页数：36页文件大小：1.01 MB来源： 发酵原理课外讲座ppt课件
本课件讲代谢设计育种。策划部分讲目的产物代谢途径的五段式组合、中心代谢流上节点的刚性与挠性分析、理想载流途径的推定与五字策略的应用；实施部分讲出发菌种选定、遗传操作方案的制定与实施、营养缺陷与结构类似物抗性突变株的筛子设计与高产株检出，最后提出微生物细胞机器的新概念。
代谢设计育种：张星元《发酵原理》课外讲座之一，从代谢设计育种的策划与育种方案的实施两方面展开。
本页为本讲封面，标示主题为代谢设计育种，从育种策划与育种方案实施两方面展开。
代谢设计育种
本页为本讲目录，列出代谢设计育种的策划与育种方案的实施两大板块，是后面各页的总索引。
1. 代谢设计育种的策划
1.1 目的产物代谢途径的组合（五段式）
按向心途径、中心途径、离心途径及跨膜输送的五段式框架，把目的产物的合成代谢途径依次衔接、组合起来。
1.2 中心代谢流上节点的分析
代谢网络上的交叉点（代谢中间化合物）叫做代谢网络的节点。节点有刚性和挠性之分。
节点的刚性与挠性（图示）
本页以图示对比不同性质节点（强刚性节点、弱刚性节点、挠性节点）处代谢流分配比例的可改变程度。
原课件以图示呈现，建议对照原图理解。
尽管代谢网络包含大量节点，但通常只有几个节点直接影响产物的转化率，称为主要节点。
对赖氨酸生产来说，有五个分支点处流量的分配率受培养条件影响较大：G-6-P、F-6-P、PEP、PYR 及 OAA。其中只有 G-6-P 和 PEP/PYR 被认为是有用的主要节点。通过扰动节点处代谢流量的方法可以做出判断。
赖氨酸生物合成的网络结构推测试验（图示）
本页以图示标出以葡萄糖为起点经 G-6-P、F-6-P、PEP、PYR、OAA、AcCoA 到 Lys 的代谢网络，并区分其中的刚性节点与挠性节点。
原课件以图示呈现，建议对照原图理解。
网络刚性是自然选择的结果，是细胞经济体系的保障作用的体现。刚性节点由反馈调节和交叉激活等代谢自动调节机制来支持，解除调节可望改变节点的性质。
然而代谢自动调节机制不仅包括反馈调节和交叉激活，在刚性节点的支持背景尚未弄清时，只好绕过该刚性节点，先解决其它节点的问题。
1.3 理想载流途径的推定
根据文献和实验推测。实验包括离线推定和在线推定。
本页说明理想载流途径的推定依据：靠文献与实验（含离线推定和在线推定）共同推测确定。
1.4 五字策略的应用
本页以图示把「进、通、节、堵、出」五个字分别对应标注在载流路径的胞外基质、跨膜输送、中心途径、分支节点与产物分泌等环节上。
原课件以图示呈现，建议对照原图理解。
节点的刚性取决于微生物代谢的自动调节机制。因此在应用「五字策略」制订育种方案时必须认真分析代谢网络和节点的刚性及其形成的机理，尽量采用协调的手段（如调节突变株），而不是一刀切的手段（如营养缺陷型突变株）。
2. 育种方案的实施
2.1 出发菌种的选定
2.2 遗传操作方案的制定
本页为二级目录，列出可采用的遗传操作手段，供制定育种方案时选择组合。
2.3 遗传操作方案的实施
本页为二级目录，列出遗传操作方案实施的四类做法，包括缺陷型与结构类似物抗性突变株的获得。
突变株的获得
本页为三级目录，列出可获得的突变株类型，是实施遗传操作时的目标清单。
营养因子、酶和功能性蛋白质
营养缺陷与渗漏营养缺陷突变株
（1）营养缺陷突变株；（2）渗漏营养缺陷突变株。
以基本培养基（MM）与补加培养基（MM+F）做对照培养检出：在 MM 上不能生长而 MM+F 上生长者为营养缺陷型；在 MM 上生长微弱者为渗漏营养缺陷型。检出无营养缺陷与其它营养缺陷的菌落分别处理。
原课件含流程图示，建议对照原图理解。
结构类似物（代谢撷颃物）的选择
结构类似物抗性突变株的获得
结构类似物的确定及其抗性突变株的检出：本页以图示呈现对照实验（纸片法）——分别以结构类似物（A′）与其真身物（A）做纸片扩散对照，据抑菌情况判定菌株的抗性。原课件以图示呈现，建议对照原图理解。
生长抑制试验和敏感性试验
本页安排结构类似物对出发菌株的生长抑制试验与敏感性试验，以确定后续筛选的适宜剂量。原课件以图示呈现，建议对照原图理解。
「筛子」的设计
筛选的具体方法的确定
本页为二级目录，列出筛选的具体方法，供确定抗性突变株筛选方案时选用。
高产株的检出
2.4 变异株培养条件的优化
对于发源于农产加工和农业化学的手工作坊式的发酵生产来说，要摆脱繁重的体力劳动，就必须走工业化的道路。发酵生产首先向化学工业靠拢，通过向化学工程学习，用泵和管道输送替代肩挑手提的人力搬运，以机器生产代替手工操作，早已把作坊式的发酵生产成功地推上了工业生产的水平。
发酵生产与化学工程的结合促成了发酵生产的第一次飞跃。
生产实践已经证明，工业发酵过程是一个随着时间变化的（时变的）、非线性的、多变量输入和输出的动态过程。按照化学工程的模式处理工业发酵的问题，微生物细胞屈居于催化剂的地位，难以发挥其生产潜力。
十多年来，我们从研究微生物的生命活动规律入手，把现代生物学关于能量转换的电子流动、物质流动和信息流动这三个基本观点引入了工业发酵，重新审视发酵工程。
用生物学的眼光重新审视发酵工程，确认了发酵工程的生物学属性。从生物科学的高度在发酵工程领域首先提出了微生物细胞机器的新概念和新思路。
我们认为：（1）现代发酵工程依靠微生物来完成发酵工厂生产线上不可缺少的加工（或转化）步骤。在这个意义上，微生物细胞就是工业发酵生产线上不可缺少的特殊机器——微生物「细胞机器」。
因而，没有微生物就没有发酵工程，没有微生物细胞机器就没有现代发酵工厂。微生物是发酵工程的灵魂。
我们认为：（2）微生物细胞机器与普通意义上的机器不同，必须在生产线上完成细胞机器的「在线制造」和「生产运行」的双重任务。
因而，必须兼顾细胞机器的量和细胞机器的工作效率。
我们认为：（3）微生物细胞机器按其自身固有的规律运行。因而，必须深入研究微生物细胞机器的工作原理，应顺自然规律，引导微生物为我们服务。
我们认为：（4）发酵工程具有生物学属性，现代发酵工程必须向生物学靠拢。发酵生产与生物学的结合酝酿着发酵工程的又一次革命性的飞跃。
发酵工程将在生物学和化学的支撑下进入新的发展阶段，成为生物工程的一个重要组成部分。
我们认为：必须全面地、历史地研究微生物的代谢。必须让微生物生理学家、发酵工程专家和自动控制专家三种头脑合而为一，互动地开展研究，才能做出新型发酵的开创新的工作。
尊重自然规律，活用自然规律，为人类造福，为世界消灾。
本页为本讲结语，以尊重自然规律、活用自然规律的寄语收束全讲。
本页为本讲结语，以「尊重自然规律，活用自然规律，为人类造福，为世界消灾」收束全讲，呼应发酵工程的生物学属性。
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