第四届生物建模大赛微信投票开始

by admin on 2020年4月11日

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  (4)免疫

  乳酸菌与人类健康

欢迎大家来到模法世界之刻画入微直播间,一年一度的生物建模大赛正在火热进行中,还不快来给小伙伴儿们的作品微信刷票投票吗?那就先一起来欣赏一下大家的作品吧!

  1)免疫的概念

  乳酸菌是指一群可以利用发酵性糖类如(葡萄糖、乳糖等),并使之转变成乳酸的细菌。乳酸菌的种类繁多,到目前为止,这类细菌共发现了
59种,分别归属于乳链球菌及乳杆菌两大家族。

1.陈晶茹吴涵:诺如病毒(又称诺瓦克病毒)

  *抗感染的免疫概念(病原体、感染、非特异性免疫、特异性免疫)。

  从食品制造的观点而言,乳酸菌可以说是众多有益的微生物中最有价值的一群。它们在食品及饮料方面的应用相当广泛,例如,泡菜的制造,酱、酱油与葡萄酒的成熟过程,以及牛奶发酵制成的奶酪、酸奶等,都有乳酸菌的参与。

你,得过胃肠炎吗?如果你的回答是有过,那可能这个小家伙就是罪魁祸首诺如病毒。而当论文里的数据与skethbook
碰撞,我们没有想到,球体的对称结构,杯状凹陷,这个给人病患与痛苦的小家伙竟然有这样一副美丽的面容。

  *现代免疫概念——机体识别“自己”与“非己”并排除非己成分,从而维持自身稳定状态的过程(4个方面的表现:免疫防御——以病原体为非己;免疫监视——以肿瘤细胞为非已;免疫稳定——以体内衰老死亡损伤组织成分为非已;免疫排斥——以异体移植物为非己)。

  可供乳酸菌发酵的物质很多,但发酵后产品不一定都适于食用,其色、香、味及营养成分必须达到一定的价值水准,才值得开发推广成为乳酸菌发酵食品。牛奶,就是一种非常适于乳酸菌发酵的天然培养基,其糖分含量充足,蛋白质的质与量俱佳。因此,自古以来,在世界各地的许多国家都不约而同地出现了由牛奶、羊奶、马奶,甚至骆驼奶制成的乳酸菌发酵食品,其名称各异,但形态及制造原理大致相同。

2.石金田贾鹏郭豪玉:噬菌体

  2)特异性免疫的基本过程

  乳酸菌具有把奶类中的乳糖,分解成乳酸的功能,称为乳酸发酵。在形成乳酸的同时也产生其他一些酸类物质,从而导致了PH值的下降,当达到乳类蛋白质的等电点时(如牛奶蛋白质的等电点约在PH4.5左右),引起蛋白质的沉淀,使原来流动性较大的乳类,因凝固作用而变成类似果冻的胶状物,称之为“凝乳”。凝乳可直接食用,如北京人喜爱喝的酸奶。也可以进一步加工形成其他形态的产品,如西方人及游牧民族喜爱吃的奶油、奶酪等。

噬菌体(phage)构造分头部、颈部和尾部3部分。头部呈二十面体,内含遗传物质DNA;颈部包括颈环和颈须;尾部由尾鞘、尾管、基板、刺突和尾丝组成。

  *免疫反应(应答)的3个阶段——感应、反应、效应。(如下图)

  如今,随着现代微生物学的发展,利用乳酸发酵乳制品的产品的种类很多,产品的质量也得到了很大的提高,已经成为现代生活中不可缺少的食品。如现在市场上常见的“喜乐”“乐百氏”“双岐王”等均属乳酸饮料。

噬菌体在发酵工业中有极大危害,在生产过程中的噬菌体污染会造成几十上百万的经济损失。但是,噬菌体在检测技术上也有广泛的应用前景,可用于细菌的鉴定和分型、检测和控制致病菌、噬茵体展示技术等等。

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  乳酸菌发酵食品除了具有一般发酵食品的优点如改善风味,促进消化,增加营养价值之外,还具有特殊的医疗效果,乳酸菌对保持健康具有重要作用。摄取它与长寿有关系。最早发现这种作用的是俄国的生物学家梅奇尼科夫。它调查研究了保加利亚一些地区人们长寿的秘密,发表了长寿的原因是当地独特的饮料“保加利亚乳酸酪”,并且推论由于乳酸菌在肠道内生长,导致PH值下降,从而抑制了其他会产生不良物质的肠道细菌,因此具有整肠作用。

因此对噬菌体的研究具有重要的意义,本小组以此为出发点,制作噬菌体3D和实体模型。

  *再次受到相同抗原刺激时记忆细胞反应的特点(快速、强效、持续时间长。这也是预防接种的原理依据)。

  原来,人的肠内,特别是结肠里生存在各种细菌。这些菌具有帮助肠道进行消化吸收、防止杂菌侵入和繁殖等机能。对保持身体健康大有裨益。有时让刚刚出生的早产儿处于完全无菌的状态。但是,在这样的环境下,肠内的有益细菌也不能繁殖。因此,即使他们养育于保育器里,对杂菌的抵抗力也非常弱。

3.臧云娇

  *免疫反应的“特异性”是怎样决定的?

  如果这种无菌状态长期继续下去,会有一辈子也走不出无菌室的危险。所以,肠内细菌具有不容轻视的作用。

在一个个微生物的边缘,一条条丝线旋转,缠绕,彼此连结着对方,联结成一个系统,一张网络。

  (抗原、抗原决定簇、抗体、效应T细胞表面受体)

  肠内细菌类里有优势菌群
(双岐乳酸杆菌等)和劣势菌群二种,为了保证人的健康,两个菌群保持一定的平衡,但是,每当患了病或是因年岁大而体力一时衰弱时,就会失去这种平衡,使劣势菌得以抬头,引起肠内腐败,出现有毒物质。长此下去,就会加重肝脏、心脏、肾脏等器官的负担,加速老化。肠内细菌里优势菌群所占的比例,是衡量健康和老化程度的尺度。从体外不断地摄取乳酸菌,可以使肠内经常保持健康状态。

4.刘璐瑶刘思琪:酵母菌

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  乳糖缺乏症的患者因为体内缺乏乳糖分解酶,无法消化乳糖,故食用含有乳糖的食物
(如牛奶)后常造成腹泻,这种病例常见于美国黑人及东方民族。

酵母菌是一种单细胞真菌,是一种兼性厌氧菌。它的形状多种多样,有球形、卵圆形、椭圆形等等,它是人类直接食用量最大的一种微生物。

  *T、B淋巴细胞的产生

  乳酸菌饮料含有大量的有益于身体的乳酸菌,因此会使经过发酵的牛奶里的蛋白质变得易于消化吸收。因此,喝牛奶腹泻的人,可以放心地使用这种健身食品。

而我们选择画酵母菌的原因,不仅仅因为小小的它非常可爱,更因为酵母菌在生活中有着叫广泛的应用,平易近人!比如,我们在蒸馒头的时候会用酵母来发面,是我们的馒头更蓬松,柔软,这是利用了酵母菌在呼吸时产生了二氧化碳;与我们专业紧密相关的酿酒也会用到酵母,因为酵母在无氧呼吸时会产生酒精。而我们,将酵母菌作为参赛作品,也是想为了能让大家更好的了解酵母菌的结构。

  3)免疫系统

  除此之外,科学家还发现发酵乳中含有抑制胆固醇合成的物质,食用后可以减少血液中胆固醇的含量。

5.一池塘鱼组余施雨唐梓桐王璐艺

  *免疫器官(胸腺、骨髓、脾、淋巴结、扁桃体等)。

新萄京棋牌手机版下载安装,  由于乳酸菌在人体内具有如此多的好处,医学应用乳酸菌制剂(乳酶生)来治疗消化不良、肠道内菌群紊乱症。

真菌虽小,但很有用!

  *免疫组织(淋巴组织)。

  乳酶生系乳酸菌的活菌制剂,其中含有一定量的活菌,如若是合格的乳酸菌制剂每克内含活乳酸菌为2亿个以上。这些乳酸菌对人体的作用机制,主要是利用乳酸菌在肠道内生长发育,产生大量乳酸,抑制肠道内细菌丛的均衡繁殖。

6.吴慧雯:蓝色的鞭毛虫

  *免疫细胞(淋巴细胞、吞噬细胞等)。

  目前生产的乳酶生,常含有二种或二种以上的不同的乳酸菌。最常用的有嗜酸乳杆菌、保加利乳杆菌、乳链球菌等。乳酶生就是将乳酸菌培养在合适的条件下,待生长繁殖后,抽滤、取菌体加淀粉,经压片,低温储藏等过程而制成的菌体制剂。

我的这个作品的灵感来源于鞭毛虫。作为一种具有典型外观的微生物,鞭毛虫最显著的特点就是它的鞭毛。

  *免疫分子(抗体、淋巴因子等)。

  神奇的红茶菌

我选择用粗细两种线在塑料瓶的尾端做出鞭毛由粗到细的效果,并在瓶身上刻出尖刺作为鞭毛虫上较小的侧鞭毛。

  4)免疫功能失调的主要表现

  看到这个题目,你也许有点“丈二和尚——摸不着头脑”,因为作为一种养生健身饮料,红茶菌对你来说并不十分陌生,可是它却有着不同寻常的身世。

在塑料瓶内,我用两个塑料袋注水后嵌套,体现出鞭毛虫具有细胞壁和细胞膜结构,以小橡皮球作为它的细胞核,以切碎的橡皮作为其他细胞器。为了区分内外双层结构,我选择在内层滴加蓝色墨水,这也是我作品名字的由来。

  *过敏反应(过敏体质、过敏原、组织胺、常见过敏反应的表现)。

  19世纪前后,中国渤海湾周围地区曾是一派阡陌交通,鸡犬相闻,男耕女织,安乐祥和的景象。自古就崇尚养生之道的当地居民在饮茶的基础上发明了一种被称为“海宝”的饮料,它对人们的健康长寿大有益处。后来,帝国主义列强一次次地将战火引向这一地区,历经战乱的当地人民经常处于流离失所、饥寒交迫的境地,哪还顾得上养生之道呢?“海宝”在当地失传了,但是像许许多多中国的奇珍异品一样,它却成为帝国主义列强的“战利品”,被八国联军掠往国外渐渐地流传到俄国的高加索地区,成为那里家家户户常备的饮料,被称为“茶格瓦斯”。我们知道高加索地区是世界闻名的长寿地区,许多百岁老人不仅身体健壮,还能从事劳动。究其原因,除了其他因素外,朝夕饮用“茶格瓦斯”这一生活习惯越来越引起世人的注目。1971年,一位日本女教师从那里将这种神奇的饮料带回国,日本人把它命名为“红茶菌”,并使其不仅风靡日本,而且迅速传到台湾、香港等地,随后又传到了新加坡、美国、加拿大等几十个国家和地区。70年代初期,红茶菌的菌种又从日本重新传回中国,并很快风行一时。你看,红茶菌的这段身世和麋鹿是多么地相象!

  1. 陆雨洁 杨欣雨

  *自身免疫性疾病。

  那么红茶菌到底是一种什么东西,它对人体究竟有哪些好处呢?微生物学的研究揭开了这些秘密。

这幅作品是用绘图软件Auto
CAD绘制出来的,内容是人体内的细菌被吞噬细胞及B细胞消灭的过程,同时体内也有一些对人体有益的菌类存在。

  *免疫缺陷性疾病(先天性免疫缺陷病、获得性免疫缺陷病、AIDS—艾滋病、HIV及AIDS的主要传染途径与预防措施)。

  红茶菌培养物中,含有大量醋酸菌、酵母菌和乳酸菌。其中又以醋酸菌和酵母菌为主。

  1. 蝌蚪形噬菌体杨欣宇

  5)免疫学的应用(免疫预防、免疫诊断、免疫治疗、器官移植)

  红茶菌中的酵母菌,主要是啤酒酵母,醋酸菌则主要是胶膜醋酸杆菌,乳酸菌主要是乳酸杆菌。以下简单介绍一下这三种微生物的形态、生理特征。

我很贫穷

  *获得特异性免疫的途径。

  1.啤酒酵母:啤酒酵母大量存在于红茶菌培养液中,有人报道,每毫升培养液含酵母菌992万个。啤酒酵母在分类上属于真菌子囊菌纲酵母属,是酿酒、发面中主要的菌种。其细胞圆形、椭圆形或腊肠形,大小不一,宽度1~5微米,长约5~20微米,芽殖后的细胞可连接成树枝状的假菌丝。

除了核酸和蛋白质外一无所有

  *预防接种(原理)。

  啤酒酵母与其他酵母一样,喜好酸性环境,最适生长温度28~30℃,但啤酒酵母具有发酵快、产气多,营养成份多的特点。

我也很富有

  *疫苗、抗毒素、类毒素、外毒素、内毒素。

  啤酒酵母在糖茶水中繁殖后,产生大量代谢产物,包括各种维生素、氨基酸以及蛋白酶、肝糖酶、辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ、辅酶A等多种消化酶类。

将宿主细胞的原料据为己有

  *给病人注射抗体提高患者抗感染能力、注射胸腺素促进T细胞分化、成熟,增强T细胞功能。

  2.胶膜醋酸杆菌:又名膜醋酸菌,木醋酸菌,是红茶菌中厚膜的主要成份。

我的形态不一

  微生物与发酵工程

  膜醋酸菌是革兰氏阳性杆菌,菌体大小约0.6×2~3微米,能形成链并互相连结成膜,其细胞壁的主要成份是纤维素,故形成的膜具有一定的韧性。我国民间酿醋用的“醋蛾子”,主要是这种醋酸菌。

有时我化为蝌蚪

  (1)微生物类群

  膜醋酸菌是需氧菌,在有氧条件下,将葡萄糠氧化成葡萄糖酸,再进一步氧化成酮葡萄糖酸,酮葡萄糖酸是维生素C的前体,因此,红茶菌液中含有大量的维生素C,据分析,每100毫升红茶菌液虽,可含维生素C10~30毫克。此外,膜醋酸菌还可将乙醇转化成醋酸、乳酸,增加培养液的酸度。

有时我长成细杆

  ①微生物种类

  膜醋酸菌也适宜在酸性环境生长,最适生长温度25-30℃,生长温度范围7~40℃,在55℃温度下,10分钟就能致死,故培养红茶菌时,必须待茶水凉后才能倒入培养缸中。

有时我也会变成微球

  ②微生物代谢类型

  膜醋酸菌单独培养时,虽也形成菌膜,但只在与酵母菌共同培养时,才能形成红茶菌中的肥厚菌膜。因此说,红茶菌主要是膜酸菌与酵母菌的共生体。膜醋酸菌生长,使环境变酸,有利于酵母菌的生长,同时,酵母菌的代谢产物维生素、氨基酸等,又能为醋酸细菌提供生长素;酵母菌的菌体自溶后,可为醋酸菌提供蛋白质,酵母菌产生的乙醇,也可供醋酸菌利用。总之,酵母菌的生长,为醋酸菌提供了丰富的营养物质。

有人爱我

  同化类型:

  3.乳酸杆菌:乳酸杆菌有多种,常见于酸牛奶,青贮饲料中,它们都是革兰氏阳性、无芽孢的杆菌,菌体细长,单个或成链排列,有时可形成长丝状。乳酸杆菌是微需氧菌,适宜在酸性环境中生长,最适生长温度一般为28~30℃,发酵糖时可产生乳酸、醋酸、乙醇等。

因我能帮助人类治疗疾病

  自养型:如硝化细菌、蓝藻……

  以上三种微生物的生命活动,使培养液中含有大量葡萄糖酸、乳酸、乙酸、乙醇等有机酸和醇类,并含有多种维生素、氨基酸和消化酶类,这些物质大多具有促进新陈代射,调整胃肠功能,帮助消化的作用。此外,乳酸菌、醋酸菌在发酵中还可产生乙酸乙酯,使培养液具醇香味;酵母菌发酵中产生大量CO,使培养液具有气感。因此,除了富有营养价值外,红茶菌培养液

有人恨我

  异养型:如大肠杆菌、乳酸菌、放线菌、真菌、草履虫……

  2还兼有酸梅汤、桔汁和汽水的特点,酸甜适度,清凉爽口,红茶菌培养液中含有大量有机酸,又含有茶水中的单宁物质,使一般腐败细菌不能在其中生长,而“红茶菌”中的三种微生物,却能在这种条件下生长自如。因此,培养正常的“红茶菌”中,一般不生长其他杂菌。

因我使工业生产遭受损失

  异化类型:

  被称作小型制药厂的大肠杆菌

悄悄告诉你,我是噬菌体

  需氧型:如硝化细菌、草履虫……

  一谈到大肠杆菌,总令人有“不干净”的感觉。这或许是因为大肠杆菌一向混杂在动物或人类的大便中的缘故。

9.伍文婕

  厌氧型:如大肠杆菌、乳酸菌……

  如果从饮水或游泳池检查出大肠杆菌的话,则表示水质曾受到粪便的污染,而且大肠杆菌的数量越多,表示受污染的程度越严重。

我的作品是人体内部六种不同类型的细胞图以及这几种细胞的功能与构造,它们分别是巨噬细胞,树状细胞,T细胞,肥大细胞,巨核细胞,癌细胞。

  ③微生物的生殖类型多样

  不过,大肠杆菌绝非肮脏的细菌,虽然它们中有些特殊的种类会引起痢疾,但大多数都没有毒性,不会引起疾病,而且还可以帮助人体合成多种维生素和氨基酸呢!

由于手头资源很少,我只能把这几种不同的细胞图和相关的描述写在白纸上,所以没有办法建立体模型,只能纯手写。

  无性生殖:

  尤其是某些大肠杆菌,已证实具有极高的安全性,是生化技术中不可缺少的细菌,可用于遗传工程中“遗传因子”的重组技术,使大肠杆菌制造出人体生长的激素、胰岛素、干扰素、以及流感病毒疫苗和乙型肝炎疫苗等多种药物。大肠杆菌,使药物合成的生产进入了一个崭新的时代。

  1. 尹子瑞霍润甜

  分裂生殖:如细菌……

  那么,什么叫遗传工程呢?首先我们要谈谈细菌的质粒。

发酵是一种古老、传统的食品储存与加工的方法,凡利用微生物的作用而制得的食品都可以称为发酵食品。乳酸菌是发酵食品最主要的有益微生物之一,人类对于乳酸菌的应用历史非常久远,在远古人类就在酿造食品方面不自觉地利用了乳酸菌。

  出芽生殖:如酵母……

  我们知道在生物的染色体中贮存着它们生命活动所必须的遗传信息,脱氧核糖核酸(DNA)是遗传的物质基础。但在某些细菌中,如大肠杆菌,除了呈裸露状态的染色体(DNA)外,还存在着一种染色体外的遗传因子,称为质粒。它是一种共价闭环结构的双螺旋DNA分子,每个细菌体内有一个或几个存在。在质粒DNA分子中除了带有它本身复制、转移所必须的基因外,不同的细菌质粒还分别带有使宿主细胞获得某些特殊遗传性状的基因,例如致育性、抗药性、产生抗生素等。这些功能对于细菌的生命活动不一定都是必须的,因而当质粒从细胞中消失后,并不影响细菌在正常条件下的生命活动。

乳酸菌不仅可以提高食品的营养价值,改善食品风味,提高食品保藏性和附加值,而且乳酸菌的特殊生理活性和营养功能,正日益引起人们的重视,其生理功能与机体的生命活动息息相关。

  孢子生殖:如真菌、放线菌……

  人们最早发现的细菌质粒是大肠杆菌的性因子
(也叫致育因子),以后陆续发现了产生大肠杆菌素因子及抗药因子等。

11.梁浩

  有性生殖:

  遗传工程又叫基因工程或称重组DNA技术,它是从分子生物学,特别是细菌质粒,限制性内切酶等方面的研究成就中发展起来的一个十分重要的新领域。所谓基因工程,就是应用酶学方法,把一个外源的目的基因
(我们希望得到的性状的基因)与细菌质粒
(做为目的基因的运载体)连接起来,成为一个重组的DNA分子,再把它引入细菌细胞中使之增殖并进入子代细胞,而子代细胞则成为能表达目的基因所决定的性状的新菌种。换句话说,通过体外的基因重组,可以人工创造出新的生物物种,为人类服务。

这个模型是关于mRNA的翻译的,主要包括核糖体与mRNA结合并开始翻译产生多肽链的过程。

  配子生殖:如衣藻……

  遗传工程的主要步聚

mRNA、核糖体(大亚基和小亚基)和多肽链我使用的是不同颜色的橡皮泥,并且用了不同的颜色表示mRNA链上的四种碱基。ps:右上角的氨酰-tRNA是赠送的。

  (2)细菌、放线菌、病毒

  (1)用限制性内切酶把作为载体的质粒切开(一个切点或几个切点,有些酶能把质粒切成具有粘性末端的直链分子)。

12.褚凤娇李沂馨钟先格肖琪

  ①细菌

  (2)用内切酶或其他方法分离目的基因。

潮湿而又阴暗的生存环境,即使没有阳光,真菌也能够凭借着自身的优势而生长。

  形态结构:球形、杆形、螺旋形。

  (3)让具有相同粘性末端的运载体质粒和目的的基因混合,使它们以氢键共价配对。

当真菌在恶劣的环境中探出纤小的脑袋时,并不是一个独立的个体,而是一团相互拥簇在一起的真菌。这是它们团结的精神,面对困难,不退缩,不放弃。

  细胞壁——与植物的细胞壁成分不同。

  (4)用连接酶使目的基因和运载体质粒连接成为新的重组DNA分子。

真菌不能自己制造养料,只能利用外界条件来生长,它们能够和所依赖的生物和谐相处,这是其生存的原则,也是大自然的奥秘之所在。

  细胞膜——生物膜结构。

  (5)把重组的质粒转化到受体菌中。

13.黄雨婕江安杜宇轩圣弟青

  细胞质——有核糖体、质粒及贮藏颗粒等。

  (6)筛选和鉴定出带有重组DNA的转化子。

一些水生菌借助鞭毛在水体中运动,一些菌的鞭毛可能有菌体的好几倍长,鞭毛根生马达蛋白,呈旋转鞭毛前进。

  核质——细菌的遗传物质,决定细菌的遗传特征。

  利用遗传工程技术把高等动物的基因引入细菌细胞,根据细菌繁殖速度快、周期短等特点,由细菌来生产高等动物的产物。换句话说,即可以利DNA重组技术来培育“工程菌”,建立“细菌工厂”,通过发酵途径,大量而廉价地生产人类所必需的有价值的动物来源的产品。下面举几个以大肠杆菌制成的药剂:

这是一个双端丛生鞭毛的大肠杆菌,后方其实放置了一个电动的螺旋桨,可以旋转演示鞭毛在马达蛋白作用下运动形式,上方是伞毛、菌毛,与运动无关,很短且在细胞上数目很多,在某些情况下,它能使细胞附着于静止的表面,或在液体表面形成菌膜或浮膜。

  特殊结构:荚膜、鞭毛、芽孢。

  (1)哺乳动物脑下垂体分泌的生长激素释放因子,是一个由1千个氨基酸组成的多肽,具有广泛的生理作用,能调节机体的生长,对肾炎、糖尿病和急性胰腺炎等都有治疗作用,是一种非常贵重的药剂。本来要取得5mg的这种激素,需要从50万头羊脑组织中提取,价格十分昂贵,1977年有人成功地把人脑激素
(生长激素释放抑制因子)的基因转移到细菌体内,用遗传工程创造出“工程菌”,就等于建成了一座“细菌工厂”,可以从细菌发酵液中得到这种激素,估计只要9升大肠杆菌的培养液就可以得到5mg,价格便宜了很多,这是第一个用DNA重组技术进行商品化生产的例子。

为了增加趣味性,结合该模型是模拟水生菌运动情况,我们做的模型向鱼型靠拢,伞毛和鞭毛类似鱼鳞和鱼鳍,除了手残之外,貌似还挺有趣哒,所以我可以拥有你的一票嘛?

  繁殖:二分裂方式增殖。

  (2)胰岛素是一个由50个氨基酸组成的多肽,为治疗糖尿病的药物,通常胰岛素是从猪、牛等动物胰脏中提取的,大约8000吨的胰脏才能够获得1公斤的胰岛素。靠动物胰脏提取来生产胰岛素药品不仅成本高,而且也满足不了全世界大约六千万糖尿病人的急需。此外,动物胰岛素与人胰岛素的分子结构不完全相同,病人长期使用还会引起抗原性反应。1978年有人首先将人的胰岛素基因转移到大肠杆菌中并成功地表达,用“细菌工厂”生产人的胰岛素,不仅降低了成本,产量也得到了迅速的增长,而且长期使用无副作用。利用“细菌工厂”生产胰岛素开创了药物生产的新局面。

  (生长→核区DNA复制→形成隔膜)

  (3)乙型肝炎疫苗

  *菌落:在固体培养基上从单个菌体开始,分裂增殖形成的细胞群。

  乙型肝炎病毒能侵染人和猿类,其广泛传播会严重地影响人类的健康,抗生素等抗传染药物对其都无疗效。因此,人们渴望获得乙型肝炎病毒疫苗。但是,由于引起这种疾病的乙肝病只能在人体肝脏中增殖,人们不能够获得大量病毒来制造疫苗。1980年法国科学家以从乙型肝炎病毒中分离出它的表面抗原基因,并使其和真菌的质粒DNA重组后转入大肠杆菌体内,结果获得了功能性表达。这种表面抗原是一种蛋白质,可以用来制造乙型肝炎疫苗用于预防乙型肝炎病。目前已经有许多药物都能够用工程菌进行制造了。

  ②放线菌

  总之,遗传工程的发展使药物的生产找到了新的途径。可以预料,凡是人体内的各种激素以及防御系流产生的各种免疫物质等都可通过遗传工程的途径来获得,这也给肿瘤等疾病的防治带来了希望。此外,还可通过遗传工程方法使抗生素、维生素等药物的生物合成能力成倍甚至成百倍地增长,给人类带来巨大的经济效益。

  形态结构:原核单细胞的分枝状菌丝体。

  在古代的神话中,人们常常把超越现有生物能力的人称为神仙。在那些虚构的神仙身上都寄托了人们发挥超越自己能力的愿望。“细菌工厂”可以说是一种实实在在的神仙。它们的出现必将给人类的生活生产以及各种社会活动带来巨大的改变。

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  抗生素的生产

  繁殖方式:产生孢子。

  自从1928年弗莱明发现青霉菌的杀菌现象以后,至今已有70年了,而弗洛里和蔡恩首次成功地提纯青霉素也已经整整50年了。这半个世纪的历史充分证明这一发现为人类带来的利益是无与伦比的,堪称文明史上最伟大的发现之一。

  生产抗生素的主要来源

  青霉素刚刚被临床使用时,人们便清楚地看到了它的巨大价值,许多化学家和生物学家投身这项工作,一方面完善和改进青霉素的生产技术,另一方面积极寻找新的抗生素。到目前为止,几乎找到了2000多种不同的抗生素,而且每年都有新品种发现和出产。产量也完全能够满足各种需要。这种当年贵似黄金的“神药”何以能变为一般的普通药物呢?这得归功于现代医药生产技术的进步。

  ③病毒

  那么现在是怎么样生产各种抗生素的呢?基本上有两类方法:一类是发酵法。就是用微生物在发酵罐中生长、产生抗生素,然后再分离纯化这些抗生素的方法;另一类是化学合成法。首先将需要合成的抗生素的化学结构分析清楚,然后按照这个结构去进行化学合成,实践表明,这种化学合成的抗生素也是具有良好抗菌作用的物质。

  结构:

  作为基本的抗生素生产技术,微生物发酵法依然发挥着巨大作用,而日常使用的抗生素大部分还是利用微生物发酵法进行生产的。只是某些利用发酵法无法制得、或者希望在天然抗生素基础上再加强某些作用时,方才使用化学合成法制造抗生素,这种方法产量低而且成本高。

  复习“噬菌体”:

  现在,青霉菌和链霉菌是生产抗生素的主要菌株。尤其是链霉菌,它可以生产数百种抗生素,简直是一架天然的抗生素机器,受到医药界的青睐。

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  青霉菌,就是70年前,弗莱明首次观察到有杀伤细菌作用的那种微生物。它是一种霉菌,在自然界分布很广,无孔不入,而且生命力极强,在环境很恶劣的情况下也能生存下来,它常常给科学家们捣蛋,造成实验室的污染,有时钻进温箱,建立自己的根据地,有时钻进细胞培养瓶,把科学家辛辛苦苦培养起来的细胞弄得一塌糊涂,使他们不得不从头做起。不过这种破坏活动偶而也会给科学家带来幸运,例如,弗莱明就是从青霉菌的破坏活动中做出了划时代的发现,使它由破坏分子变为造福人类的功臣。现在,制药厂仍然使用青霉菌来制造青霉素,以满足医疗实践中大量的需要。

  无囊膜病毒——核衣壳

  链霉菌是放线菌中的一员,多分布在土壤里。它生长旺盛时形成放射状排列的细丝,没有霉菌那样的细胞核,尽管长得像霉菌,但本质上却还是属于“原核生物”,与细菌的特性更加接近。

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  1940年以前就有人曾注意到链霉菌能产生抗菌物质,但没有引起重视。直到发现了青霉素、并开始使用青霉素后,人们才重新注意起链霉菌产生抗菌物质的特性来。首先美国的S.A.瓦克斯曼从灰色链霉菌中分离出具有抗结核杆菌作用的链霉素,改变了结核病无药可治的局面,给无数结核病患者带来了福音。直到今天链霉素仍然是治疗结核病的首选药物之一。后来陆续从链霉菌中分离出了400余种抗生素,其中20种左右投入市场,其中的佼佼者是:链霉素、土霉素、氯霉素、红霉素、新霉素等。

  噬菌体的增殖:吸附→侵入→复制、合成→组装→释放。

  抗生素的生产仍然是当前医药界的重要任务之一。由于许多种微生物对已有的老药可以产生不同程度的抗药性,就是说久而久之对这些药产生了“免疫力”,一些过去很有效的抗生素如今效力下降,有的甚至完全失效。这就需要不断有新的抗生素出场,取代已经失效的老抗生素,去完成杀灭有害微生物、保护人类健康的神圣使命。

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  遗传工程的明星:噬菌体与大肠杆菌

  (3)微生物的营养

  世纪之交总是多事之秋。 19世纪末、20世纪初出现了经典物理学理论的危机,和以普朗克的量子论和爱因斯坦的相对论为代表的新物理学革命。这次科学风暴扫除了旧时代思想的阴云,迎来了新世纪文明的曙光,深刻地影响了本世纪学术界和社会公众的思维方法和行为规范。时值20世纪90年代的今天,一场新技术革命的浪潮正波澜壮阔地在全球范围内展开,校园里在谈新浪潮,街道边有人在说高技术。究竟是什么样的高技术如此让人着迷呢?关于高技术的说法有好多种,包括的门类也有差异,但有两项则是公认的,势必领导下一代产业的技术:微电子技术和生物工程技术。

  *营养物质——维持生物体生命所必需的外源物质。

  生物工程技术是指那些运用生物学原理和方法结合现代工艺进行产品开发与生产的技术。它包括4个主要领域:遗传工程,细胞工程,酶工程和发酵工程。而其中的核心则是遗传工程。什么是遗传工程呢?就是将其他生物的遗传物质引入某种生物细胞,不同程度地与细胞中原有遗传物质整合在一起,它们共同作用,从而使细胞产生出新的性状的技术,它也被称为基因重组技术。

  *营养——生物摄取营养物质的过程。

  为什么说在这项技术中,噬菌体和大肠杆菌是明星呢?请看看遗传工程的历史,便不难理解这一点了。

  ①微生物需要的营养物质及功能

  1977年,美国科学家将动物的一种激素——生长素释放抑制因子的基因转入了一种从动物肠道里分离出的杆菌——大肠杆菌的细胞里,并使大肠杆菌生产出了这种激素。这种激素可用来治疗肢端肥大症和高血糖症。这种激素在正常情况下分布在动物的下丘脑,以往要生产5毫克这种激素,需用50万只绵羊的脑子,可见这种药是价值连城的,人们几乎用不起它。而用遗传工程方法生产同样的激素,只要用9升细菌培养液就可生产出5毫克产品。同年5月,美国加州大学把老鼠的胰岛素基因转入大肠杆菌中,结果使大肠杆菌产生了老鼠的胰岛素。这就是遗传工程,用细菌生产动物的激素,这样做既简便,又经济,而完成这一重大使命的细菌就是我们的明星之一——大肠杆菌。

  水、无机盐、碳源、氮源、生长因子。

  大肠杆菌一般生活在人和哺乳动物的肠道里,一般不致病,是身体正常菌群的成员之一。在体外也很容易存活,在一般的培养基上就能很好地生长。遗传工程学家之所以选中了它,除了其生物学特性外,容易获得、容易培养也是重要的原因。

  碳源——提供C元素的营养物质。

  我们要谈的另一个明星——噬菌体在遗传工程中扮演什么角色呢?噬菌体是专门在细菌中生活的一种病毒,有一类噬菌体侵入细菌体后,快速增殖,并裂解细菌,这种噬菌体叫做烈性噬菌体;另一类噬菌体感染细菌后,不但不使细菌破坏,而且能随着细菌细胞一块继续分裂,这种噬菌体叫做温和噬菌体。噬菌体还有一个特点就是具有专一性,一种噬菌体只在一种细菌中生活,而不能在另一种细菌中生活,人噬菌体是一种大肠杆菌的温和噬菌体,它是遗传工程中极好的载体分子,就是担当把动物的基因搬运进大肠杆菌细胞的搬运工角色。如果没有它,遗传工程就无法正常运转了。

  自养型——利用无机C源(化能自养,光能自养)。

  可见遗传工程是前景光明、用途非常广泛的新技术,而这项技术主要是依靠微生物的作用而发展起来的。微生物在生命科学中的重要地位在此又得到一次证明。

  异养型——必需有机C源(也是能源)。

  除了大肠杆菌和噬菌体,已有不少其他微生物随后进入了遗传工程领域,例如,枯草杆菌、酵母菌、玉米黑粉菌等。微生物还将在遗传工程中发挥更大的作用。

  氮源——提供N元素的营养物质。

  相依为命,情深意长

  *常用N源——NH、NO、尿素等。

  这个题目听起来颇有感情色彩,似乎是用来描写人间情义的。可为何在描写微生物的书里面会用上这样的词汇呢?当你读完这一段故事也许就会同意这个题目了。

  [含C、H、O、N的有机物,是碳源也是氮源;硝化细菌以NH3或NO为氮源,也是能源;固氮微生物能以N2为氮源]

  在整个生物世界,各种生物类群彼此之间都存在着千丝万缕的微妙关系,它们都不是孤零零地生活在地球上的。微生物也是一样,它们常常与动物、植物或者其他微生物共同生活,形成密切的关系。

  生长因子——微生物生长所必需、自身缺乏合成能力的微量小分子有机物(某些氨基酸、维生素、含氮碱基等)。常用动植物组织提取液、酵母膏、蛋白胨等提供。

  前面,我们已经知道许许多人和动植物的疾病是由微生物引起的,但这些致病的微生物在所有的微生物中只是一小部分,而绝大部分微生物还是无害的。我们的科学尽管已经很发达,但要满足我们彻底认识大自然、认识生命、认识微生物还远远不够。许多已经存在的微生物,我们还不认识,已经发现的许多微生物与我们人类的关系也还不清楚。认识是无止境的。有一类现象给我们以深刻的启示,它提醒我们要学会全面、辩证地看待微生物与人类及动、植物的关系。

  ②培养基配制原则

  科学家们发现,在我们每一个健康人的皮肤上、口腔里、胃肠道、呼吸道等器官里都生活着成千上万,甚至数也数不清的微生物,而胃肠道里面的微生物数量和种类最多,如果把胃肠道里的微生物全部集中起来称一下,它们足有1公斤重呢!谁会想到呢?自然界真是太奇妙了!但这些微生物与我们友好相处,不引起疾病。它们靠我们体内的营养而生活,同时也给我们帮些忙,有些细菌帮助人体消化那些靠胃和肠不能完全消化的东西;有些细菌帮助分解某些有毒的物质,以防人体中毒;有些微生物还能产生某些维生素供给人体、以保证健康;还有些微生物等等,它们的功绩还有许多。如果什么时候,体内的这些微生物的某些成员减少了,我们反倒会生病呢!你看,我们已经离不开它们了。

  目的明确、营养物质协调、pH值适宜。

  在其他动物的体表和体内,也与我们人类一样,存在着许多的微生物,它们共同生活,互相帮助,非常愉快。

  *营养问题:

  在植物里面,这种情况也很普遍。在豆科植物的根部生长着一种细菌,叫根瘤菌。它一方面靠这些豆科植物提供养料,另一方面能够把空气中的氮气直接转化为植物能够利用的合成蛋白质的原料,使这些植物得以茁壮成长。而一般植物是无法直接利用空气中的氮气的,它们只能利用土壤里面的氮来合成自己所需要的蛋白质,而土壤里的氮远远没有空气中的氮丰富,尤其是那些不太肥沃的土地含氮量就更少。这种根瘤菌也被叫做固氮菌,现在这种菌深受农业科学家的青睐,他们希望把这些奇特的宝贝细菌结合到豆科以外的其他作物上去,这样,产量就会大幅度提高,但要实现这一点,还有困难。但总有一天,人类会把细菌的这种优点进一步扩大,为我们的生活带来更多的财富,那时,我们将和微生物的感情更加深厚。

  高浓度蔗糖能抑制微生物生长。

  抗生素的其他用途

  C/N比影响代谢:细菌C/N=4时生长较快,真菌C/N=10时生长较快。

  抗生素作为化学治疗剂在医学临床上,挽救了许多人的生命,取得了辉煌的成就。据报道,40年代以前,金黄色葡萄球菌败血症的病死率约为
75%。现在,抗生素可以控制95%以上的细菌感染病。除此之外,抗生素在工业、农业、畜牧业等方面,都有着广泛的用途。

  谷氨酸发酵生产,C/N=4时繁殖快、产物少;C/N=3时繁殖慢、产物多。

  1.抗生素在兽医临床上的应用

  *pH值问题:

  早在50年代,抗生素已广泛用于兽医临床,防治畜、禽的感染,同时也可以防治牲畜疾病对人的感染,并取得了良好的效果。例如青霉素用于治疗猪丹毒。肢原体引起的猪哮喘,是兽医临床上的常见病、多发病,过去应用四环素类抗生素进行冶疗,但较难根治。后来用林可霉素与壮观霉素合并治疗,获得了较好的效果。鸡球虫病是危害雏鸡较为严重的病患之一,近年来用盐霉素和莫能霉素进行治疗,效果良好。盐霉素和莫能霉素是专供畜、禽使用的抗生素,不能供医学临床使用。此外,治疗后的畜、禽体内残留有抗生素,须停药一段时间后才能宰杀,以防残留的抗生素危害人体。

  细菌适宜pH≈6.5~7.5。

  2.抗生素在畜牧业上的应用

  放线菌适宜pH≈7.5~8.5。

  抗生素在畜牧业上的应用,不仅用于防治畜禽疾病,还能作为畜、禽饲料的添加剂,它可以提高畜、禽产量并节约饲料。各种抗生素产生菌的废菌丝中,残留有少量抗生素,将其加工成为饲料添加剂,兼有刺激幼小畜禽生长和控制畜禽传染病的作用。据报道,用抗生素喂猪仔(生后2周起到8周断奶止,每头每日喂20毫克),仔猪增重比对照组高10%。鸡饲料中加入一定量的金霉素、土霉素或青霉素(每公斤饲料中加入5~50毫克),一般增重速度比对照组高5%~10%,可节省饲料5%。

  霉菌、酵母菌适宜pH≈4.5~6.0。

  3.抗生素在食品工业中的应用

  ③培养基种类

  鱼类、肉类、牛奶、水果等食品常因微生物污染而导致变质、败坏。常用冷冻、干燥、腌渍、消毒灭菌等方法保藏食品,这些方法易降低营养价值,并影响色、香、味,有些方法成本较高或处理不便,不能及时快速简便将食品保存起来,利用抗生素可方便,快速达到保藏食品的目的。例如,制霉素可用于柑桔、草莓的保藏,四环素类抗生素可用于肉类、鱼类的保藏。另外,抗生素还用于罐头食品的防腐剂,已应用的有乳酸链球菌素,泰乐素等。

分类依据

类型

主要用途

物理性质

   

固体

鉴定菌种

 

半固体

保留菌种

 

液体

发酵生产

 

化学性质

   

合成(成分已知)

鉴定菌种

 

天然

发酵生产

 

半合成

发酵生产

 

特殊需要

   

选择(利用特殊成分)

抑制杂菌、促进所需菌生长

 

鉴别(利用特殊指示剂)

鉴别某些微生物

 

  4.抗生素在作物保护上的应用

  *加青霉素——抑制细菌、放线菌,培养真菌。

  作物病害,如小麦锈病、稻瘟病、甘薯黑疤病、柑桔溃疡病等均可用抗生素防治,应用有内吸作用的抗生素效果最佳,内疗素就是一种防治作物病害的内吸性抗生素。此外,真菌病害常见于多种作物,例如像胶树切割口极易感染真菌病害,使用制霉菌素,灰黄霉素等在防治真菌病害上取得了良好效果。

  *高浓度NaCl——抑制多种菌,培养金黄色葡萄球菌。

  抗生素的危机

  *伊红-美蓝培养基——鉴定大肠杆菌(菌落紫黑色金属光泽)。

  自1928年亚历山大·佛来明发现青霉素以来,人类与微生物一直在竞赛。在这场竞赛中,领先者不断改变着。1946年,即抗生素在二战中广泛应用仅5年后,医生们发现,青霉素对葡萄球菌不起什么作用。这没有难倒药物学家,他们发明或发现新的抗生素,这使得当一种抗生素无效时,另一种抗生素仍能攻击抗药的菌株。新的抗生素以及合成的经过改进的老抗生素,在和突变型菌株战斗时仍能守得住阵地。最理想的是能找到一种连突变型也怕的抗菌。这样就不会有一种病菌能活下来来进行繁殖了。过去已经制出一些可能有这种效果的药。例如,1960年曾制出一种变异的青霉素,称为“新青霉素Ⅰ”它是半合成的,因为病菌对它的结构很生疏,细菌中像“青霉素酶”这样的酶不能分解它的分子,不能破坏它的活性。青霉素酶是钱恩最先发现的,抗药菌株靠它来对抗普通青霉素。因此,新青霉素Ⅰ就能消灭那些抗药的菌株。可是没过多久,抗合成青霉素的葡萄球菌菌株又出现了。

  (4)微生物代谢

  令人头疼的是,只要有新药出现,就会产生新的细菌变种。竞赛就这样进行着。在整个竞赛中,总的说来,药物略略领先,如结核、细菌性肺炎、败血症、梅毒、淋病和其他细菌性传染病已逐步被征服。不可否认,有些人死于这些疾病,而且至今仍有人因这些疾病而死亡,但人数毕竟不多,而且死亡的原因,多半是在使用抗生素前,细菌已破坏了他的致命系统。

  1)代谢速率高

  细菌的确很精明,特别是它们的进化方式。细菌对抗生素产生抗药性的原因与达尔文的自然选择学说正相吻合,譬如说,对一个细菌菌落使用青霉素后,大多数细菌被杀灭,但偶尔也有极少数细菌具有使它们自己不受药物影响的突变基因。这样,它们幸运地活了下来。接着,细菌变种把自己的抗药基因遗传给后代,每个细菌在24小时内能留下16777220个子孙。更为险恶的是,变种还能轻而易举地将自己的抗药基因传给无关的微生物,传递时,一个微生物散发能吸引另一个细菌的一种招惹剂,两个细菌接触时,它们打开孔,交换称之为胞质基因的DNA环,这个过程叫做不安全的细菌性行为。通过这种交配方式,霍乱菌从人肠内的古老的普通大肠杆菌那里获得了对四环素的抗药性。

  主要原因是:相对表面积很大(表面积/体积),物质交换速率很高。

  斯坦福大学的生物学家斯特利·法尔科说,有迹象表明,细菌是“聪明的小魔鬼”,其活动之诡秘连科学家们也从未想到过。例如,在妇女服用四环素治疗尿道感染的时候,大肠杆菌不仅会产生对四环素的抗药性,而且会产生对其他抗生素的抗药性。利维说:“几乎是,好像细菌在抵抗一种抗生素的时候,就能很策略地预料到会遭到其他类似药的攻击。”

  2)代谢产物

初级代谢产物

次级代谢产物

生长繁殖所必需(原生质必要组成物质)

非生长繁殖所必需(常影响环境中其他生物)

各种菌共同的产物,化学结构较简单

每种菌独特的产物,化学结构较复杂

如:氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等

如:抗生素、色素、毒素、“激素”等

  3)微生物代谢调节

  酶合成的调节(基因水平的调节):

  例:大肠杆菌利用碳源的调节(实验)。

碳源

菌体代谢

结论

     

葡萄糖(+)
乳 糖(-)

分解葡萄糖

 

葡萄糖(+)
乳 糖(+)

只分解葡萄糖

 

葡萄糖(-)
乳 糖(+)

分解乳糖

分解葡萄糖的酶是“组成酶”,分解乳糖的酶是“诱导酶”(乳糖是诱导物)

  组成酶:只受基因控制表达合成,总存在。

  诱导酶:诱导物诱导基因表达合成。

  意义:保证不合成多余的酶,避免浪费。

  酶活性的调节(酶水平的调节):

  例:谷氨酸杆菌合成谷氨酸的调节:

  组成酶:只受基因控制表达合成,总存在。

  诱导酶:诱导物诱导基因表达合成。

  意义:保证不合成多余的酶,避免浪费。

  酶活性的调节(酶水平的调节):

  例:谷氨酸杆菌合成谷氨酸的调节:

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  意义:调节精细、快捷,不积累多余产物。

  4)微生物代谢人工控制

  ①改变微生物的遗传特性

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  例:a.大量生产青霉素的青霉菌。

  b.大量生产赖氨酸的黄色短杆菌。

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  c.大量生产谷氨酸的棒状杆菌

  *细胞工程和基因工程,可“定向变异”

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  ②控制环境条件

  影响微生物代谢的环境因素有哪些?

避免杂菌

控制温度

连续培养

控制通气

搅拌培养液

消毒灭菌防止不利竞争

多数适宜温度范围25℃~37 ℃

保证营养、去除废物,调整pH

保证溶氧量要求

保证菌体与培养基营养物质充分接触,有利于物质交换

  以上考虑如何促进发酵生产?

  *食品保存——考虑如何抑制微生物生长?

方法

原理

巴氏消毒(60 ℃、30 min)

高温消毒

罐藏法(高温高压、封罐)

高温灭菌、缺氧抑菌、防止污染杂菌

冷藏法(0~10 ℃保存;-18 ℃速冻)

低温抑菌

干燥法(风干;速冻-低压脱水)

脱水抑菌

高糖、高盐浸渍

脱水高渗抑菌

加防腐剂(卫生标准下)

药物抑菌

  5)微生物生长

  ①微生物生长的特点:

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  ②随时间出现4个有序阶段

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  [思考:λ=f(t)的曲线特点如何?]

  4个阶段的特点:

阶段

特点

应用

逐浙适应,个体生长快,繁殖率、死亡率≈0

发酵生产,尽快渡过

代谢旺盛,性状稳定,繁殖迅速,等比增长

保留菌种,接种,科研材料

死亡率≈出生率,活菌数达峰值,次级产物大量积累,芽孢出现

发酵生产尽量延长,收集产品

死亡率>出生率,细胞出现畸形、解体

可收集发酵产品,不再保留菌种

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