重组大肠杆菌高密度发酵工艺进展及研究

2015-08-15王艳侠杨珺王飞

生物技术世界 2015年6期

王艳侠杨珺王飞

(天津红日金博达生物技术有限公司天津 300457)

在对各类细菌进行研究的过程中可以看出,大肠杆菌本身的结构和基因组成都相对简单,并且具有生长周期短、培养条件要求较低等优势,因此在对重组蛋白进行表达的过程中,经常会选择大肠杆菌作为发酵菌种。而这也就为人类提供了很多的基因产物,使得人类的各类技术得到了相应的提高。

1 高密度发酵技术的概述

高密度发酵技术就是指在特定的培养体系之下,利用改变培养方式或培养条件的方法,提升所培养的菌群的发酵密度,进而提升相应产物的生产量。这种培养方式是基于目前先进的发酵技术,利用多种方式提升产物的产量,将其应用在大肠杆菌重组蛋白的发酵培养过程中,能够有效提升相关重组蛋白的合成量,减少培养体积,同时还可以提高分离提取的纯度,较大程度的缩短了生产的周期。这样,从侧面降低了相关企业的生产成本,并提升了生产的效率。

2 重组大肠杆菌高密度发酵工艺的进展研究

2.1 宿主菌类型

不同种类的大肠杆菌其对于生长条件的要求、代谢副产物种类以及对外源基因的表达能力都存在着一定的差异,因此,在工业发酵的过程中,对于宿主菌类型的选择是非常重要的。现代相关生物学家对于宿主菌的改良投入了大量的经历,其发现在发酵过程中,乙酸是主要抑制重组蛋白合成的主要代谢副产物,其对于相关发酵过程中产品的生产量有着直接的影响。因此,相关研究者就利用Co对宿主菌进行诱变,使其成为对乙酸具有高耐受性的耐乙酸型大肠杆菌。经过试验检验表明,这种细菌在高密度发酵中能够将发酵浓度提高5%以上,菌落的生长比率可以提高27%,其对于重组蛋白的表达能力提升了50%以上,而大肠杆菌本身产生的乙酸浓度降低了60%以上。

2.2 培养基组成

培养基是培养大肠杆菌的主要场所,根据其功能的不同分为3类,主要包括合成、半合成以及复合型培养基。在目前我国的重组大肠杆菌高密度发酵过程中所使用的均是半合成培养基,这种培养基是在合成型培养基的基础上衍变而来的,其主要是添加了各类促进大肠杆菌细胞生长、代谢合成等的物质,主要包括碳、氮、无机盐、氨基酸以及维生素等。相比于合成型培养基,半合成培养基中这些物质的含量是其数倍甚至十数倍,这样更加有利于大肠杆菌的高密度发酵。但根据现代科学研究表明,培养基中的营养成分含量不能过高,适宜剂量的营养成分能够有效提高大肠杆菌的生长和代谢,但是浓度过高的营养成分就可能会反过来抑制其生长,降低产量。

2.3 碳源

生物体的主要组成元素就是碳,因此,在对大肠杆菌进行高密度发酵时就需要为其补充适量的碳源,一般采用的碳源补充剂为糖类、油脂以及[A1]蛋白胨等。其中葡萄糖是目前应用最为广泛的碳源,其能够有效提升大肠杆菌的生长速度,并且自身特异性较低,不会影响到测定工作。但是葡萄糖的添加量不能过高,否则会促进大肠杆菌对于乙酸的代谢和合成,抑制发酵产物的生成。

2.4 无机盐

无机盐离子是生物维持自身新陈代谢的重要元素,一般以钙离子、镁离子、钾离子以及钠离子等为主,因此在对大肠杆菌进行高密度发酵时,也需要为其补充适量的无机盐离子。根据现代研究表明,在生产肿瘤坏死因子时,磷酸盐的浓度对大肠杆菌浓度的影响较大,当磷酸根处于0.15M时,对于大肠杆菌的生长密度和重组蛋白的表达量的影响最好。当浓度过低时,则会导致大肠杆菌生长缓慢;而当浓度过高时,则可能会导致大肠杆菌生长周期缩短,出现过早死亡的情况,影响重组蛋白的表达。

2.5 诱导剂的选择

目前,在高密度发酵过程中常用的诱导剂是ITPG,但是这种诱导剂本身的价格较为昂贵,同时其对于人体具有着较大的毒性,因此在大规模针对于人体用生物产品的生产过程中起到的作用较低。但是根据研究显示,利用乳糖可以有效对ITPG进行代替,虽然乳糖的诱导反应较为复杂,并且诱导效果较差,但是其价格便宜,并且对于人体没有毒副作用,因此能够被应用于大规模针对人体用生物产品的生产过程中。

2.6 抑制性代谢产物的影响

大肠杆菌在新陈代谢过程中会产生一些代谢产物,其对于大肠杆菌本身重组蛋白的表达具有着一定的抑制作用,其主要就是有机酸类和二氧化碳。二氧化碳作为一种对不含叶绿素生物具有极强毒性的物质,其能够降低大肠杆菌的氧化作用,同时增加反应环境内碳源的含量。而有机酸中的乙酸对于大肠杆菌的毒害较大,能够扰乱大肠杆菌细胞的正常代谢活动。