经典发酵与分子生物学发酵工程角度的比较

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本帖引用网址：http://bbs.bbioo.com/thread-39466-1-1.html
叶赫娜兰-孤城 :
2006，07两年，是国外发酵技术大批登陆大陆的两年，在06年后，大陆的发酵工业（不仅仅是科研，中试，而是大生产），正式进入了分子时代。分子技术对发酵行业的影响，在工业上的体现有两点，1，调控方面，由工艺技术的生理水平调整，进入生化水平的代谢流加强与敲除控制。比如说，（我拿有机酸举例子，因为初级代谢研究的更多些）以往代谢流调控，以谷氨酸为极端，使用营养缺陷型，并破坏细胞膜，使产物在胞外积累。但是，由于有些通路代谢的先天不足，某些产物（如琥珀酸）不会积累，而没有商品化，另外，产品产量很难继续提高。而做了分子水平的改进后，以上问题就得以解决了。作为经典发酵，代谢调控对应是用工艺手段，菌种用诱变，以工艺为重。而现代发酵，分子调控，菌种和工艺是分不开的，有时，工艺唯一的目的，就是保证菌种出于某种特定状态而已。2，产物方面，以往产物决定于菌种筛选，但分子时代，A,如果是初级代谢产物，则通过DNA水平调控和改变代谢流实现，B,如果是其他代谢产物，（不管来源是什么，动物，植物），则找到基因，导入细胞表达（大肠杆菌或酵母）。

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另外，对于发酵的吨位，一般的，出于成本构成的不同，是如下的情况：

经典发酵，
1，抗生素，酶制剂，10吨级，罐在20--150吨/每罐不等。
2，氨基酸和有机酸，100吨级，300--600吨/每罐不等。

而现代发酵，如果是做调控改造则依照1，2.如果做结构蛋白，则用50--500升/每罐的微型罐。

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分子生物学，并不是分子水平的生物，或生化，或生理学。其实，它是指分子水平的DNA学，除了DNA外, 对其他有机物也是围绕与DNA的关系展开的。考虑到在我们发酵生理学的视点下，DNA的价值，是蛋白的信息载体，而一切生理变化，都是蛋白活性的宏观表达。那么，目前的生物技术，可以认为只有两个大的方面（或技巧）：1，通过分子水平DNA技术，抑制细胞内源蛋白活性。2，表达细胞外源蛋白及其活性。

表现在宏观上，就可以实现代谢流调控，蛋白产品的获得，用外源酶合成或催化反应等。比如像代谢流调控，我们找到编码琥珀酸脱氢酶的基因，并敲除之，使这个蛋白不能表达，则从琥珀酸到延胡索酸的反应不能进行，来积累琥珀酸，属于第一种情况。我们敲除PTSG这个基因，使细胞对各种不同的糖没有选择性，也属于第一种情况，而引入另一个基因，使糖代谢加强，就是第二种情况了。在合成PHA时，外源基因指导合成三个外源酶，并在细胞内表达活性，就属于第二种情况。当然，表达外源蛋白最典型的，还是直接以被表达蛋白为产品，不过当蛋白需要被修饰时（如糖基化），就又需要这两种技巧的配合或反复使用了。

这样得到的菌株，生产产物的代谢十分直接，往往转化率在90%或以上。但是，细胞本身的活力比较弱，也会有大量的宏观上类似回复突变的生理问题。这就是为什么我说：“现代发酵，分子调控，菌种和工艺是分不开的，有时，工艺唯一的目的，就是保证菌种处于某种特定状态而已。”----因为，许多本来由我们过程工程师在生理水平控制的代谢，分子技术已经帮我们在种子阶段解决了，而同时，又丢给我们一些不大不小的新问题。

以往，类似味精发酵，获得初级代谢产品，并减少中间代谢产物和副产物，需要工艺近似苛刻的控制，而现在，就不必了。

以上是分子技术在经典发酵视角下的情形。

yinqiang1984

相当同意孤城老师的看法。
我之前做过PHA，也做过琥珀酸，也做过PHA和琥珀酸的联产——胞内积累PHA，胞外释放琥珀酸。只是敲除ptsG之后，虽然有利于产物积累，但也出现糖代谢速率下降，菌体生长脚缓慢等问题，需要对菌种进一步改造，驯化，以及对发酵工艺的优化。