亚洲天天做日日做天天谢日日欢_足疗店卖婬一区二区三区_传媒在线播放刺激性精品经典_国产又粗又猛又爽又白奖_中国熟女高潮视频

Technical

技術(shù)服務(wù)

首頁(yè)技術(shù)服務(wù)工藝技術(shù)代謝副產(chǎn)物乙酸對(duì)大腸桿菌發(fā)酵的影響及解決方法

代謝副產(chǎn)物乙酸對(duì)大腸桿菌發(fā)酵的影響及解決方法

發(fā)布時(shí)間:2024-08-28 瀏覽次數(shù):779


代謝副產(chǎn)物乙酸對(duì)大腸桿菌發(fā)酵的影響,總結(jié)以下幾點(diǎn),并作出相應(yīng)解決措施。

 一、代謝副產(chǎn)物-乙酸
 
乙酸是大腸桿菌發(fā)酵過(guò)程中的代謝副產(chǎn)物,在多大的濃度下產(chǎn)生抑制作用各種說(shuō)法不一,一般認(rèn)為在好氣性條件下,510g/L 的乙酸濃度就能對(duì)滯后期、最大比生長(zhǎng)速率、菌體濃度以及最后蛋白收率等都產(chǎn)生可觀測(cè)到的抑制作用。當(dāng)乙酸濃度大于1020g/L 時(shí),細(xì)胞將會(huì)停止生長(zhǎng),當(dāng)培養(yǎng)液中乙酸濃度大于12g/L 后外源蛋白的表達(dá)完全被抑制。
 

 預(yù)防乙酸產(chǎn)生的措施:
 1
、通過(guò)控制比生長(zhǎng)速率來(lái)減少乙酸的產(chǎn)生:
 
比生長(zhǎng)速率越高,乙酸產(chǎn)生越多,當(dāng)比生長(zhǎng)速率超過(guò)某個(gè)值時(shí),乙酸開(kāi)始產(chǎn)生??梢酝ㄟ^(guò)降低溫度,調(diào)節(jié)酸堿度,控制補(bǔ)料等方法來(lái)降低比生長(zhǎng)速率。
 2
、透析培養(yǎng):
 
在大腸桿菌的培養(yǎng)過(guò)程中可以用透析技術(shù)除去發(fā)酵液中的有害物質(zhì),降低乙酸含量從而實(shí)現(xiàn)重組菌的高密度發(fā)酵和產(chǎn)物的表達(dá)。
 3
、 控制葡萄糖的濃度:
 
葡萄糖是大腸桿菌發(fā)酵過(guò)程中重要的碳源之一,用其作碳源是要將其控制在一個(gè)較低的水平上,以減少乙酸的產(chǎn)生。
 

常用的控制方法主要有:
 
pH法:大腸桿菌會(huì)代謝葡萄等產(chǎn)生乙酸,使pH 值下降。因此可通過(guò)pH值的高低作為控制葡萄糖的指標(biāo),該法的缺點(diǎn)是pH 的變化不完全是由葡萄糖代謝的結(jié)果,容易造成補(bǔ)料體系出錯(cuò)。
 
恒溶氧法:菌體代謝時(shí)會(huì)消耗氧,使溶氧下降,當(dāng)葡萄糖濃度低到一定程度時(shí)菌體代謝下降,消耗氧能力下降,溶氧上升。因此,根據(jù)溶氧曲線補(bǔ)加葡萄糖,保持溶氧恒定,可以控制葡萄糖在一定的水平。
 
二、溫度
 
大腸桿菌發(fā)酵最適溫度是37°C,當(dāng)溫度最適菌體生長(zhǎng)時(shí),比增長(zhǎng)速率將會(huì)增大。隨溫度上升細(xì)菌代謝加快,其產(chǎn)生代謝副產(chǎn)物也會(huì)增加。這些副產(chǎn)物會(huì)對(duì)菌體的生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的抑制作用。菌體生長(zhǎng)過(guò)快也會(huì)影響質(zhì)粒的穩(wěn)定性。降低培養(yǎng)溫度,菌體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的攝取和生長(zhǎng)速率都會(huì)下降。同時(shí)也減少了有毒代謝副產(chǎn)物的產(chǎn)生和代謝熱的產(chǎn)生。有時(shí)降低溫度更有利于目的蛋白的正確折疊及表達(dá)。在重組大腸桿菌的發(fā)酵中不同發(fā)酵階段其最適溫度也不 同,為了能獲得大量的目的蛋白,首先要保證菌體的量,因此在前期可優(yōu)先考慮菌體的生長(zhǎng),到誘導(dǎo)階段應(yīng)將目的產(chǎn)物的表達(dá)放在首位。
 
三、培養(yǎng)方式
 
微生物的培養(yǎng)方式主要有分批、連續(xù)和補(bǔ)料分批3種。大腸桿菌發(fā)酵大多采用補(bǔ)料分批培養(yǎng),這是在現(xiàn)代發(fā)酵工藝得到優(yōu)化的一種方式,能有效的優(yōu)化微生物培養(yǎng)過(guò)程中的化學(xué)環(huán)境。使微生物處于最佳的生長(zhǎng)環(huán)境。這種方式一方面可以避免某些營(yíng)養(yǎng)成分初始濃度過(guò)高出現(xiàn)底物抑制現(xiàn)象,另一方面能夠防止限制性營(yíng)養(yǎng)成分被耗盡而影響細(xì)胞的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的形成。補(bǔ)料分批培養(yǎng)已廣泛應(yīng)用于各種各樣的初級(jí)、次級(jí)生物產(chǎn)品和蛋白等的發(fā)酵生產(chǎn)中。


生物技術(shù)研究者追求的兩個(gè)主要目標(biāo),一是新型生物產(chǎn)品的開(kāi)發(fā),另一就是為傳統(tǒng)的或新生生物產(chǎn)品,尋求更經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方式。近十年來(lái),利用遺傳工程技術(shù)來(lái)生產(chǎn)一些重要的生物藥物,是生物技術(shù)領(lǐng)域中迅速發(fā)展的一個(gè)重要方向。在這一研究領(lǐng)域里,如何創(chuàng)造更經(jīng)濟(jì)、更有效的方法,來(lái)提高生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性和產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,已經(jīng)成為生物技術(shù)領(lǐng)域的科學(xué)家們所關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。
  
利用重組DNA技術(shù)生產(chǎn)重要的生物藥物,在人類文明史上具有劃時(shí)代的意義。由于生產(chǎn)成本和生產(chǎn)率的高低直接影響公司的生存,重組生物藥物生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化已經(jīng)成為一個(gè)重要問(wèn)題。它包括以下六個(gè)方面(1)適宜宿主的選擇;(2)重組蛋白積累位點(diǎn)(如可溶的胞內(nèi)積累、胞內(nèi)聚合積累、周質(zhì)積累或胞外積累)的確定;(3)重組基因最大表達(dá)的分子策略;(4)細(xì)胞生長(zhǎng)和生產(chǎn)環(huán)境的優(yōu)化;(5)發(fā)酵條件的優(yōu)化;后處理過(guò)程的優(yōu)化。只有這六個(gè)方面都以實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率為目標(biāo),整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的最優(yōu)化才能實(shí)現(xiàn)。

()細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境的優(yōu)化策略
要提高細(xì)胞密度和生產(chǎn)率,首先需要對(duì)微生物生長(zhǎng)的物理和化學(xué)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化,包括生長(zhǎng)培養(yǎng)基的組成,培養(yǎng)物理參數(shù)(pH、溫度和攪拌)及產(chǎn)物誘導(dǎo)條件。優(yōu)化這些參數(shù)的目的在于保證細(xì)胞生長(zhǎng)處于最適的環(huán)境條件之下,避免營(yíng)養(yǎng)物過(guò)量或不足、防止產(chǎn)物降解以及減少有毒產(chǎn)物的形成。
1
.培養(yǎng)基組成的優(yōu)化
培養(yǎng)基中通常含有碳()源、氮源,以及微營(yíng)養(yǎng)物如維生素和微量元素,這些營(yíng)養(yǎng)物的濃度與比例,對(duì)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)重組微生物的高密度發(fā)酵是很重要的。例如,過(guò)量的Fe2+CaCO3與相對(duì)低濃度的磷酸鹽可促進(jìn)黃曲霉生產(chǎn)L-蘋果酸;鏈霉菌在6080 mmol/L CO32-存在下,其絲氨酸蛋白酶生產(chǎn)能力可提高10倍之多;在重組微生物達(dá)到高細(xì)胞密度后,限制磷酸鹽濃度可使抗生素和異源白介素b的產(chǎn)率顯著提高。此外還發(fā)現(xiàn),限制精氨酸的濃度雖然會(huì)抑制細(xì)胞的生長(zhǎng),但比起精氨酸充足時(shí)細(xì)胞生長(zhǎng)優(yōu)良的情況,其重組a-淀粉酶的產(chǎn)量可提高2倍。
培養(yǎng)基中復(fù)合氮源的種類對(duì)重組大腸桿菌的高密度發(fā)酵也非常重要。一般地,當(dāng)流加培養(yǎng)基中含有酵母膏時(shí),重組蛋白不穩(wěn)定;而當(dāng)流加培養(yǎng)基中含有蛋白胨時(shí),大腸桿菌不能再利用其所產(chǎn)生的乙酸。將酵母膏和蛋白胨都加入流加培養(yǎng)基中,不但所生產(chǎn)的重組蛋白非常穩(wěn)定,細(xì)胞還能再利用代謝合成的乙酸,這是一種非常有趣的代謝機(jī)制。
恒化技術(shù)可用于優(yōu)化精氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型大腸桿菌X90的生長(zhǎng)培養(yǎng)基。使該菌株以0.4 h-1的比生長(zhǎng)速率在含精氨酸的基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng),待培養(yǎng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后,在恒化器內(nèi)分別加入氨基酸、維生素和微量元素來(lái)考察這些物質(zhì)對(duì)菌體生長(zhǎng)和精氨酸合成的影響。結(jié)果表明,由于氨基酸生物合成途徑的末端產(chǎn)物抑制作用,加入某些氨基酸后,細(xì)胞生長(zhǎng)反而受到抑制。加入NH4Cl后細(xì)胞量則出現(xiàn)了戲劇性的增長(zhǎng)。而添加維生素對(duì)菌體生長(zhǎng)基本上沒(méi)有任何影響。通過(guò)計(jì)算生物量對(duì)每種基質(zhì)的產(chǎn)率,最終可以確定高密度發(fā)酵培養(yǎng)基的組成,在此優(yōu)化培養(yǎng)基上,大腸桿菌X90細(xì)胞密度可達(dá)到92 g/L,同時(shí)形成56 mg/L的胞外重組蛋白酶。
2
.特殊營(yíng)養(yǎng)物的添加
在某些情況下,向培養(yǎng)基中添加一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能提高生產(chǎn)率。這些營(yíng)養(yǎng)物的作用有可能是作為產(chǎn)物的前體,也有可能是阻止產(chǎn)物的降解,例如,在培養(yǎng)重組大腸桿菌生產(chǎn)氯霉素乙酰轉(zhuǎn)移酶(一種由許多芳香族氨基酸組成的蛋白)時(shí)添加苯丙氨酸,可將酶的比活力提高大約2倍;在培養(yǎng)重組枯草芽孢桿菌生產(chǎn)b-內(nèi)酰胺酶的培養(yǎng)基中添加60 g/L的葡萄糖和100 mmol/L的磷酸鉀能使重組蛋白的穩(wěn)定性顯著提高。其原因可能是由于宿主細(xì)胞產(chǎn)生的多種胞外蛋白酶的活性被抑制,從而防止了重組蛋白的降解。
在生長(zhǎng)培養(yǎng)基中添加特殊物質(zhì)有時(shí)還能以一種未知的機(jī)制提高生產(chǎn)率。例如,在搖瓶培養(yǎng)Micromonospora cbersina時(shí)添加碘化鈉可使dynemicin A的產(chǎn)量提高35倍,但在小型反應(yīng)器中卻無(wú)法重復(fù)這一結(jié)果。
3
.限制代謝副產(chǎn)物的積累
培養(yǎng)條件的控制對(duì)代謝副產(chǎn)物的形成影響甚大。在分批或流加培養(yǎng)中,某些營(yíng)養(yǎng)物的濃度過(guò)高均會(huì)導(dǎo)致Crabtree效應(yīng)的產(chǎn)生。在這種效應(yīng)下,釀酒酵母會(huì)產(chǎn)生乙醇,大腸桿菌則會(huì)產(chǎn)生過(guò)量乙酸,一旦生成乙酸,細(xì)胞生長(zhǎng)及重組蛋白的生產(chǎn)均會(huì)受到抑制。大腸桿菌形成乙酸的速度依賴于細(xì)胞的生長(zhǎng)速度和培養(yǎng)基的組成。業(yè)已確證,如果在培養(yǎng)基中添加復(fù)合營(yíng)養(yǎng)物(如大豆水解物),則會(huì)增加乙酸的積累量。針對(duì)如何減輕由于乙酸積累而產(chǎn)生的負(fù)面影響,眾多研究者進(jìn)行了大量工作,如利用循環(huán)發(fā)酵技術(shù)來(lái)限制乙酸在重組大腸桿菌高密度培養(yǎng)中的積累。近來(lái)也有研究表明,添加某些氨基酸能減輕乙酸的抑制作用。如在培養(yǎng)基中添加10 mg/L的甘氨酸能顯著促進(jìn)大腸桿菌合成重組a-淀粉酶和b-內(nèi)酰胺酶,并能刺激酶從周質(zhì)向培養(yǎng)基中釋放,但此時(shí)仍有乙酸伴隨生成。
 

()培養(yǎng)模式

由于許多營(yíng)養(yǎng)物在高濃度下對(duì)細(xì)胞有抑制作用,而為了達(dá)到高細(xì)胞密度,又必須供給大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),因此,濃縮營(yíng)養(yǎng)物必須以與其消耗速率成比例的速度加入反應(yīng)器中。為此產(chǎn)生了多種形式的補(bǔ)料策略,它可以簡(jiǎn)單到線性補(bǔ)料,也可以復(fù)雜到利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出的策略來(lái)控制補(bǔ)料速率。具體來(lái)說(shuō),培養(yǎng)模式的選擇主要依賴于以下三個(gè)因素(1)所培養(yǎng)細(xì)胞的具體代謝行為;(2)利用抑制性底物合成目的產(chǎn)物的潛力;(3)誘導(dǎo)條件以及測(cè)量細(xì)胞培養(yǎng)各項(xiàng)參數(shù)的能力。
1
.大腸桿菌流加發(fā)酵策略
大腸桿菌是迄今為止遺傳背景最清楚的菌株,廣泛用于基因工程的研究中。大腸桿菌高密度培養(yǎng)時(shí)最關(guān)鍵的問(wèn)題是如何盡量減少乙酸的產(chǎn)生,因?yàn)楦邼舛绕咸烟腔蚋弑壬L(zhǎng)速率帶來(lái)的高濃度乙酸會(huì)嚴(yán)重抑制細(xì)胞生長(zhǎng)和重組蛋白的生產(chǎn)。研究發(fā)現(xiàn),即使葡萄糖濃度只有0.250.5 g/L,大腸桿菌仍會(huì)產(chǎn)生乙酸。因此,高細(xì)胞密度發(fā)酵所采用的流加策略必須按照一定的算法制定,以保持反應(yīng)器中底物濃度處于較低的水平。營(yíng)養(yǎng)物最好以它們的消耗速率加入反應(yīng)器中,這樣不僅可以防止底物積累到毒性水平,也不會(huì)使細(xì)胞處于饑餓狀態(tài)。
近年來(lái)已經(jīng)報(bào)道了多種控制大腸桿菌流加培養(yǎng)中流加速率的方法,其中大多數(shù)是將流加速率與一種物理參數(shù)間接耦合(如溶氧、pHCO2釋放速率)。有學(xué)者將溶氧控制在一個(gè)預(yù)定值上以保證較低的生長(zhǎng)速率,結(jié)果乙酸產(chǎn)生很少,最終細(xì)胞干重達(dá)到110 g/L,并發(fā)現(xiàn)較低的比生長(zhǎng)速率還有利于重組蛋白的高表達(dá)。在另一個(gè)控制低比生長(zhǎng)速率的高細(xì)胞密度培養(yǎng)中,研究者采用先指數(shù)流加葡萄糖、銨鹽和無(wú)機(jī)鹽,后采用廣義線性流加的培養(yǎng)策略,有效地防止了乙酸的積累,重組大腸桿菌的細(xì)胞密度達(dá)到66 g/L,通過(guò)溫度誘導(dǎo)可在胞內(nèi)形成19.2 g/L的活性重組蛋白。
如果將葡萄糖濃度控制在一個(gè)不致于產(chǎn)生毒性的足夠低的水平上,也可以使細(xì)胞在不存在限制性基質(zhì)的情況下迅速生長(zhǎng)到高細(xì)胞密度。這種控制策略對(duì)儀器的要求較高。Kleman等采用在線葡萄糖分析儀,以微生物對(duì)葡萄糖的需求來(lái)決定葡萄糖和其它營(yíng)養(yǎng)物的流加速率,這一算法能夠在產(chǎn)物誘導(dǎo)階段中根據(jù)細(xì)胞生長(zhǎng)的變化自動(dòng)調(diào)整流加速率。培養(yǎng)攜帶質(zhì)粒的大腸桿菌 MV1190,其質(zhì)粒中帶有編碼1,5-二磷酸核酮糖羧化酶的基因,最終細(xì)胞干重達(dá)到39 g/L,產(chǎn)生1.7 g/L可溶的活性蛋白。
2
.重組酵母的流加發(fā)酵
酵母中廣泛用于遺傳工程研究的菌株是釀酒酵母。但采用釀酒酵母作為重組宿主也有以下缺點(diǎn)(1)重組蛋白生產(chǎn)的水平較低;(2)質(zhì)粒不穩(wěn)定;(3)生成乙醇。其中生成乙醇是研究者最不希望出現(xiàn)的,因?yàn)檫@會(huì)抑制重組蛋白的形成。近來(lái)研究表明,其它酵母,如巴斯德畢赤氏酵母也具有作為重組宿主的潛力。Clare等比較了重組巴斯德畢赤氏酵母和釀酒酵母在高細(xì)胞密度狀態(tài)下表達(dá)和分泌鼠表皮生長(zhǎng)因子的能力。培養(yǎng)每基因組含有19個(gè)拷貝數(shù)的巴斯德畢赤氏酵母,最終可獲得447 mg/L胞內(nèi)重組蛋白;而培養(yǎng)釀酒酵母所獲得的最高水平僅67 mg/L
通過(guò)先指數(shù)流加,后采用基于CO2釋放和RQ值的線性流加控制方式可使重組巴斯德畢赤氏酵母的細(xì)胞干重達(dá)到8090 g/L,并分泌高水平的重組人血清蛋白。而培養(yǎng)釀酒酵母,細(xì)胞干重和重組蛋白的產(chǎn)量?jī)H分別為25 g/L20 mg/L。即使將釀酒酵母的生長(zhǎng)速率維持在0.120.18 h-1,也將形成1013 g/L的乙醇,因而導(dǎo)致產(chǎn)率降低。但釀酒酵母產(chǎn)乙醇也并不是不可控制的。Shimizu等采用一個(gè)復(fù)雜的流加系統(tǒng),將酵母的生長(zhǎng)速率控制在0.3 h-1,可使谷胱甘肽(GSH)的生產(chǎn)最大而乙醇的生成最小。
3
.流加培養(yǎng)的控制
一個(gè)好的流加控制系統(tǒng)必須避免兩種傾向一是流加過(guò)量,補(bǔ)料組分在反應(yīng)器中積累從而對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成產(chǎn)生抑制;二是流加不足,這可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞必需營(yíng)養(yǎng)物的缺乏。計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,為流加培養(yǎng)的控制提供了更有效的手段。近年來(lái),應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)和控制發(fā)酵過(guò)程的研究屢見(jiàn)報(bào)道。由于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的幫助,人們能夠采用多種生長(zhǎng)參數(shù)和數(shù)學(xué)模型來(lái)控制流加培養(yǎng)中營(yíng)養(yǎng)物的添加,從而使復(fù)雜的控制系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。在各種人工智能技術(shù)中,模糊推理(fuzzy reasoning)是應(yīng)用最廣的一種。模糊邏輯控制(fuzzy logic control)部分依賴于數(shù)學(xué)生長(zhǎng)模型,也采用語(yǔ)言定義的規(guī)則系統(tǒng)”(linguistically defined rules system)來(lái)幫助系統(tǒng)響應(yīng)發(fā)酵過(guò)程的非線性和動(dòng)態(tài)行為。Alfafara等在流加培養(yǎng)釀酒酵母生產(chǎn)谷胱甘肽的研究中,采用一個(gè)模糊邏輯控制系統(tǒng)來(lái)控制葡萄糖的流加速度,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后谷胱甘肽的比產(chǎn)生速率達(dá)到6.2 h-1。目前,在流加培養(yǎng)中應(yīng)用模糊邏輯控制技術(shù)的最大問(wèn)題在于如何減少底物和產(chǎn)物濃度振蕩所需的調(diào)整次數(shù)。自適應(yīng)模糊邏輯控制算法的發(fā)展可望對(duì)此有所幫助。

   ()誘導(dǎo)策略

對(duì)于許多帶有誘導(dǎo)型啟動(dòng)子的重組微生物,只有將生長(zhǎng)期和產(chǎn)物形成期分開(kāi)才能獲得最大生產(chǎn)率。在流加培養(yǎng)中,這兩段時(shí)期的分離可以通過(guò)延遲誘導(dǎo)直至細(xì)胞生長(zhǎng)已達(dá)到高密度來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外,如果質(zhì)粒穩(wěn)定并且產(chǎn)物對(duì)培養(yǎng)物無(wú)毒,那么可以用重復(fù)補(bǔ)料分批培養(yǎng)系統(tǒng)來(lái)提高生產(chǎn)率。有學(xué)者采用重復(fù)補(bǔ)料分批培養(yǎng)技術(shù)培養(yǎng)釀酒酵母,每24 h更換50%的培養(yǎng)基,持續(xù)30 d,其產(chǎn)物(hirudin)的產(chǎn)量可比連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)提高3倍。

如果誘導(dǎo)物和產(chǎn)物對(duì)細(xì)胞都有毒性,那么應(yīng)當(dāng)人為地將誘導(dǎo)期和生長(zhǎng)期分開(kāi)。對(duì)于這種情況,兩級(jí)連續(xù)培養(yǎng)是最適宜的培養(yǎng)方式。控制第一罐的條件,使細(xì)胞生長(zhǎng)處于最適狀態(tài)之下,而誘導(dǎo)與產(chǎn)物形成則發(fā)生在第二罐中。例如,在恒化器中培養(yǎng)一株能產(chǎn)b-內(nèi)酰胺酶的重組大腸桿菌,將第一罐的發(fā)酵液導(dǎo)入第二罐中,構(gòu)成一個(gè)兩級(jí)培養(yǎng)系統(tǒng)。第二罐中添加營(yíng)養(yǎng)物以及IPTG作為誘導(dǎo)物。結(jié)果獲得300 mg活性b-內(nèi)酰胺酶(相當(dāng)于總蛋白的25%),其中90%分泌至胞外。這一系統(tǒng)至少可以穩(wěn)定運(yùn)行50 d。另一相似的系統(tǒng)被用于培養(yǎng)大腸桿菌生產(chǎn)重組蛋白A-EcoRI蛋白融合體。培養(yǎng)在恒濁器中進(jìn)行,對(duì)第二罐進(jìn)行熱誘導(dǎo),結(jié)果獲得了比分批發(fā)酵高6倍的比生產(chǎn)率。研究者還嘗試將生產(chǎn)重組蛋白的兩級(jí)連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)與親和色譜柱相組合,試圖實(shí)現(xiàn)重組蛋白生產(chǎn)和純化的連續(xù)化。但由于技術(shù)上的一些原因,這種組合還未得到成功。
比生長(zhǎng)速率對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成均有重要作用。經(jīng)常會(huì)遇到的情況是,最適于細(xì)胞生長(zhǎng)的比生長(zhǎng)速率卻并不適于產(chǎn)物的形成或其它特性的實(shí)現(xiàn)。我們?cè)谂囵B(yǎng)面包酵母時(shí)發(fā)現(xiàn),比生長(zhǎng)速率為0.2 h-1時(shí)細(xì)胞產(chǎn)率最高,而比生長(zhǎng)速率為0.178 h-1時(shí)酵母發(fā)酵活力最佳。針對(duì)這一現(xiàn)象我們提出了一個(gè)兩階段控制比生長(zhǎng)速率的流加培養(yǎng)策略,結(jié)果在一個(gè)反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)了高發(fā)酵活力與高細(xì)胞產(chǎn)率的統(tǒng)一。 ()細(xì)胞循環(huán)發(fā)酵 從反應(yīng)器角度來(lái)考慮獲得高細(xì)胞密度,通常采用的是細(xì)胞循環(huán)生物反應(yīng)器。這種反應(yīng)器利用一種切向流或中空纖維過(guò)濾器從醪液中分離細(xì)胞,細(xì)胞返回容器,無(wú)細(xì)胞醪液則以給定速率連續(xù)轉(zhuǎn)移,同時(shí)代之以新鮮培養(yǎng)基。利用細(xì)胞循環(huán)技術(shù),可使細(xì)胞保留在反應(yīng)器中并達(dá)到高細(xì)胞密度,而毒性廢產(chǎn)物和胞外產(chǎn)物則不斷轉(zhuǎn)移,這可以延遲或防止由細(xì)胞生長(zhǎng)或產(chǎn)物形成引起的反饋抑制。細(xì)胞循環(huán)生物反應(yīng)器能夠適用于多種機(jī)體和生產(chǎn)系統(tǒng),但它的應(yīng)用也存在許多限制,主要包括(1)作用于進(jìn)入過(guò)濾單元的細(xì)胞的剪應(yīng)力太大;(2)系統(tǒng)的放大存在許多實(shí)際困難。
操作細(xì)胞循環(huán)生物反應(yīng)器時(shí)必須考慮兩個(gè)因素,一是稀釋率(流速/體積);二是循環(huán)速率(指通過(guò)過(guò)濾系統(tǒng)的培養(yǎng)基速率)。稀釋率的大小影響細(xì)胞的生長(zhǎng)速率,不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?duì)稀釋率的要求也不同;高的循環(huán)速率可使組分混合均勻,特別適用于細(xì)胞容易凝聚或成團(tuán)的情況。但循環(huán)速率過(guò)高會(huì)使作用在細(xì)胞上的剪切力過(guò)高,也會(huì)導(dǎo)致過(guò)濾單元膜的迅速損壞。因此,很難同時(shí)確定合適的稀釋率與循環(huán)速率,這也是限制細(xì)胞循環(huán)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要因素。
細(xì)胞循環(huán)技術(shù)可望獲得高的體積生產(chǎn)率,這對(duì)產(chǎn)物的提取非常有利。近年來(lái)循環(huán)發(fā)酵技術(shù)已廣泛用于生產(chǎn)細(xì)胞代謝物,如燃料酒精和有機(jī)酸(如丁酸)2,3-丁二醇。LeeChang采用細(xì)胞循環(huán)發(fā)酵技術(shù),重組大腸桿菌細(xì)胞干重達(dá)到145 g/L,其重組青霉素?;干a(chǎn)率比分批培養(yǎng)提高了近10倍。對(duì)于活細(xì)胞即為所希望的產(chǎn)物的培養(yǎng),細(xì)胞循環(huán)發(fā)酵也能發(fā)揮作用。如在食品工業(yè)中,為生產(chǎn)牛奶,奶酪和酸乳酪需培養(yǎng)不同的乳桿菌,采用細(xì)胞循環(huán)生物反應(yīng)器可以很容易地提高這些生物體的的密度。
在多種控制手段的幫助下,目前人們已經(jīng)能很容易地獲得超過(guò)100 g/L的細(xì)胞密度。但已有的研究結(jié)果表明,與最適生物量形成所對(duì)應(yīng)的生長(zhǎng)條件通常會(huì)導(dǎo)致較低的比生產(chǎn)率。例如,用細(xì)胞循環(huán)反應(yīng)器生產(chǎn)2,3-丁二醇,生物量提高了大約6倍,但體積生產(chǎn)率只提高了23倍。同樣,流加培養(yǎng)可以使鏈霉菌的細(xì)胞干重達(dá)到43 g/L,但蛋白酶活為零,而當(dāng)細(xì)胞干重為18 g/L時(shí)蛋白酶活卻高達(dá)3500 U/mL。我們?cè)谘芯恐幸步?jīng)常遇到類似問(wèn)題。要解決這一問(wèn)題,一方面應(yīng)當(dāng)研究如何促進(jìn)重組蛋白的高效表達(dá)和提高重組菌株的穩(wěn)定性,另一方面要研究與高細(xì)胞密度相關(guān)聯(lián)的高水平產(chǎn)物的形成條件。