微生物克隆技术

在微生物界，克隆现象是相当普遍的，如单细胞生物和多细胞生物体中细胞的简单分裂等。微生物的克隆技术也不复杂。一般来说，微生物的生长需要大量的水分，需要较多地供给构成有机碳架的碳源，构成含氮物质的氮源，其次还需要一些含磷、镁、钾、钙、钠、硫等的盐类以及微量的铁、铜、锌、锰等元素。不同的微生物对营养物质的要求有很大的差异。有些微生物是“杂食性”的，可以用各种不同物质作为营养；有的微生物可以利用化学成分比较简单的物质，甚至可以在完全无机的环境中生长发育，从二氧化碳、氨及其他无机盐类合成它们的细胞物质。另外，有些微生物则需要一些现成的维生素、氨基酸、嘌呤碱及其他一些有机化合物才能生长。

有的微生物的生长不需要分子氧，这种微生物称为厌氧微生物，它的培养应在密闭容器中进行。如生产沼气的甲烷菌的培养，是在有盖的沼气池或不通气的发酵罐中进行的。更多的工业微生物要在有氧的环境中生长，称为好氧微生物。培养这类微生物时要采取通气措施，以保证供给充分的氧气。

微生物细胞培养的方式又分为许多类型。所谓表面培养使用的是固体培养基，细胞位于固体培养基的表面，这种培养方式多用于菌种的分离、纯化、保藏和种子的制备。表面培养法多用在微生物学家的实验室中，这是因为虽然表面培养操作简便，设备简单，但也存在一些缺点，例如不易保持培养环境条件的均一性。

一般来说，表面培养的方法是：将含有许多微生物的悬浮液稀释到一定比例后，接种到琼脂培养基的固本斜面上，经保温培养，可以得到单独孤立的菌落。这种单独的菌落可能是由单一细胞形成，因而获得纯种细胞系。生长在斜面上的菌体，在4℃下可以保藏3～6个月。青霉素最初投入工业生产的时候，就是采用这种表面培养法。

微生物细胞培养如果实行工业化，靠表面培养提供足够的生长表面是很困难的。就以青霉素来说，如果采用表面培养方法生产1千克青霉素就需要100万个容积为1升的培养瓶。这需要消耗大量的人力、能量和培育空间。所以在工业生产上，表面培养法很快被深层培养法所取代。

深层培养是一种适用于大规模生产的培养方式。采用深层培养法易于获得混合均一的菌体悬浮液，从而便于对系统进行监测控制。同时，深层培养法也容易放大到工业规模。深层培养法基本上克服了表面培养法的缺点，成为大量培养微生物的一个重要方法。在深层培养中，菌体在液体培养基中处于悬浮状态，空气中的氧气通过通气装置传入到细胞。

实验室里的小型分批深层培养，常采用摇瓶。将摇瓶瓶口封以多层纱布或用高分子滤膜以阻止空气中的杂菌或杂质进入瓶内，而空气可以透过瓶塞进入瓶内供菌体呼吸之用，摇瓶内盛培养基，经灭菌后接入菌种，然后，在摇床上保温振荡培养。摇瓶培养法是实验到获取菌体的常用方法，也用做大规模生产的种子培养。

工业上大规模培养微生物一般是在大型发酵罐中进行的。大型罐具有提高氧利用率、减少动力消耗、节约投资和人力，并易于管理的优点。目前通用的气升式发酵罐最大容积达3000立方米。现在的培养罐一般采用计算机自动化控制，自动收集和分析数据，并实现最佳条件的控制。

在微生物细胞培养中，不能不提到同步培养法。在同步培养法中，通过控制环境条件，使细胞生长处于相同阶段，使得所有细胞同时进行分裂，即保持培养中的细胞处于同一生长阶段。同步培养法有利于了解单个微生物细胞和整个细胞群的生长或生理特性。

此外，通过对微生物生长和生理的深刻了解，可以使用一个培养罐来同时培养两个或两个以上的微生物细胞。在混合培养条件下，微生物之间存在各种关系。一种是互不相干，一种微生物细胞的生长不因另一种微生物细胞的存在而改变，如链球菌和乳酸杆菌的恒化培养。另一种是互生关系，两种菌相互提供对方生长所需的营养物质或消耗其生长抑制剂。例如，一种假单胞菌依赖甲烷作为其唯一碳源和能源，在有一种生丝微菌存在时，生长更好，前者生长时产生的甲醇对其生长和呼吸有逆制作用，而生丝微菌能消耗甲醇而消除抑制。还有，如细菌可以产生酶来分解抗生素，使其同伴能够生长。还有的细菌产生的化合物为其同伴的碳源或能源，而有利于同伴的生长。