《微生物代谢工程》教学大纲

一、基本信息

二、课程描述

微生物代谢工程是应用重组DNA技术和应用分析与生物学相关的遗传学手段来进行有精确目标的基因操作，以改变微生物原有的调节系统，通过有目的地对细胞代谢进行修饰以改变细胞某些方面的代谢活性的整套工作，从而达到实现目的代谢活性的提高这一预期目标的一个崭新领域。本课程注重以酶学、化学计量学、分子反应动力学以及现代数学的理论和技术为研究手段，在细胞水平上阐明代谢途径与代谢网络之间局部与整体的关系、胞内代谢过程与胞外物质运输之间的偶联以及代谢流流向与控制的机制，并在此基础上通过工程和工艺操作达到优化细胞性能的目的。它综合了基因工程、生物化学、生化工程等领域的最新成果，是目前国内外研究的热点。

三、教学目标

通过本课程的理论教学和相关实验训练，使学生具备如下能力：

1、学习了解微生物代谢工程基本理论知识及其应用的相关领域。

2、熟悉并掌握微生物代谢工程的基本操作技术与研究方法

四、课程目标对毕业要求的支撑

五、教学内容

第1章  微生物代谢工程导论              （支撑课程目标1）

    重点内容：微生物代谢工程与其他学科的交叉和区别。

    难点内容： 微生物代谢工程操作过程中所用的战略技术手段

教学内容：微生物代谢工程的基本概念、微生物代谢工程的基本操作过程，理解微生物代谢工程的研究战略及其应用。

第2章  微生物的生长与代谢调控                （支撑课程目标1）

    重点内容：微生物代谢的类型及其关系，微生物代谢的调节方式

    难点内容：掌握次级代谢与初级代谢途径之间的关系。

教学内容：微生物有哪些代谢类型、它们之间有什么关系，微生物代谢调节有什么特点、主要有哪些调节方式，什么是次级代谢产物、次级代谢途径与初级代谢途径之间有何关系。

第3章  酶活性与酶合成的调节                   （支撑课程目标1）

    重点内容： 酶活性与酶合成调控的基本原理及技术

    难点内容： 如何应用基本原理和技术到实践菌种改选中

教学内容：操纵子学说，诱导、阻遏作用。

第4章  微生物初级代谢工程                  （支撑课程目标1）

    重点内容： 微生物初级产物的工业调控发酵生产

    难点内容： 产物的合成代谢网络及调控

教学内容： 以氨基酸、核苷酸、脂类、糖类为例解析其工业调控发酵生产

第5章  微生物代谢工程的基本操作技术                （支撑课程目标2）

    重点内容：细菌基因转移的方法，同源重组在改造细菌基因中的作用。

    难点内容：掌握BLAST,MEGA等生物信息分析方法

教学内容：细菌进行基因转移的方法及BLAST等生物信息分析，理解基因组分析在微生物代谢工程中的应用及构建工程菌的基本步骤。

第6章  细胞代谢途径的解析与控制               （支撑课程目标2）

    重点内容：掌握网络节点的类型及主要节点刚性的评估，理解细胞代谢流测定的方法、代谢控制分析的基本理论及应用

    难点内容：细胞代谢流分析、代谢控制分析的基本理论及应用。

教学内容：细胞代谢流分析、代谢控制分析的基本理论及应用有哪些方面，代谢网络和节点各有哪几种基本类型，什么是代谢刚性，以1，6-二磷酸果糖的超量生产为例介绍如何实现对细胞代谢途径改造的方法。

第7章  微生物次级代谢工程              （支撑课程目标1）

    重点内容：次级代谢生物合成原理

    难点内容：微生物次级代谢的调控原理

教学内容：次级代谢生物合成的前体、次级代谢生物合成与微生物次级代谢的调控

第8章  微生物代谢工程的新进展                  （支撑课程目标1）

    重点内容：理解定向人工进化的原理及其在代谢工程中的应用

    难点内容：理解基于全基因组的代谢网络构建原理与方法

教学内容：基因组学与代谢网络、进化生物工程及合生物学与代谢工程

六、教学安排

该课程每周2学时，16周，32学时为课堂授课教学时间，0学时为课内实验教学时间。实验实践单独设课。

建议教学进度如下：

七、课内实验内容、要求及学时

    如果有课内实验，请填写下表；如果没有，则删除下表，并用文字适当说明。

有专门配套实验

八、教学方法与手段

由于本课程涉及领域较多，与微生物学、微生物发酵工程、细胞工程等多个学科均有交叉，因此在与其他相关专业知识相结合的基础上力求突出代谢工程特色，要求学生通过本课程的学习了解微生物代谢工程基本理论知识及其应用的相关领域。

九、考核方式及成绩评定

    考核方式： 闭卷考试

    成绩评定标准：平时成绩40％，考试60%。

十、教材及主要参考书