- Nuôi cấy bề mặt (surface cultivation): Thường vi sinh vật phát triển trên bề mặt môi trường Ví dụ, vi sinh vật phát triển trên bề mặt môi trường thạch trong hộp Petri hay phát
2.2.2.3. Tạo chủng có hoạt tính cao bằng kỹ thuật di truyền
Tạo chủng tái tổ hợp có khả năng sinh tổng hợp enzyme cao bằng cách chọn dòng gene mong muốn và sử dụng vector là các plasmid để biến nạp tạo chủng tái tổ hợp có năng suất cao. Đặc biệt tạo chủng dựa trên tắc điều hòa trao đổi chất.
Những đặc thù chung của vi sinh vật công nghiệp cũng như các vi sinh vật khác là rất phong phú các enzyme (có tới hàng ngàn enzyme). Ví dụ, trong tế bàoE. coli người ta đã xác định được khoảng 2000 enzyme và có thể cịn tạo thành nhiều hơn nữa nếu ni nó trong mơi trường thích hợp. Các enzyme đóng vai trị quan trong trong đời sống vi sinh vật, chúng là chất xúc tác cho các phản ứng sinh hóa xảy ra trong và ngồi tế bào để phân hủy cơ chất và tổng hợp các vật liệu tế bào nhằm bảo vệ cũng như phát triển. Chúng còn tham gia vào trong q trình chuyển hóa vật chất trong sinh giới.
Các vi sinh vật tồn tại trong tự nhiên hình thành cơ chế điều hòa phát triển cao sao cho các sản phẩm trao đổi chất sinh ra và các thành phần của tế bào chỉ ở mức độ cần thiết cho sự sinh sản và duy trì lồi. Trong tự nhiên, theo lẽ thơng thường khơng có sự tạo dư thừa các chất trao đổi bậc một, bậc hai và các enzyme.
Nguyên tắc điều hòa trao đổi chất gồm 3 cơ chế:
- Điều hịa các hoạt tính enzyme nhờ sự ức chế ngược bằng sản phẩm cuối cùng (hay cịn gọi là sự kìm hãm theo liên kết ngược);
- Điều hòa tổng hợp enzyme nhờ sự nhờ sự kiềm chế bằng sản phẩm cuối cùng và sự giải kiềm chế;
- Điều hòa sinh tổng hợp enzyme bằng sự kiềm chế dị hóa.
Tổng hợp protein được xem như là kết quả của quá trình biểu hiện gene. Việc tổng hợp một sản phẩm trong tế bào dựa trên cơ sở sử dụng thơng tin di truyền mã hố một gene liên quan đến hàng loạt q trình chuyển hố. Trước hết là sự phiên mã thông tin từ phân tử DNA, nơi lưu giữ thông tin di truyền, sang RNA thông qua việc tổng hợp RNA thơng tin. Sau đó là việc sinh tổng hợp protein cần thiết cho cơ thể. Như vậy, q trình này có thể khái qt: DNA được sao mã (nhân bản trong quá trình tái sinh) quá trình này thường được xúc tác bởi các enzyme DNA-polymerase, sau đó được phiên mã sang RNA nhờ sự xúc tác của các enzyme RNA-polymerase và transcriptase. Thường trong cơ thể sinh vật có 3 loại RNA-polymerase. Tuy vậy, trong tế bào việc tổng hợp protein không phải diễn ra lộn xộn, mà theo cơ chế điều hồ hoạt tính enzyme nhờ sự ức chế bằng sản phẩm cuối cùng hay cịn gọi là sự kìm hãm do liên kết ngược. Ví dụ, sơ đồ chuỗi các phản ứng sinh hoá xảy ra để tổng hợp sản phẩm cuối cùng của q trình chuyển hố (X) như hình 2.5.
Enzyme đầu tiên (a) là một enzyme dị lập thể, nó thay đổi cấu hình khơng gian khi có mặt sản phẩm cuối X nhằm giảm bớt hoạt tính xúc tác của chính mình. Enzyme này ngồi vị trí gắn với cơ chất A (trung tâm xúc tác), nó có một hay nhiều vị trí gắn với sản phẩm cuối cùng X gọi là trung tâm dị lập thể. Nếu sự hiện diện của X ở mức dư thừa so với nhu cầu của
cơ thể thì sẽ xảy ra sự bao vây của trung tâm dị lập thể làm cho trung tâm bị biến đổi cấu hình khơng gian đến mức khiến cho enzyme (a) không gắn vào chất A mà chỉ gắn với X. Như vậy, khơng có sự chuyển hố chất A thành B, chuỗi sinh tổng hợp X bị gián đoạn. Sự điều hồ này ở mức độ enzyme. Q trình tổng hợp enzym cũng được điều hoà bởi sự cảm ứng và ức chế quá trình sinh tổng hợp enzyme nhờ sự kiềm chế bằng sản phẩm cuối cùng và sự giải kiềm chế.
Trong tuyển chọn các chủng vi sinh vật sản sinh các sản phẩm thứ cấp, người ta rất quan tâm tạo chủng dị dưỡng có các con đường trao đổi chất sinh tổng hợp axit amin trùng với con đường sinh tổng hợp các chất trao đổi để tạo chủng siêu tổng hợp. Ví dụ, con đường sinh tổng hợp penicillin trùng với con đường tổng hợp lysin ở nấmPenicillium, người ta tạo ra chủng dị dưỡng lysin sẽ làm tăng quá trình tổng hợp kháng sinh penicillin.