1、第一節 概 述第二節 優良菌種的選育第三節 發酵的基本過程第四節 發酵方式第五節 發酵工藝控制第六節 發酵產物的提取第七節 發酵設備第八節 基因工程菌生長代謝的特點第九節 基因工程在發酵工程中的應用第十節 發酵工程的發展展望 第七章 發酵工程制藥 第一節 概 述 一、發酵工程 二、發酵工程發展的4個階段 三、發酵工程的研究內容一、發酵工程 發酵工程（fermentation engineering）又稱為微生物工程，是利用微生物制造工業原料與工業產品并提供服務的技術。 現代發酵工業已經形成完整的工業體系，包括抗生素、氨基酸、維生素、有機酸、有機溶劑、多糖、酶制劑、單細胞蛋白、基因工程藥物、核酸

2、類物質及其他生物活性物質等的生產。二、發酵工程發展的4個階段 第一階段： 20世紀以前時期，人類利用傳統的微生物發酵過程來生產葡萄酒、酒、醋、醬、奶酪等食品。 巴斯德關于發酵作用的研究，從 1857年到1876年前后持續了近20年。巴斯德以自己研究實踐的科學結論說服了當時盛行的所謂“自然發生學說”，他認為：“一切發酵過程都是微生物作用的結果。發酵是沒有空氣的生命過程。微生物是引起化學變化的作用者”。 二、發酵工程發展的4個階段 第二階段： 19001940年期間，隨著微生物培養技術的不斷進步，新的發酵產品不斷問世。新產品主要有甘油、乳酸、檸檬酸、丁醇和丙酮等。 二、發酵工程發展的4個階段 第三

3、階段： 發酵工業大發展時期，青霉素工業化成功推動了發酵工業的發展。 主要標志有：深層培養、生產大規模化，多種抗生素、氨基酸、核酸發酵成功，甾體的微生物轉化。采用純種發酵，進行無菌操作，對操作條件有嚴格的控制，相應地采用較復雜的工藝和裝備。 以青霉素工業生產為標志的深層通氣培養法的建立標示了發酵工程發展的一次新飛躍，這一飛躍發生在1942年。 二、發酵工程發展的4個階段 第四階段： 基因工程等高新技術應用階段。 分子生物學和基因工程、細胞工程等新技術的發展將進一步加深對微生物代謝產物生物合成的遺傳學與調節機制的了解，從而也為這些新技術在此領域中更好地應用創造了條件。 為了提高產物的單位產量，或有

4、可能針對解除某一“限速步驟”，提高有關生物合成酶的表達水平或改變其調節機制，大大減少傳統育種方法的隨機性。 在開發新品種方面，重組DNA和細胞融合技術不僅能在不同的程度上打破生物種屬間的屏障，獲得“雜交”分子的新產物，而且通過活化微生物的某些沉默基因，也可能獲得一些新結構的活性物質。三、發酵工程的研究內容發酵工程內容： 涉及菌種的培養和選育、菌的代謝與調節、培養基滅菌、通氣攪拌、溶氧、發酵條件的優化、發酵過程各種參數與動力學、發酵反應器的設計和自動控制、產品的分離純化和精制等。 發酵工業的生產水平取決于三個要素： 生產菌種、發酵工藝和發酵設備。 第二節 優良菌種的選育 菌種選育包括自然選育、誘

5、變育種、雜交育種等經驗育種方法，還包括控制雜交育種、原生質體融合、基因工程等定向育種 方法。 一、菌種選育的物質基礎 脫氧核糖核酸（DNA）是微生物遺傳的物質基礎。 決定遺傳性狀的DNA主要集中在染色體上，只有少許游離在外。DNA分子結構的改變是誘變育種的工作根據，染色體交換是雜交育種的根據。質粒也是遺傳物質，它是染色體外的遺傳結構。許多質粒攜帶一些能影響宿主細胞類型的基因，例如用來控制抗生素的形成。二、自然選育 1自然選育的概念： 不經人工處理，利用微生物的自然突變進行菌種選育的過程稱 為自然選育。 2. 正變菌株： 由于微生物可以發生自發突變，所以菌種在群體培養過程 中會產生變異個體。變異

6、個體生長良好，生產水平提高，對生 產有利，這類菌株稱為正變菌株； 負變菌株： 變異個體生產能力下降，形態出現異型，生產水平下降，導 致菌種退化，這類菌株稱為負變菌株。 自然選育就是將正變菌株挑選出來，進行擴大培養。 二、自然選育3. 自然選育的優點： 可以達到純化菌種、防止菌種衰退、穩定生產水平、提高產物 產量的目的。4. 自然選育的缺點： 效率低，進展慢。三、誘變育種 用人工方法來誘發突變是加速基因突變的重要手段，它的突 變率比自然突變提高成千上百倍。突變發生部位一般是在遺傳物 質DNA上，因此突變后性狀能穩定地遺傳。 三、誘變育種誘變育種的方法和原理 通常用物理、化學、生物等因素進行對微生

7、物誘變，導致遺傳物質DNA結構上發生變化。 （1）誘變機制 由誘變而導致微生物DNA的微細結構發生的變化，主要分為： 微小損傷突變 染色體畸變即大損傷突變 染色體組突變三種類型。三、誘變育種 1. 誘變育種的方法和原理 （2）誘變劑 誘變劑：能誘發基因突變并使突變率提高到超過自發突變水平的 物理化學因子都稱為誘變劑。 誘變劑可分為物理、化學、生物誘變劑三大類。 三、誘變育種 1. 誘變育種的方法和原理 （2）誘變劑 物理誘變劑 主要有紫外線、X射線、射線、快中子、射線、射線 和超聲波等。其中以紫外線應用最廣。 三、誘變育種 1. 誘變育種的方法和原理 （2）誘變劑 化學誘變劑 包括金屬離子、一

8、般化學試劑、生物堿、抗代謝物、生長刺 激素、抗生素及高分子化合物、殺菌劑、染料等。 三、誘變育種 1. 誘變育種的方法和原理 （2）誘變劑 生物誘變劑 轉導作用 轉化作用 轉座作用 三、誘變育種 2. 誘變和篩選 誘變育種主要有誘變和篩選兩步。 在具體進行某一項工作時首先要制定明確的篩選目標（如：提高產量或菌體量），其次是制定合理步驟，再次是建立正確快速的測定方法和摸索培養最適條件。 四、原生質體融合 原生質體融合就是把兩個親株分別通過酶解去除細胞壁，使菌體細胞在高滲環境中釋放出由原生質膜包被著的球狀體，在高滲條件下混合兩個親株的原生質體，由聚乙二醇(polyethyleneglycol, P

9、EG)作為助融劑使它們相互凝集發生細胞融合，接著兩親株細胞基因組由接觸到交換，從而實現遺傳重組，在再生細胞中就有可能挑選到較理想的重組子。第26講主講教師：董洪缽學時32五、基因工程定向育種 第三節 發酵的基本過程 一、菌種 發酵的基本過程為：菌種種子制備發酵發酵液預處理提取精制。 要求用于生產的菌種產量高、生長快、性能穩定、容易培養。 目前國內外發酵工業中所采用的菌種絕大多數是經過人工選育的優良菌種。為了防止菌種衰退，生產菌種必須以休眠狀態保存在砂土管或冷凍干燥管中，并且置于04恒溫冰箱（庫）內。使用時可臨時取出，接種后仍需冷藏。生產菌種一般都嚴格規定其使用期，一般砂土管為12年。生產菌種應

10、不斷純化，淘汰變異菌落，防止衰退。 二、種子的制備 種子是發酵工程開始的重要環節。這一過程是使菌種繁殖、以獲得足夠數量的菌體，以便接種到發酵罐中。 種子制備可以在搖瓶中或小罐內進行，大型發酵罐的種子要經過兩次擴大培養才能接入發酵罐。 三、發酵 這一過程的目的是使微生物產生大量的目的產物，是發酵工序的關鍵階段。 發酵一般是在鋼制或不銹鋼的罐內進行，有關設備和培養基應事先經過嚴格滅菌，然后將長好的種子接入，接種量一般為520。在整個發酵過程中要不斷地通氣、攪拌、維持一定的罐溫、罐壓，并定時取樣分析和無菌試驗，觀察代謝和產物含量情況，有無雜菌污染。 四、產物提取 發酵完成后得到的發酵液是一種混合物，

11、其中除了含有表達的目的產物外，還有殘余的培養基、微生物代謝產生的各種雜質和微生物的菌體等。 提取過程包括以下三個方面： 發酵液的預處理和過濾。 提取。 精制。 第四節 發酵的方式 在制備大量微生物菌體或其代謝產物時，可采用不同的發酵方式。 微生物的發酵方式可分為分批發酵、補料分批發酵和連續發酵。一、分批發酵 簡單分批發酵是將全部物料一次投入到反應器中，經滅菌，接種，經過若干時間的發酵后再將發酵液一次放出的操作過程。放料后再重復投料、滅菌、接種、發酵過程。 它以微生物生長、各種基質消耗和代謝產物合成都處于瞬變之中為特征，整個發酵過程處于不穩定狀態。 分批發酵過程中的pH、溫度、溶氧濃度以及多種營

12、養物質濃度都可作為控制變量加以優化。二、補料分批發酵 補料分批培養是將種子接入發酵反應器中進行培養，經過一段時間后，間歇或連續地補加新鮮培養基，使菌體進一步生長的培養方法。所補材料可為全料（基礎培養基）或簡單的碳源、氮源及前體等。三、連續發酵 連續發酵是將種子接入發酵反應器中，攪拌培養至一定菌體濃度后，開動進料和出料的蠕動泵，以控制一定稀釋率進行不間斷的培養，發酵反應器中的細胞總數和總體積均保持不變，發酵體系處于平衡狀態，發酵中的各個變量都能達到恒定值而區別于瞬間狀態的分批發酵。 第五節 發酵工藝控制一、培養基的影響及其控制 細胞的生長需要一定的營養，用于維持細胞生長的營養基質稱為培養基。 微

13、生物的生長需要較多供給構成有機碳架的碳源，構成含氮物質的氮源氣，其次還需要一些含磷、鎂、鉀、鈣、鈉、硫等的鹽類以及微量的鐵、銅、鋅、錳等元素。 配制培養基的成分應包括碳源、氮源、無機鹽和水等物質。一、培養基的影響及其控制適應期對數生長期靜止期二次生長細胞自溶TLnc 細菌生長對數曲線一、培養基的影響及其控制：細菌比生長速率：細菌自溶率X：菌體濃度m：最大比生長速率kS：細菌對基質的親和系數 S：基質濃度 一、培養基的影響及其控制基質抑制作用 ： 由莫氏方程可以看出隨著底物濃度的增加，比生長速率逐漸趨近，但事實上當底 物濃度的增加到一定數值后，會出現比生長速率下降的情況，這種效應通常稱為基質抑制

14、作用。 一、培養基的影響及其控制 競爭性抑制：細菌比生長速率X：菌體濃度m：最大比生長速率kS：細菌對基質的親和系數 S：基質濃度I：抑制劑濃度ki：抑制劑與菌體的親和系數 一、培養基的影響及其控制 非競爭性抑制：細菌比生長速率m：最大比生長速率kS：細菌對基質的親和系數 S：基質濃度I：抑制劑濃度ki：抑制劑與菌體的親和系數 1.碳源 碳源是構成微生物細胞和各種代謝產物碳架的營養物質，同時碳源在微生物代謝過程中被氧化降解，釋放出能量，并以ATP形式貯存于細胞內，供給微生物生命活動所需的能量。 生產中使用的碳源有糖類、脂肪、有機酸、碳氫化合物。常用的糖類有單糖、雙糖和多糖。 一、培養基的影響及

15、其控制2.氮源 氮源是構成菌體細胞物質，也是細胞合成氨基酸、蛋白質、核酸、酶類及含氮代謝產物的成分。選擇氮源時需要注意氮源促進菌體生長、繁殖和合成產物間的關系。 氮源有無機氮源和有機氮源兩大類。 常用的有機氮源有黃豆餅粉、花生餅粉、棉籽餅粉、蛋白胨、酵母粉。 一、培養基的影響及其控制 3.無機鹽和微量元素 各種無機鹽和微量元素的主要功能是：構成菌體原生質的成分（如磷、硫等），作為酶的組成部分或維持酶的活性（如鎂、鋅、鐵、鈣、磷等），調節細胞的滲透壓（如NaCl、KCl等）和pH，參與產物合成（磷、硫等）。 4水 培養基必須以水為介質，它既是構成菌體細胞的主要成分，又是一切營養物質傳遞的介質，所

16、以水的質量對微生物的生長繁殖和產物合成有很重要的作用。一、培養基的影響及其控制二、溫度的影響及其控制 溫度的變化對發酵過程可產生兩方面的影響： 一方面是影響各種酶反應的速率和蛋白質的性質。 另一方面是影響發酵液的物理性質，如發酵液的黏度、基質和氧在發酵液中的溶解度和傳遞速率、某些基質的分解和吸收速率等，進而影響發酵的動力學特性和產物的生物合成。 因此溫度對菌體的生長和合成代謝的影響是極其復雜的，要綜合考察它對發酵的影響。二、溫度的影響及其控制1. 影響發酵溫度變化的因素 在發酵過程中，既有產生熱能的因素，又有散失熱能的因素，因而引起發酵溫度的變化。 產熱的因素有生物熱和攪拌熱，散熱的因素有蒸發

17、熱、輻射熱和顯熱。 產生的熱能減去散失的熱能，所得的凈熱量就是發酵熱，它就是發酵溫度變化的主要因素。二、溫度的影響及其控制 1. 影響發酵溫度變化的因素（1）生物熱：微生物在生長繁殖過程中產生的熱能，稱為生物熱。 （2）攪拌熱：攪拌器轉動引起的液體之間和液體與設備之間的摩擦所 產生的熱量，即攪拌熱。（3）蒸發熱：空氣進入發酵罐與發酵液廣泛接觸后，排出引起水分蒸 發所需的熱能，即為蒸發熱。（4）輻射熱：由于罐外壁和大氣間的溫度差異而使發酵液中的部分熱 能通過罐體向大氣輻射的熱量，即為輻射熱。二、溫度的影響及其控制2. 溫度的選擇與控制（1）最適溫度的選擇 （2）溫度的控制三、溶氧的影響及其控制

18、大部分工業微生物需要在有氧環境中生長，培養這類微生物需要采取通氣發酵，適量的溶解氧可維持其呼吸代謝和代謝產物的合成。 對大多數發酵來說，供氧不足會造成代謝異常，降低產物產量。三、溶氧的影響及其控制1.溶氧的影響 溶氧是需氧發酵控制的最重要參數之一。氧在水中的溶解度很小，所以需要不斷通氣和攪拌，才能滿足溶氧的要求。溶氧的大小對菌體生長和產物的性質及產量都會產生不同的影響。 需氧發酵并不是溶氧愈大愈好。溶氧高雖然有利于菌體生長和產物合成，溶氧太大有時反而抑制產物的形成，因此，為避免發酵處于限氧條件下，須要考查每一種發酵產物的臨界氧濃度和最適氧濃度，并使發酵過程保持在最適濃度。最適溶氧濃度的大小與菌

19、體和產物合成代謝的特性有關，具體須由實驗來確定。三、溶氧的影響及其控制2. 發酵過程的溶氧變化 在發酵過程中，在已有設備和正常發酵條件下，每種產物發酵的溶氧濃度變化有自己的規律。 發酵時生產菌大量繁殖，需氧量不斷增加，此時的需氧量超過供氧量，使溶氧濃度明顯下降。 從發酵液中的溶解氧濃度的變化，就可以了解微生物生長代謝是否正常，工藝控制是否合理，設備供氧能力是否充足等問題，幫助查找發酵不正常的原因和控制好發酵生產。三、溶氧的影響及其控制3. 溶氧濃度的控制 發酵液的溶氧濃度，是由供氧和需氧兩方面所決定的。也就是說，當發酵的供氧量大于需氧量，溶氧濃度就上升，直到飽和；反之就下降。因此要控制好發酵液

20、中的溶氧濃度，需從這兩方面著手。 在供氧方面，主要是設法提高氧傳遞的推動力和液相體積氧傳遞系數的值。在可能的條件下，采取適當的措施來提高溶氧濃度，如調節攪拌轉速或通氣速率來控制供氧。 三、溶氧的影響及其控制 3. 溶氧濃度的控制 供氧量的大小還必須與需氧量相協調， 發酵液的需氧量受菌體濃度、基質的種類和濃度以及培養條件等因素的影響 。 其中以菌濃的影響最為明顯。 可以控制菌的比生長速率比臨界值略高一點的水平，達到最適濃度。這是控 制最適溶氧濃度的重要方法。 可以通過控制基質的濃度來實現。除控制補料速度外，在工業上，還可采用調 節溫度（降低培養溫度可提高溶氧濃度）、液化培養基、中間補水、添加表面

21、活性劑 等工藝措施，來改善溶氧水平。四、pH的影響及其控制 1. pH對發酵的影響 發酵培養基的pH影響微生物生長及發酵過程中各種酶活。 不同的微生物發酵有各自的最適生長pH和最適生產pH。 大多數微生物生長的pH范圍是36，最大生長速率的pH變化范圍為0.51.0。多數微生物生長都有最適pH范圍及其變化的上下限，上限都在8.5左右，超過此上限，微生物將無法忍受而自溶；下限以酵母為最低，是2.5。但菌體內的pH一般認為是中性附近。 四、pH的影響及其控制 2. pH的變化 在發酵過程中，pH的變化決定于所用的菌種、培養基的成分和培養條件。在生產菌的代謝過程中，菌本身具有一定的調整周圍pH的能力

22、，建成最適pH的環境。 培養基中的營養物質的代謝，也可引起pH變化，發酵所用的碳源種類不同，pH變化也不一樣。四、pH的影響及其控制 3.發酵pH的確定和控制（1）發酵pH的確定 微生物發酵的合適pH范圍一般是在58之間，由于發酵是多酶復合反應系統，各酶的最適pH也不相同，因此，同一菌種，生長最適pH可能與產物合成的最適pH是不一樣的。最適pH是根據實驗結果來確定的，以菌體生長達到最高值的pH為菌體生長的最適pH。 四、pH的影響及其控制 3.發酵pH的確定和控制（2）pH的控制 首先考慮和試驗發酵培養基的基礎配方，配比適當，使發酵過程中的pH變化在合適的范圍內。培養基中含有代謝產酸（如葡萄糖

23、產生酮酸）和產堿（如NaNO3、尿素）的物質以及緩沖劑（如CaCO3）等成分，它們在發酵過程中影響pH。 在發酵過程中直接加酸或堿和補料 。 現在常用的是以生理酸性物質（NH4）2SO4 和堿性物質氨水來控制。 第六節 發酵產物的提取 提取過程：是指發酵液中的微生物代謝產物初步抽提、濃縮和純化。 提取方法：一般包括吸附法、沉淀法、溶劑萃取法、離子交換法等。一、吸附法 1. 概念： 利用適當的吸附劑（如活性炭，白土、氧化鋁等），在一定的pH下，使發酵液中的抗生素被吸附劑吸附，然后改變pH，以適當的洗脫劑（一般為有機溶劑）把抗生素從吸附劑上解吸下來，以達到濃縮和提純的目的，稱為吸附法。 一、吸附法

24、 2. 吸附法的優點： 操作簡單、原料易解決、成本低。 3. 吸附法的缺點： 吸附性能不穩定、選擇性不高、不能連續操作、勞動強度大。 二、沉淀法 1. 概念： 沉淀法是指利用某些抗生素具有兩性的性質，使其在等電點時從溶液中游離沉淀出來或在一定pH條件下，能與某些酸、堿或金屬離子形成不溶性或溶解度很小的復鹽，使抗生素從發酵濾液中沉淀析出，以及改變 pH等條件時，此種復鹽又易分解或重新溶解的特性，來提取抗生素的一種方法。 二、沉淀法 2. 沉淀法的優點： 設備簡單、原料易解決、節省溶劑、成本低、收率高。 3. 沉淀法的缺點： 過濾較困難、產品質量比溶劑法差。 三、溶劑萃取法 1. 概念： 利用抗生

25、素在不同的pH條件下以不同的化學狀態（游離酸、堿或成鹽狀態）存在，以及它們在水及與水不互溶的溶劑中溶解度不同的特性，使抗生素從一種液體轉移到另一種液體中去，以達到濃縮和提純的目的。這種提取方法稱為溶劑萃取法。 三、溶劑萃取法 2. 溶劑萃取法的優點： 濃縮倍數大、產品純度高、能進行連續生產、生產周期短。 3. 溶劑萃取法的缺點： 設備要求高、溶劑消耗大、成本較高。 四、離子交換法 1. 概念： 利用某些抗生素能離解為陽離子或陰離子的特性，使其與離子交換樹脂進行選擇性交換作用，再用洗脫劑（一般為酸、堿或有機溶劑）從樹脂上將抗生素洗脫下來，以達到濃縮和提純的目的。 四、離子交換法 2. 離子交換法

26、的優點： 成本低、設備較簡單、操作方便、節約大量有機溶劑。 3. 離子交換法的缺點： 生產周期長、pH變化較大。 第七節 發酵設備理想的微生物細胞生物反應器必須具備如下一些基本要求：（1）制造生物反應器所采用的一切材料穩定性要好，對微生物必須無毒 性，一般要用 不銹鋼制成；（2）密封性能良好，可避免一切外來的不需要的微生物的污染；（3）生物反應器的結構必須使之具有良好的傳質、傳熱和混合的性能；（4）生物反應器內壁及管道焊接部位平整光滑和無裂縫，以減少微生物的沉積，利于 清洗，消除滅菌死角；（5）所有的連接接口均要用密封圈封閉，不留“死腔”，任何接口處均不 得有泄漏；（6）攪拌器轉速和通氣應適當

27、；（7）對培養環境中多種物理化學參數能自動檢測和調節控制，控制的精確度高。 第八節 基因工程菌生長代謝的特點 菌體生長是菌體各成分尤其是生物大分子核酸和蛋白 質合成的綜合表現，通常用比生長速率來表示。 控制菌體生長對提高質粒的穩定性、減少代謝副產物的積 累、提高外源蛋白產率都有重要意義。 對菌體生長的調控主要有兩種觀點：一種觀點認為能量的供應決定了菌體的最大比生長速率；另一種觀點認為是小分子前體和催化組分（如RNA聚合酶、核糖體等）的限制決定了菌體的最大比生長速率。 這兩種觀點分別從能量和合成反應的前體這兩個不同的角度研究菌體的生長。一、菌體生長與能量的關系1.各種碳源通過有限的呼吸能力所能提

28、供的最大能量決定了菌體 在這種培養中的最大比生長速率。 2. 當菌體生長所需能量大于菌體有氧代謝所能提供的能量時，由 于呼吸鏈或三羧酸循環的功能不足，使部分乙酰輔酶A通過轉 化為乙酸來供能，菌體往往會產生代謝副產物乙酸。 3. 分批培養中選用不同的碳源，補料培養中控制補料速度，連續 培養中通過控制稀釋速率等培養方法，都能在一定范圍內控制 菌體的生長。二、菌體生長與前體供應的關系1. 在基礎培養基中加入氨基酸能使菌體比生長速率提高和蛋白合成增加。 2. 各個基因互相競爭共同的前體和催化功能。 第九節 基因工程在發酵工程中的應用 一、基因工程在抗生素生產中的應用 提高微生物產生抗生素的能力常用的方

29、法是用誘變劑單獨或復合處 理（如紫外線、化學試劑等）微生物. 80年代，分子生物學技術應用于結構比較復雜的次級代謝產物的生 物合成，并通過DNA重組技術，在適宜的宿主菌中將特定的抗生素基因 進行重組，產生了幾種新的“雜合”抗生素(hybrid antibiotic)。 當今已對一些抗生素的生物合成基因和抗性基因的結構、功能、表 達和調控有了較深入的了解， 1.抗生素生物合成基因的結構特點： （1）鏈霉菌抗生素生物合成基因組的一個典型特性是高G-C堿基組成，（G 十C）含量達70以上；三聯體密碼子中的第三個堿基的G、C比例極高。 （2）抗生素生物合成基因大多處于一個基因簇中，參與每種抗生素生物合

30、成的基 因為1030個，幾乎總是成簇存在的，不僅包括生物合成酶結構基因，也包 括抗性基因、調節基因、抗生素分泌和與胞外處理功能有關的基因。 一、基因工程在抗生素生產中的應用幾種典型的抗生素生物合成基因的結構 2.克隆抗生素生物合成基因的策略和方法： （1）在標準宿主系統中克隆檢測單基因產物。 （2）阻斷變株法。 （3）突變克隆法。 （4）直接克隆法。 （5）克隆抗生素抗性基因法。 （6）寡核苷酸探針法。 （7）同源基因雜交法。一、基因工程在抗生素生產中的應用 3.提高抗生素的產量 （1）增加參與生物合成限速階段基因的拷貝數 （2）通過調節基因的作用 （3）增加抗性基因 一、基因工程在抗生素生產中的應用 4.改善抗生素組分 許多抗生素產生菌可以產生多組分抗生素，由于這些組分的化學結構和性質非常相似，而其生物活性有時卻相差很大，這給有效組分的發酵、提取和精制帶來很大不便。隨著對各種抗生素生物合成途徑的深入了解以及基因重組技術的不斷發展，應用基因工程方法可以定向地改造抗生素產生菌，獲得只產生有效組分的菌種。一、基因工程在抗生素生產中的應用 5.改進抗生素生產工藝 抗生素的生物合成一般對氧的供應較為敏感，不能大量供氧往往是高產發酵的限制因素。為了使細胞處于有氧呼吸狀態， 傳統方法往往只能改變最適操作條件、降低細胞生長速率或培養密度。 利用重組DNA技術克隆血紅蛋白