基因工程與食品工程菌種改良

彳夕井嚎盜核仁為CentralSouthUniversityofForestry&Technology學(xué)位類型：學(xué)科、領(lǐng)域：研究方向：導(dǎo)師姓名：學(xué)生姓名：學(xué)號：入學(xué)時間：授課教師：課程名稱：考核時間：課程論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的課程論文是本人在大量查閱文獻資料的基礎(chǔ)上，獨立思考與總結(jié)所取得的成果作品。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品，也不包含為獲得各教育機構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承作者簽名：年月日基因工程與食品工程菌種改良摘要：生物技術(shù)在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)有幾個世紀(jì)，現(xiàn)在生物技術(shù)的蓬勃發(fā)展，極大推動了農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)朝高技術(shù)方向發(fā)展［1］。當(dāng)代發(fā)酵食品工業(yè)是食品工業(yè)的重要組成部分，發(fā)酵工業(yè)的關(guān)鍵是優(yōu)良菌株的獲取，基因工程的出現(xiàn)，使得人工定向改造菌種成為可能，這給發(fā)酵工業(yè)帶來生機［2］。本文綜述了近年基因工程在改造食品工程菌方面的應(yīng)用，并對轉(zhuǎn)基因工程菌食品的安全性進行了探討。關(guān)鍵詞：基因工程微生物食品應(yīng)用安全以DNA重組為核心內(nèi)容的基因工程技術(shù)是一種新興的現(xiàn)代生物技術(shù)。利用基因工程技術(shù)不但可以提高食品的營養(yǎng)價值，去除食物原料中的有害成分，同時還可以通過對農(nóng)作物品種改良，減少種植過程中農(nóng)藥、化肥等化學(xué)品的使用量。目前，經(jīng)基因工程改造的產(chǎn)品已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保等領(lǐng)域據(jù)了重要的地位，特別是在食品工業(yè)中越來越顯示發(fā)展前景［1］。基因工程技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用也取得了豐碩的成果，并使食品的概念從農(nóng)業(yè)食品、工業(yè)食品發(fā)展到了基因工程或微生物食品可以預(yù)言，在二十一世紀(jì)，以基因工程為核心的生物技術(shù)必將給食品工業(yè)帶來深刻的革命［2］。1基因工程的定義及其發(fā)展史1.1基因工程的定義基因工程是在分子水平上對基因進行操作的技術(shù)體系，是將某一種生物細(xì)胞的基因提出或者人工合成的基因，在體外進行酶切或連接到另一種生物的DNA分子中。由此獲得的DNA稱為重組DNA，將重組DNA導(dǎo)入到自身細(xì)胞或其他生物細(xì)胞中進行復(fù)制和表達等實驗手段，使之產(chǎn)生符合人類需要的遺傳新特征，或制造出新的生物類型［3］。1.2基因工程的發(fā)展史基因工程是在分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)綜合發(fā)展的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的，現(xiàn)代分子生物學(xué)領(lǐng)域理論上的三大發(fā)現(xiàn)和技術(shù)上的系列發(fā)明對基因工程的誕生起了決定性的作用。1857年至1864年，孟德爾通過豌豆雜交試驗，提出生物體的性狀是由遺傳因子控制的。1909年，丹麥生物學(xué)家約翰生首先提出用基因一詞代替孟德爾的遺傳因子。1910年至1915年，美國遺傳學(xué)家莫爾根通過果蠅試驗，首次將代表某一性狀的基因同特定的染色體聯(lián)系起來，創(chuàng)立了基因?qū)W說。直到1944年，美國微生物學(xué)家埃境利等通過細(xì)菌轉(zhuǎn)化研究，證明基因的載體是DNA而不是蛋白質(zhì)，從而確立了遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。1953年，美國遺傳學(xué)家華生和英國生物學(xué)家克里克揭示DNA分子雙螺旋模型和半保留復(fù)制機理，解決了基因的自我復(fù)制和傳遞問題，開辟了分子生物學(xué)研究的時代。之后，1958年克里克確立的中心法則、1961年雅各和莫諾德提出的操縱子學(xué)說以及所有64種密碼子的破譯，成功揭示了遺傳信息的流向和表達問題，為基因工程的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。DNA分子的切除與連接、基因的轉(zhuǎn)化技術(shù)，還有諸如核酸分子雜交、凝膠電泳、DNA序列結(jié)構(gòu)分析等分子生物學(xué)實驗方法的進步為基因工程創(chuàng)立和發(fā)展奠定了強有力的技術(shù)基礎(chǔ)。1972年，美國斯坦福大學(xué)的Berg構(gòu)建了世界第一個重組分子，發(fā)展了DNA重組技術(shù)，并因此而獲得1980年度諾貝爾獎。1973年，美國斯坦福大學(xué)S.Cohen等人也成功地進行了另一個體外DNA重組實驗并實現(xiàn)細(xì)菌間性狀的轉(zhuǎn)移。這是基因工程發(fā)展史上第一次實現(xiàn)重組轉(zhuǎn)化成功的例子，基因工程從此誕生［3］?；蚬こ虇柺澜?0年，無論是基因理論研究領(lǐng)域，還是在生產(chǎn)實際應(yīng)用方面，都已取得了驚人的成績。給國民經(jīng)濟的發(fā)展和人類社會的進步帶來了深刻而廣泛的影響［4］。2基因工程在改良微生物上的應(yīng)用發(fā)酵工業(yè)關(guān)鍵是優(yōu)良菌株的獲取，除選用常用的誘變、雜交和原生質(zhì)體融合等傳統(tǒng)方法外，還與基因工程結(jié)合，大力改造菌種，給發(fā)酵工業(yè)帶來生機。食品工業(yè)如酒類、醬油、醬類、食醋、乳酸菌飲料［5］等的發(fā)展，關(guān)鍵在于是否有優(yōu)良的微生物菌種，應(yīng)用基因工程、細(xì)胞融合及傳統(tǒng)微生物突變育種技術(shù)從事發(fā)酵菌種的改良研究已為數(shù)不少。2.1乳酸菌的改良和應(yīng)用乳酸菌(Lacticacidbacteria)常被用于食品發(fā)酵加工上，不但富含營養(yǎng)且具有降低膽固醇、低熱量等優(yōu)點°Rugter等人將噬菌體中的LytA及LytH基因和NisA啟動子連接后，轉(zhuǎn)移至1Lacbis（ACBIS就是經(jīng)由粒狀陶瓷球流動相互碰撞之后產(chǎn)生微弱的電子能量，并且依流動電解法的原理，使水的滲透力,表面張力，氧化還原電位等物性改變的活水裝置）中，得到一株安定的轉(zhuǎn)性株。當(dāng)乳酸鏈球菌素（乳鏈菌肽）加入后，就會啟動NisA啟動子，使之產(chǎn)生溶菌酶LytA及穿孔素蛋白質(zhì)LytH。LytH會使細(xì)胞膜形成孔洞，而LytA由這些孔洞滲透出來后即可行使分解細(xì)胞壁的功能，最后導(dǎo)致細(xì)胞壁快速有效分解［6］。將此基因與形成風(fēng)味劑的基因（如肽酶、酯酶及氨基酸轉(zhuǎn)化酶）合用，在食品工業(yè)應(yīng)用上具有很大的吸引力，其商業(yè)化指日可待。2.2改善醬油的品質(zhì)與風(fēng)味醬油風(fēng)味的優(yōu)劣與醬油在釀造過程中所生成氨基酸的量密切相關(guān)，而參與此反應(yīng)的羧肽酶和堿性蛋白酶的基因已克隆并轉(zhuǎn)化成功，在新構(gòu)建的基因工程菌株中堿性蛋白酶的活力可提高5倍，羧肽酶的活力可大幅提高13倍［7］。醬油制造中和壓榨性有關(guān)的多聚半乳糖醛酸酶、葡聚糖酶和纖維素酶、果膠酶等的基因均已被克隆,當(dāng)用高纖維素酶活力的轉(zhuǎn)基因米曲霉生產(chǎn)醬油時，可使醬油的產(chǎn)率明顯提高。另外，在醬油釀造過程中，木糖可與醬油中的氨基酸反應(yīng)產(chǎn)生褐色物質(zhì)，從而影響醬油的風(fēng)味。而木糖的生成與制造醬油用曲霉中木聚糖酶的含量與活力密切相關(guān)?，F(xiàn)在，米曲霉中的木聚糖酶基因已被成功克隆。用反義RNA技術(shù)抑制該酶的表達所構(gòu)建的工程菌株釀造醬油，可大大地降低這種不良反應(yīng)的進行，從而釀造出顏色淺、口味淡的醬油，以適應(yīng)特殊食品制造的需要。2.3啤酒的風(fēng)味品質(zhì)改造啤酒制造中對大麥醇溶蛋白含量有一定要求，如果大麥中醇溶蛋白含量過高就會影響發(fā)酵，容易使啤酒產(chǎn)生混濁，也會使其過濾困難。采用基因工程技術(shù)，使另一蛋白基因克隆到大麥中，便可相應(yīng)地使大麥中醇溶蛋白含量降低，以適應(yīng)生產(chǎn)的要求。雙乙酰是影響啤酒風(fēng)味的重要物質(zhì)，當(dāng)啤酒中雙乙酰的含量超過閾值時，就會產(chǎn)生一種令人不愉快的饅酸味，嚴(yán)重破壞啤酒的風(fēng)味與品質(zhì)。雙乙酰的產(chǎn)生與還原貫穿整個啤酒發(fā)酵過程，在正常的發(fā)酵過程中，雙乙酰是由啤酒酵母細(xì)胞產(chǎn)生的A2乙酰乳酸經(jīng)非酶促的氧化脫羧反應(yīng)自發(fā)產(chǎn)生的［8］。去除啤酒中雙乙酰的有效措施之一就是利用A2乙酰乳酸脫羧酶。但由于酵母細(xì)胞本身沒有該酶活性，因此，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將外源A2乙酰乳酸脫羧酶基因?qū)肫【平湍讣?xì)胞，并使其表達，是降低啤酒中雙乙酰含量的有效途徑。Sone等用乙醇脫氫酶的啟動子和穿梭質(zhì)粒載體Yep13將產(chǎn)氣腸桿菌A2乙酰乳酸脫羧酶基因?qū)肫【平湍福⑹蛊浔磉_。當(dāng)用此轉(zhuǎn)基因菌株進行啤酒釀造時,可使啤酒中的雙乙酰含量明顯降低，且不影響其他的發(fā)酵性能和啤酒中的正常風(fēng)味物質(zhì)。但由于用此法所構(gòu)建的基因工程菌株中A2乙酰乳酸脫羧酶基因是存在于酵母的質(zhì)粒而不是染色體上，因而使該基因易于隨著細(xì)胞分裂代數(shù)的增加而發(fā)生丟失，造成性能的不穩(wěn)定。因此，Yamano等將外源的A2乙酰乳酸脫羧酶整合入啤酒酵母的染色體中，從而構(gòu)建了能穩(wěn)定遺傳的轉(zhuǎn)基因啤酒酵母。使用這種轉(zhuǎn)基因酵母釀制啤酒，也能明顯地降低啤酒中的雙乙酰含量，而且不會對啤酒釀造過程中的其他發(fā)酵性能造成不良影響［9］。3基因工程食品的安全性問題食品中的DNA及其降解產(chǎn)物對人體無毒害作用。任何基因都由4種堿基組成，目前轉(zhuǎn)基因食品中所使用的外源基因，不管其來源如何，其組成與普通DNA并無差異。此外，外源基因在轉(zhuǎn)基因食品中的含量很少，例如通過食用轉(zhuǎn)基因番茄而被攝入人體內(nèi)的外源基因的數(shù)量不超過3.3X10-4-10X10-4Ug/d，可見通過食用轉(zhuǎn)基因食品而攝人體內(nèi)的外源基因的數(shù)量與消化道中持續(xù)存在的來源于其它食品中的DNA數(shù)量相比是微不足道的［10］。因此，轉(zhuǎn)基因食品中的外源基因本身不會對人體產(chǎn)生直接毒害作用。4基因工程食品的安全性管理對轉(zhuǎn)基因食品的安全性進行正確的評估和科學(xué)的管理，是生物技術(shù)發(fā)展所必須的。2001年1月29日《生物多樣性公約》締約國通過了《卡塔赫納生物安全協(xié)定書》，將嚴(yán)格的知情同意程序即審批制度用于有意引入環(huán)境的轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品。2001年5月9日，我國國務(wù)院第38次常務(wù)會議通過了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理條例》，同年5月23日，朱镕基總理簽發(fā)了中華人民共和國國務(wù)院令（第304號），對該條例予以公布，從公布之日起施行［11］。條例在1993年12月原國家科委頒布的《基因工程安全管理辦法）的基礎(chǔ)上，進一步給出了農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的范圍，對農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的研究試驗、生產(chǎn)加工、經(jīng)營、進口出口以及監(jiān)督檢查都做出了詳細(xì)的規(guī)定[12]。這保證了在以后對農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的生產(chǎn)和管理上有法可依、有據(jù)可循。5展望隨著生物化學(xué)和分子生物學(xué)的進一步發(fā)展，基因工程技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛，這極大促進食品工業(yè)的發(fā)展，也為人類最終解決食物短缺、消除饑餓帶來了希望，在食品工業(yè)上的應(yīng)用具有極為廣闊的前景和美好的未來。但對于發(fā)展基因工程技術(shù)必須持有謹(jǐn)慎的態(tài)度，因為這一高新技術(shù)的發(fā)展也有可能給人類帶來潛在的負(fù)面影響。對于基因工程食品來講，在進人市場之前必須經(jīng)過充分的毒理學(xué)鑒定及安全性評價，向消費者確保它們的質(zhì)量和安全，同時也需要考慮倫理道德方面的因素，充分尊重消費者的生活習(xí)慣。參考文獻詹太華，杜榮茂.基因工程技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用.宜春學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)2002,24(4):60-63.李志軍，薛長湖，李八方，等.基因工程技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用.食品科技,2002(6):1-2.張惠展.基因工程3].上海：華東理工大學(xué)出版社，2005:1-2.李欣.基因工程技術(shù)在食品中的應(yīng)用.中國食物與營養(yǎng)，2005(8):22-24.AnklamE,GadaniF,HeinzeP.Analyticalmethodsfordetectionanddeterminationofgeneticallymodifiedorganismsinagriculturalcropsandplantderivedfoodproducts.EurFoodResTechno,J2002,214(1):3-26.姬華，樂國偉，王洪新，等.轉(zhuǎn)基因食品的營養(yǎng)學(xué)評價研究進展.食品研究與開發(fā)，2009,30(7):149-152.VillavicencioA,AraujoMM,BaldassoJG,etalIrradiationinfluenceondetectionofgeneticmodifiedsoybeans.RadiationPhysicsandChemistry,2004,71(1-2):489-492.SteinAJ,SachdevHPS,QaimM.Geneticengineeringforthepoor:goldenriceandpublichealthinIndiaWorldDevelopment,2008,36(1):144-158.鄭鐵松，何國慶，應(yīng)鐵進.基因工程技術(shù)在食品品質(zhì)改良中的應(yīng)用.食品工業(yè)