特殊變異菌株

特殊變異菌株是指同一菌種由於基因突變或重組而引起在形態構造、代謝途徑、生理類型、各種抗性、抗原性或代謝產物的質和量等方面的變異，由此可形成各種不同的新菌株。一般由自發突變或人工誘變而來，也可通過雜交、轉導、轉化、細胞融合和準性生殖等途徑產生。

基本介紹

• 中文名：特殊變異菌株
• 外文名：Special mutant strains
• 拼音：teshubianyijunzhu
• 原因：基因突變或重組
• 舉例：營養缺陷型、抗性突變型等
• 技術：自發突變或人工誘變

特殊變異菌的定義

特殊變異菌株是指同一菌種由於基因突變或重組而引起在形態構造、代謝途徑、生理類型、各種抗性、杭原性或代謝產物的質和量等方面的變異，由此可形成各種不同的新菌株。一般由自發突變或人工誘變而來，也可通過雜交、轉導、轉化、細胞融合和準性生殖等途徑產生。包括營養缺陷型、抗性突變型、組成酶變異型、高分子廢棄型、無泡沫菌型等。

營養缺陷型突變株的篩選

經誘變處理後的菌懸液在篩選前一般應先進行誘變後培養，以促使變異細胞發生分離，防止出現表型延遲現象，篩選出不純的菌株。營養缺陷型的篩選一般包括濃縮、進一步檢出和鑑別營養缺陷型等步驟。

濃縮營養缺陷型菌株

誘變後的細胞群體中大部分存活菌是野生型，而營養缺陷型占的比例相當小，這對分離是很不利的，所以，應該淘汰大量的野生型，以達到濃縮營養缺陷型的目的。常用的濃縮方法有抗生素法、菌絲過濾法、差別殺菌法和飢餓法等。

進一步檢出所需缺陷型

濃縮後的菌液中營養缺陷型的比例較大，但並非全部都是。並且營養缺陷型中也有不同的類型，還需要進一步檢出所需要的營養缺陷型。這樣就需要採用逐個檢出法、夾層培養法和限量補給法等方法進一步檢出所需要的營養缺陷型。

營養缺陷型的鑑定

獲得的營養缺陷型菌株還應進一步確認其生長的所需物。菌株較少時，可用生長譜法，若菌株較多時，常採用組合補充培養基法

抗性突變菌株的篩選

抗性突變株的篩選相對比較容易，只要有10-6頻率的突變體存在，就容易篩選出來。抗性突變株的篩選常用的有一次性篩選法和階梯性篩選法兩種手段。

一次性篩選法

一次性篩選法就是指在對出發菌株完全致死的環境中，一次性篩選出少量抗性變異株。噬菌體抗性菌株常用此方法篩選。將對噬菌體敏感的出發菌株經變異處理後的菌懸液大量接入含有噬菌體的培養液中，為了保證敏感菌不能存活，可使噬菌體數大於菌體細胞數。

此時出發菌株全部死亡，只有變異產生的抗噬菌體突變株能在這樣的環境中不被裂解而繼續生長繁殖。通過平板分離即可得到純的抗性變異株。耐高溫菌株在工業發酵中的套用意義在於它可以節約冷卻水的用量，尤其是在夏季，並能減少染菌的機會。耐高溫菌株所產生酶的熱穩定性較高，適用於一些特殊的工藝過程。耐高溫菌株也常採用此法篩選。將處理過的菌懸液在一定高溫下處理一段時間後再分離。對此溫度敏感的細胞被大量殺死，殘存的細胞則對高溫有較好的耐受性。耐高濃度酒精的酵母菌的酒精發酵能力較高，也適宜提高發酵醪濃度，提高醪液酒精濃度。而耐高滲透壓的酵母菌株具有積累甘油的性能，可用於甘油發酵。耐高酒精度、高滲透壓的菌株也可分別在高濃度酒精或加蔗糖等造成的高滲環境下一次性篩選獲得。

階梯性篩選法

藥物抗性即抗藥性突變株可在培養基中加入一定量的藥物或對菌體生長有抑制作用的代謝物結構類似物來一次性篩選，大量細胞中少數抗性菌在這種培養基平板上能長出菌落。但是在相當多的情況下，無法知道微生物究竟能耐受多少高濃度的藥物，這時，藥物抗性突變株的篩選需要套用階梯性篩選法。因為藥物抗性常受多位點基因的控制，所以藥物的抗性變異也是逐步發展的，時間上是漸進的，先是可以抗較低濃度的藥物，而對高濃度藥物敏感，經"馴化"或誘變處理後，可能成為抗較高濃度藥物的突變株。階梯篩選法由梯度平板或紙片擴散在培養皿的空間中造成藥物的濃度梯度，可以篩選到耐藥濃度不等的抗性變異菌株，使暫時耐藥性不高，但有發展前途的菌株不致於被遺漏，所以說，階梯性篩選法較適合於藥物抗性菌株的篩選，特別是在暫時無法確定微生物可以接受的藥物濃度情況下。

組成酶變異株的篩選

許多水解酶是誘導酶，只有在含有底物或底物類似物的培養環境中，微生物才會合成這些酶類，所以，誘導酶的生產不僅需要誘導物，而且受到誘導物的種類、數量以及分解產物的影響。能迅速利用的碳源（如葡萄糖）往往會引起酶合成的減少，誘導物有時又比較昂貴。

這些都可能造成這些水解酶工業生產的波動以及生產成本提高。如果控制這些酶合成的調節基因發生了變異，誘導酶就可能轉變成組成酶，它的合成與細胞的其它組織蛋白一樣，不再需要誘導物的存在。由誘導型的出發菌株誘變篩選出組成型變異株對於水解酶的工業生產具有重要的現實意義。具體的篩選方法有恆化器法、循環培養法和誘導抑制物法。

恆化器法

恆化器常被用於微生物的"馴化"。在培養基中添加不能起誘導作用的低濃度底物，接入處理後的菌懸液進行培養，此時出發菌株由於不能被誘導，無法合成有關的誘導酶而不能分解該底物，從而生長速率極慢，而群體中少數組成型變異株則可合成有關的酶，分解利用該底物，生長速率較快。為了提高組成酶變異株的優勢，即它在群體中的比例，可以套用恆化器培養技術。隨著恆化器培養中不斷加入新鮮基質而逐漸增大組成酶變異株的優勢，這樣就能夠比較容易地做進一步的純化分離。

循環培養法

利用不含誘導物的培養環境和含有誘導物的培養環境進行交替循環培養待分離的菌懸液，從而使組成酶變異株得到富集。當接種到不含誘導物而含有其它可利用碳源的培養基中時，兩種類型菌株同樣能較好地生長，但在此環境中組成型突變株已能合成有關的水解酶，而誘導型菌株就不能合成。進而將它們轉接入含誘導物的培養基中時，變異株能迅速利用誘導底物進行生長繁殖，而誘導型出發菌株需經歷一個誘導合成酶的階段，兩類菌株的生長就不同步了，隨著循環交替培養的繼續，組成酶變異株所占的比例將逐漸增大。

誘導抑制劑法

有些化合物能阻止某些誘導酶的合成，如α-硝基苯基-β-岩藻糖苷對大腸桿菌的β-半乳糖苷酶的誘導合成有抑制作用，稱為誘導抑制劑。當在誘導物和誘導抑制劑同時存在的培養環境中培養待分離菌群時，誘導型菌株不能產生誘導酶，無法正常生長，只有組成型變異株能夠利用底物進行生長繁殖。

高分子廢棄物分解菌的篩選

隨著石油化工和塑膠工業的發展，各種高分子包裝廢棄物日益增多，這些"白色污染"在自然界很難被消化而進入物質循環。設法選育能分解利用這些高分子材料的微生物對於環境保護至關重要。這些高分子材料大多是不溶於水的，直接分離具有分解功能的微生物很困難。為此，有人設計了階段式篩選法，首先尋找能在與聚乙二醇結構相似的含兩個醚鍵的三甘醇上生長的微生物，接著，誘變篩選能分解聚乙二醇的變異株；或者篩選能以乙二醇、丙二醇為碳源的菌株，繼而誘變篩選出能利用聚乙二醇等物質的變異株。這種由簡單的聚合物單體入手逐級篩選高分子廢棄物分解菌也許是一條有效的篩選思路。

無泡沫菌株及高凝聚性菌株的篩選

有些菌在發酵過程中會產生大量的泡沫，從而造成發酵液滿溢，增大了染菌的機會，使發酵體系反應不均勻，也有可能引起某些發酵產物的生物活性喪失，如蛋白酶變性失活。為了避免泡沫的產生，常常需通過犧牲發酵液的裝量或加入大量的消泡劑來消除泡沫的不利影響。發酵過程產生泡沫是菌體代謝、培養基和發酵工藝等方面的原因造成的，而菌種是產生泡沫的關鍵，選育無泡沫或少泡沫菌株可以從根本上解決泡沫問題。有人用氣泡上浮法篩選出了無泡沫的酒精酵母。將變異處理後的菌懸液接種入生長培養基中，培養器皿的底部放置無菌壓縮空氣噴口，培養過程中不斷通入無菌空氣，形成鼓泡，易產生泡沫的酵母菌會隨泡沫而除去，留下的是不易產生泡沫的變異菌株；也有人用苯胺藍染色法進行篩選，將經過變異處理的菌懸液經培養後塗布在含葡萄糖3%、酵母膏0.5%、苯胺藍0.005%的平板上培養4天，出發菌株呈淺藍色，變異菌株因細胞壁成分和結構改變造成與染料結合力改變，少泡沫的變異菌株呈深藍色。啤酒發酵和單細胞蛋白培養都希望由凝聚性較好的酵母菌株擔任發酵菌種，以便於啤酒的澄清和保持良好的風味，以及單細胞蛋白的收集。採用上述的泡沫上浮法也可以除去不易凝聚的細胞，通過改變鼓泡速度的調節，可以獲得具不同凝聚性的菌株。