최근 몇 년 동안 국내에서 흔히 볼 수 있는 몇 가지 물리와 화학유인육종 방법의 원리, 특징, 성공 사례를 분석해 미생물 유인육종의 근거를 제공했다. 정보기술이 효소 제제, 항생제, 아미노산, 비타민, 농약 등 다산균 선육에 있어서의 응용 진척을 종합하여 서술하였다. 미생물 균종 선육에서 이온빔 기술과 공간 기술을 결합한 이 기술의 응용 전망을 전망했다.
키워드: 돌연변이; 미생물 번식 신청 진행 전망
미생물은 양조공업, 식품공업, 생물제품 공업 등과 밀접한 관련이 있다. 그것들의 균종 품질은 많은 공업 제품의 품질과 심지어 사람들의 일상생활의 질에 직접적인 영향을 미치기 때문에, 양질의 높은 미생물 균종을 재배할 필요가 있다. (윌리엄 셰익스피어, 미생물, 미생물, 미생물, 미생물, 미생물, 미생물, 미생물) 미생물 육종의 목적은 생합성의 대사 경로를 원하는 방향으로 유도하거나, 세포 내 유전자의 재조합을 촉진하여 유전적 특성을 최적화하고, 인위적으로 대사산물을 축적하여 고산물, 질, 저소모에 필요한 균그루를 얻는 것이다. 돌연변이 육종은 이러한 방법 중 하나로 이미 광범위하게 응용되었다. 현재 국내 미생물 육종계는 여전히 통상적인 이화인자 등 유인방법을 주로 채택하고 있다. 또한 원형질체 유인 기술은 효소 제제, 항생제, 아미노산, 비타민 등의 균종의 선육에 광범위하게 적용되어 많은 중대한 성과를 거두었다.
1, 돌연변이 육종
1..1물리적 돌연변이
1..1.1자외선 조사
자외선 조사는 일반적으로 사용되는 물리적 돌연변이 유발 방법이자 미생물 돌연변이를 유도하는 매우 유용한 도구이다. DNA 와 RNA 중 퓨린과 텅스텐의 최대 흡수봉은 260nm 이므로 260nm 의 자외선이 가장 효과적인 치사제이다. 자외선의 역할에는 많은 설명이 있지만, 확실한 역할은 DNA 분자가 피리 미딘 이량 체 [1] 를 형성하게하는 것입니다. 이량 체의 형성은 염기 사이의 정상적인 쌍을 방해하여 돌연변이와 심지어 사망으로 이어질 수 있습니다 [2].
자외선 복사는 단순한 경제를 유인하여 일반 실험실 조건 하에서 실현될 수 있으며, 양의 돌연변이 확률이 높다. 이 방법은 주로 효모 균주의 돌연변이 유발에 사용됩니다.
1..1.2 전리 방사선
감마선은 전리생물학에서 가장 널리 사용되는 전리선 중의 하나이다. 그것은 에너지가 높아서 이온화를 생산할 수 있고, 이온은 DNA 의 구조를 직접 또는 간접적으로 바꿀 수 있다. 직접적인 영향은 디옥시리보의 염기가 산화되거나 디옥시리보의 화학결합과 설탕과 인산의 화학결합이다. 그 간접적인 작용은 물이나 유기분자가 자유기반을 생산할 수 있고, 자유기반은 세포 내 용질 분자와 화학변화를 일으켜 DNA 결핍과 손상을 초래할 수 있다는 것이다 [2].
감마선 외에도 전리 방사선에는 엑스레이, 베타선, 고속 중성자가 포함되어 있다. 전리 방사선은 일정한 한계가 있고, 조작 요구가 높고, 어느 정도의 위험성이 있으며, 일반적으로 다른 유인제가 사용할 수 없는 유인육종 과정에 쓰인다.
1..1.3 이온 주입
이온 주입은 80 년대 초에 등장한 첨단 기술이다. 주로 금속 재료의 표면 개질에 사용됩니다. 1986 부터 작물 육종에 점차 사용되고 있으며, 최근 몇 년간 미생물 육종 [3] 이 점차 도입되고 있다.
이온 주입 과정에서 생물 분자는 에너지를 흡수하여 복잡한 물리적 및 화학적 변화를 일으킨다. 이러한 변화의 중간 생성물은 다양한 활성 자유 라디칼이다. 이러한 자유기반은 다른 정상적인 생물분자에 손상을 입히고, 세포의 염색체 돌연변이와 DNA 사슬을 파괴하고, 플라스미드 DNA 를 파괴한다. 이온 주입 범위를 제어할 수 있기 때문에 마이크로빔 기술과 정확한 위치 지정 기술이 발달하면서 위치 유인이 가능해집니다 [4].
미생물 돌연변이 육종에 사용되는 이온 주입은 일반 실험실 조건 하에서 실현하기 어렵고 현재 응용이 비교적 적다.
1..1.4 레이저
레이저는 광학 입자라고도 하는 광양자 흐름입니다. 레이저 복사는 빛, 열, 압력, 전자기장 효과의 종합 응용을 통해 유기체에 직접 또는 간접적으로 영향을 주어 염색체 기형 효과, 효소의 활성화 또는 비활성화, 세포 분열, 세포 대사 활동의 변화를 일으킬 수 있다. 광양자는 일단 세포 내용물의 어떤 물질에 작용하면 생물 유기체의 세포학과 유전 특성의 변이를 초래할 수 있다. 다양한 종류의 레이저가 생물 유기체를 비추면 세포학과 유전학의 변화가 다르다 [5].
레이저는 육종 방법으로 조작이 간단하고 사용 안전 등의 장점을 가지고 있으며, 최근 몇 년 동안 미생물 육종 방면에서 많은 진전을 이루었다.
1..1.5 마이크로웨이브
마이크로웨이브 복사는 저에너지 전자기 복사로 300MHz~300GHz 주파수 범위 내에서 강한 바이오메트릭 효과를 가지고 있어 생물체에 열 효과와 비열효과가 있다. 그것의 열 효과는 그것이 생물의 국부 온도를 상승시킬 수 있다는 것을 의미한다. 생리와 생화학 반응을 일으킵니다. 비열 효과는 마이크로웨이브의 작용으로 온도와 무관한 각종 생리 생화학 반응을 가리킨다. 이 두 효과의 공동 작용으로 생물은 일련의 돌연변이 효과 [6] 를 발생시킨다.
이에 따라 마이크로웨이브는 농작물 육종, 동물육종, 공업미생물 육종 등 여러 분야의 유인육종에도 사용되어 어느 정도 성과를 거두었다.
1..1.6 우주 육종
우주육종은 고공 풍선, 반환식 위성, 우주선 등 우주선을 이용해 농작물 씨앗, 조직, 기관, 생명개체를 우주에 싣고, 우주의 특수한 환경을 이용하여 생물유전자를 변이시킨 다음 땅으로 돌아가 육종, 신품종 육성, 신소재 등을 위한 농작물 육종 신기술이다. 공간 환경 요인에는 주로 미세 중력, 공간 복사 및 교류 자기장, 초진공 환경 등 기타 유인 요인이 포함됩니다. 이러한 요인들의 상호 작용으로 인해 생물학적 시스템에서 유전 물질이 손상되어 돌연변이, 염색체 이상, 세포 불활, 발육 이상 등 생물학적 현상이 발생한다.
우주 육종은 다른 육종 방법에 비해 우주 기술과 미생물 육종 기술의 유기적인 결합으로, 기술 함량이 높고 비용이 많이 들기 때문에 단일 연구원이나 일반 과학 연구 기관에서 달성하기 어렵다. 우주 기술과 결합해서 국가가 완성할 수밖에 없다.
2. 1 화학 돌연변이
2.1..1메탄화제
메탄화제는 하나 또는 여러 개의 핵산 염기와 반응하여 DNA 복제와 유전 변이 과정에서 염기쌍의 전환을 초래할 수 있다. 일반적으로 사용되는 메탄화제는 메틸 술폰산 에틸 에스테르, 아질산염, 에틸렌 이민, 황산 디 에틸 에스테르 등이다.
메틸 술폰산 에틸 에스테르 (EMS) 는 가장 많이 사용되는 메탄화제로 돌연변이율이 높다. 그 유발 돌연변이는 대부분 점 돌연변이로 발암성과 휘발성이 강하고, 5% 의 황산나트륨은 종료제와 해독제로 쓰인다.
N- 메틸기 -N'- 질기 -N- 아질기 구아니딘 (NTG) 은 초유인제로 널리 사용되지만 독성이 있어 조작 시 주의해야 한다. 알칼리성 조건에서 NTG 는 중질소 메탄 (CH2N2) 을 형성하는데, 이것이 사망과 돌연변이의 주요 원인이다. 그 작용은 DNA 와 CH2N2 의 알킬화로 인한 것일 수 있다 [2].
황산 디 에틸 에스테르 (DMS) 도 일반적으로 사용되지만 독성이 강하기 때문에 현재 거의 사용되지 않습니다. 에틸렌 이민, 생산량이 적어 구하기가 어렵다. 사용농도는 0.000 1%~0. 1% 로 발암성이 높고 완충액이 필요합니다.
2. 1.2 염기 유사체
염기 유사체의 분자 구조는 천연 염기와 유사하며 DNA 분자에 통합되어 DNA 복제 과정에서 잘못된 배합, mRNA 전사 장애, 기능성 단백질 재편성, 표현형 변화를 초래할 수 있다. 이 물질들은 독성은 비교적 작지만, 음의 돌연변이율이 높아서 종종 좋은 돌연변이를 얻기가 어렵다. 주로 5- 플루오로 우라실 (5- FU), 5- 브롬 우라실 (5- BU) 및 6- 클로로 퓨린입니다. 정등 [25] 은 5- BU 로 색소세균 (지균 T 17- 2- 39) 세포를 유인해 평균 생물량이 22.5% 증가했다.
2. 1.3 무기 화합물
돌연변이 유발 작용은 일반적으로 위험성이 적다. 일반적으로 사용되는 염화 리튬, 흰색 결정화는 사용 시 0. 1%~0.5% 용액으로 배합하거나 돌연변이 고체 배양기에서 30 min ~ 2 일을 직접 첨가할 수 있습니다. 아질산염은 쉽게 분해되기 때문에 지금 사용한다. 아질산나트륨과 염산으로 아질산나트륨을 만드는 데 많이 사용되며, 아질산나트륨의 농도는 0.0 1~0. 1mol/L 이며, 사용할 때 같은 농도와 부피의 염산을 첨가할 수 있다.
2. 1.4 기타
환원제 염산 히드 록실 아민은 C 가 G- C 를 A-T 로 바꾸는 데 작용하며, 일반적으로 사용되며 농도는 0. 1% ~ 0.5%, 작용 시간은 60 min ~ 2 h 입니다.
또한 유인할 때 두 개 이상의 유인인자를 함께 사용하거나 같은 유인인자를 재사용하면 효과가 더 좋다. 구 등 [7] 은 글루타메이트바실러스-1376 1 을 출발균주로 DMS 와 반복 돌연변이 유발을 통해 L- 히스티딘 생산 균주를 얻었다.
2, 돌연변이 유발 제
2. 1 돌연변이 선택
돌연변이를 선택할 때는 돌연변이제의 특이성, 즉 돌연변이나 돌연변이 처리가 먼저 게놈의 일부 부분에 돌연변이를 일으키고, 다른 부분은 돌연변이가 거의 발생하지 않도록 주의해야 한다. (윌리엄 셰익스피어, 돌연변이, 돌연변이, 돌연변이, 돌연변이, 돌연변이, 돌연변이, 돌연변이, 돌연변이, 돌연변이, 돌연변이) 돌연변이 이성의 분자 기초는 아직 잘 알려져 있지 않지만, 관련 복구 경로는 분명 영향을 미칠 수 있지만, 그 관계는 그리 간단하지 않으며, 돌연변이 처리의 환경 조건을 포함한 다른 요인들도 돌연변이 유형에 영향을 미칠 수 있습니다.
산업 유전학자들은 어떤 변종을 개량하는 데 어떤 분자 돌연변이가 필요한지 정확히 예측하기 어렵다. 따라서 가능한 한 많은 유형의 돌연변이를 일으키기 위해 가장 적합한 방법은 몇 가지 보완 유형의 돌연변이 처리를 사용하는 것입니다. 먼 자외선은 의심할 여지없이 가장 적합한 유인제로, 알려진 모든 손상 유형을 유발할 수 있는 것 같다. 효과적이고 안전한 예방 조치를 취하기도 쉽다. 화학 유인제 중 액체 시약 은 분말 시약 보다 안전 조작 이 더 쉽다. 또 다른 단점은 이 효과가 일부 시스템에서 유리한 조건일 수 있지만 밀접하게 연결된 돌연변이 클러스터를 만드는 경향이 있다는 것입니다. 마지막으로, 특정 균주가 특정 돌연변이에 의해 유인되지 않을 수 있다는 것을 인식해야 한다. 물론, 내성돌연변이나 원영양회복체의 돌연변이 역학과 같이 쉽게 감지할 수 있는 돌연변이를 측정하여 쉽게 검증할 수 있다. [8]
2.2 돌연변이 유발 선량
무작위 스크리닝의 최상의 효과로 볼 때, 돌연변이 유인제의 최적 복용량은 선별에 사용되는 생존 집단에서 필요한 돌연변이를 얻는 비율이 가장 높다. 이는 역가 측정 단계에서 더욱 수월해질 수 있기 때문이다.
따라서 균주가 개선되기 전에 돌연변이 유발제의 최적 복용량을 결정하기 위해 돌연변이 증강 기술의 기초를 마련하는 것이 현명합니다. 일반적으로 다른 균주를 다룰 때 다른 돌연변이 유발제의 돌연변이 유발 역학을 결정하는 것이 현명합니다. 높은 단위 돌연변이 자체는 때때로 최적의 복용량을 결정할 수 없다. 이런 돌연변이를 감지하기가 어렵기 때문이다. 그러나 내약 표지물 등 쉽게 감지할 수 있는 표지물을 사용하면 방법의 한계를 추정하기만 하면 귀중한 정보를 제공할 수 있다. [9]
3. 원형질체 돌연변이 유발은 공업 미생물 육종에서의 응용 진척을 유도한다.
효소 제제 균주의 육종에 3. 1 적용
효소제는 생물기체에서 생성되는 촉매단백질로, 모든 대사 과정의 필수 원소이다. 원형질체 유인 기술을 이용하여 효소 생산 균주를 유인하여 많은 다산균을 얻었다.
후제 등 [10] 은 자외선 염화 리튬, N- 메틸 -N'- 니트로 -N- 아질산기구아니딘 (N-method-N'- 니트로 -N- n 고 수율 중성 프로테아제 돌연변이 균주 8 그루를 선별해 가장 높은 효소 생산량은 출발균주의 1 162 배로 향후 세포 융합과 게놈 재구성을 위한 우수한 후보 문고를 제공한다.
3.2 항생제 생산 균주의 육종
항생제는 미생물 세포의 2 차 대사 산물이다. 현재 미생물 발효는 주로 생합성에 사용된다. 생산균의 생산량이 다단계 대사 조절의 제약을 받기 때문에, 고산균을 선육하기도 어렵다. 원형질체 돌연변이 유발은 일종의 유인 기술로 항생제 생산균의 선육에 광범위하게 적용되었다.
주 등 [1 1] 양조사슬 곰팡이 원형질체에 자외선 유인을 해 푸나마이신 생산량이 1 159g/L 인 다산돌연변이를 얻어 출발한다
3.3 아미노산, 생산 용제 및 유기산 육종에 적용
아미노산은 단백질의 기본 단위이고, 단백질은 일종의 생체 기능 고분자이다. 식품, 사료, 의약, 화공, 농업 등에 광범위하게 적용되어 각국이 아미노산 생산을 대대적으로 발전시키고 있다. 발효는 이미 아미노산 생산의 주요 방법이 되었다. 따라서 고산균을 선육하는 것은 아미노산 공업 발전의 중요한 방향이다.
용제와 유기산을 생산하는 것은 미생물의 초급대사 산물이며, 원형질체 유인기술은 용제와 유기산 생산균의 선육에도 성과를 거두었다.
3.4 생물학적 균주의 육종
비타민은 인간과 동물의 생명활동을 유지하는 데 필요하지만, 스스로 합성할 수 없는 유기물질은 성장, 대사, 발육 과정에서 중요한 역할을 한다. 한 등은 페니실린 PT95 원형질체에 대한 레이저 처리를 통해 균핵 생물량과 카로티노이드 함량이 현저히 높아진 돌연변이 균주 L05 를 선육했다. 돌연변이 균핵 생산량은 98.6%, 균핵 중 카로티노이드 함량은 28.3%, 카로티노이드 생산량은 154.0% 증가했다.
3.5 곤충 육종의 응용
소운금나물균은 자연계에서 선별된 세균 미생물 살충제로, 주로 농림해충을 예방하는데 쓰인다. 왕리홍 등 [12] UV-LiCl 복합유인법을 이용하여 소운금나물균 NU- 2 원형질체를 유인하여 선별한 돌연변이 발효주기가 44h 에서 40.3h 로 단축되고 결정체 단백질 함량이 10.03% 증가했다.
4. 미래를 내다보다
최근 몇 년 동안, 새로운 유인원이 출현함에 따라 원형질체 유인 기술의 응용도 새로운 진전을 이룰 것이다. 이온빔은 새로운 유인원으로 독특한 작용기 [13] 를 가지고 있어 이온빔 유인이 스펙트럼이 넓고 변이 범위가 넓으며 유인률이 높다는 장점이 있다. 그것의 응용도 많은 중요한 성과를 거두었는데, 특히 이온 주입이 Vc 균주를 선육하는 데 성공하여 우리나라 VC 산업에 활력을 더했다. 우주에서 소지한 미생물균종은 미중력, 공간방사선, 초진공 등 종합공간환경요인의 개조를 통해 단기간에 희귀한 유전자 돌연변이를 만들어 미생물 육종을 할 수 있는 우주 기술 육종의 중요한 응용 분야다. 우주 기술을 이용하여 특정 항생제의 생산량을 높이고 효소 제제를 연구하는 것은 이미 약간의 만족스러운 성과를 거두었다. 이온 주입, 공간 기술, 미생물 원형질체 기술과 결합해 미생물 원형질체 유인 기술은 더 넓은 응용 전망을 가질 것이다.
5. 결론
유전학과 분자생물학의 급속한 발전에 따라, 원형질체 융합 육종 기술 및 유전공학 육종 기술과 같은 많은 새로운 복잡한 기술이 균주 육종에 적용되었지만, 돌연변이 육종 기술은 여전히 균주 생산성을 높이는 중요하고 효과적인 수단이다. 그것의 긍정적인 돌연변이율은 비교적 높아서 많은 우수한 돌연변이와 새로운 유익한 유전자 유형을 얻을 수 있다. 반면에, 돌연변이 육종은 어느 정도의 맹목성과 임의성을 가지고 있다. 실제 응용에서 연구원들은 출발균주와 실험실 조건 등 구체적인 상황에 따라 적절한 유인방법을 선택해야 한다. 본 실험실은 물리인자와 화학인자를 결합한 방법으로 다양한 효모주를 복합적으로 유인하여 모두 이상적인 균주를 얻었다. 또한, 우리는 더 이상적인 균주를 얻기 위해 여러 가지 돌연변이 인자를 사용하여 여러 차례 돌연변이 유발을 시도하고 있다.
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