酶的传统筛选就是从不同类型的细胞和组织中发掘酶,找到特性优良的新酶,研究酶的酶学性质,最后再进行生产和实际应用。如早期人们从不同类型的植物中筛选发掘了多种蛋白酶,如木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等;从枯草芽孢杆菌发酵液中发掘了淀粉酶;从小牛的瘤胃发掘得到了牛凝乳酶(chymosin);从嗜热真菌嗜热拟青霉(Paecilomyes thermophila)中提取耐热木聚糖酶(xylanase,图3-1)和从米黑根毛霉(Rhizomucor Miehei)中提取葡聚糖酶(glucanase)等(图3-2)。
动物来源酶的生产周期长,成本高,不适合大规模生产,如牛凝乳酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶等。早期酶的生产主要是从动物、植物或微生物组织或细胞中提取,生产方式受到原材料的极大限制,很难进行大规模工业化生产。随着生物技术的发展,基因工程技术在酶的生产制备方面得到了快速应用。从20世纪80年代开始,人们开始将酶的编码基因(coding gene)克隆并异源表达(heterologous expression)到更适合生产的其他宿主中,获得酶活力更高的重组菌,极大地提高了酶的生产效率。
图3-1 产耐热木聚糖酶真菌嗜热拟青霉的选育(1)及菌种鉴定(2)
(1)分别采用PDA平板和扫描电子显微镜观察菌株的菌落、菌丝及孢子(2)采用18S rDNA鉴定菌株的种属(www.daowen.com)
图3-2 产耐热葡聚糖酶嗜热真菌米黑根毛霉的选育(1)、发酵产酶历程(2)及葡聚糖酶的分离纯化电泳图(3)
(1)采用扫描电子显微镜拍摄的菌株产孢结构图(2)菌株液体发酵产葡聚糖酶历程图(3)所产葡聚糖酶的纯化电泳图
微生物是酶的最主要来源,自然界的微生物资源非常丰富,据统计和推测目前已发现的微生物种类不超过自然界中微生物总量的10%。因此,从自然界筛选优良的产酶微生物,并从中发现新酶或新酶的编码基因迄今仍然是新酶资源发掘的主要方式。
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