大肠杆菌总结
大肠杆菌生化实验报告
一、实验目的1. 了解大肠杆菌的生化特性，掌握大肠杆菌的鉴定方法。
2. 掌握微生物生化实验的基本操作技术，提高实验技能。
3. 通过实验，加深对微生物生化反应原理的理解。
二、实验原理大肠杆菌是一种革兰氏阴性细菌，属于肠杆菌科。
在微生物学中，生化实验是鉴定细菌的重要手段之一。
通过观察细菌对特定底物的代谢能力，可以判断细菌的种类和特性。
本实验主要采用糖发酵实验、吲哚试验、甲基红试验等方法对大肠杆菌进行鉴定。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：大肠杆菌菌种、葡萄糖发酵培养基、乳糖发酵培养基、蛋白胨水培养基、吲哚试剂、甲基红试剂、卢戈氏碘液、乙醚、蒸馏水等。
2. 实验仪器：酒精灯、接种针、培养皿、试管、试管架、烧杯、量筒、德汉氏小管、电子天平、纱布、脱脂棉、灭菌锅、PH计或PH试纸、电炉、石棉网、铁架台、100ml量筒、橡皮手套、超净台等。
四、实验步骤1. 糖发酵实验（1）将大肠杆菌接种于葡萄糖发酵培养基中，37℃培养24小时。
（2）观察培养基中是否产生气泡，若有气泡产生，则说明大肠杆菌能够利用葡萄糖。
2. 吲哚试验（1）将大肠杆菌接种于蛋白胨水培养基中，37℃培养24小时。
（2）取少量培养液加入吲哚试剂，观察是否产生红色沉淀。
3. 甲基红试验（1）将大肠杆菌接种于乳糖发酵培养基中，37℃培养24小时。
（2）加入甲基红试剂，观察培养基颜色变化。
五、实验结果与分析1. 糖发酵实验：大肠杆菌在葡萄糖发酵培养基中产生气泡，说明其能够利用葡萄糖。
2. 吲哚试验：大肠杆菌在蛋白胨水培养基中产生红色沉淀，说明其具有吲哚酶活性。
3. 甲基红试验：大肠杆菌在乳糖发酵培养基中不产生红色沉淀，说明其不能发酵乳糖。
根据实验结果，可以判断该菌株为大肠杆菌。
六、实验总结通过本次实验，我们掌握了微生物生化实验的基本操作技术，加深了对微生物生化反应原理的理解。
在实验过程中，我们学会了如何观察细菌对特定底物的代谢能力，从而对大肠杆菌进行鉴定。
大肠杆菌表达系统
大肠杆菌表达系统总结随着分子生物学和蛋白组学的迅猛发展，外源基因表达的遗传操作技术日趋成熟。
表达系统是外源基因表达的核心，常用表达系统一般为模式生物，包括真核表达系统和原核表达系统，其中真核系统包括了哺乳动物细胞表达系统、植物体表达系统、昆虫杆状病毒表达载体系统以及酵母表达系统，原核表达系统则主要为大肠杆菌表达系统。
大肠杆菌是目前应用最广泛的原核表达系统，也是最早进行研究的外源基因表达系统，其遗传学背景清晰、生长快、较易实现高密度培养、成本低、产量高，相较于其它表达系统具有难以比拟的优越性，是商业生产中应用最广泛的表达系统，取得了巨大的科研价值和经济效益。
大肠杆菌表达系统目前广泛应用于表达生产多种蛋白质/多肽类药物和生物化学产品，包括：重组人胰岛素、a2b型干扰素、兰尼单抗、紫色杆菌素和牡丹皮葡萄糖苷等。
据统计，1986-2018年由美国FDA和欧洲EMA批准上市的重组蛋白类药物中有26%来自于大肠杆菌。
与此同时，目前通过大肠杆菌表达的基因工程疫苗也进入市场或处于临床实验阶段，如戊型肝炎疫苗、人乳头瘤病毒疫苗、流感A型疫苗等。
常见的大肠杆菌表达系统有BL21系列、JM109系列、 W3110系列和K802系列等，其中大肠杆菌 BL21（ DE3）菌株是目前应用于重组蛋白表达研究最广泛的菌株之一，BL21（DE3）是由大肠杆菌B系列与K-12系列的衍生菌株通过 P1 转导等遗传突变获得的。
该类菌株通常为宿主蛋白酶缺失型，以保证外源蛋白在表达过程中不被降解，维持表达的稳定性。
大肠杆菌表达系统在商业生产中具有巨大的优越性和价值，但建立高效匹配的表达系统是实现商业价值的关键，包括宿主菌、外源基因、载体的选择与匹配。
宿主菌的选择是第一步，对表达活性和表达量影响很大，理想的宿主菌株是蛋白酶缺陷型，避免蛋白酶过多引起的产物不稳定，常见的蛋白酶缺陷型菌株为BL21系列菌株。
其次是外源基因，外源基因决定了是否可获得目的产物，原核基因可在大肠杆菌中直接表达，而真核基因不能再大肠杆菌中直接表达。
大肠杆菌的菌落形态特征(一)
大肠杆菌的菌落形态特征(一)大肠杆菌的菌落形态特征大肠杆菌是人类体内常见的一种肠道细菌，有着特殊的菌落形态特征。
本文将就大肠杆菌的菌落形态特征展开阐述。
大肠杆菌的基本特点大肠杆菌属于革兰氏阴性菌，是一种不动杆菌。
它能在多种载体上存活生长，是一种厌氧菌。
它具有好氧和厌氧代谢通路，能够利用各种有机物作为能源和碳源。
大肠杆菌的菌落特征大肠杆菌的菌落通常呈灰白色或者淡黄色，表面光滑，边缘清晰，呈大圆形或不规则形，有较强的透明度和光泽。
在培养基表面，大肠杆菌的菌落通常较小，在厚度和高度上都不如肉眼观察可见的其他菌落。
大肠杆菌的菌落能够在培养皿上形成独立的圆形菌落，平均直径在1mm 至2mm之间，每个菌落内含有大约10-100万个菌体。
大肠杆菌的菌落在不同培养基上具有不同的特征，可分为3大类。
1.形态类大肠杆菌在三硝基作用培养基上的菌落形态典型，呈白色粗糙菌落。
在常规营养琼脂培养基上的表现较为均匀。
2.颜色类在嗜酸性琼脂培养基上，大肠杆菌的菌落通常为蓝绿色，周围有透明带。
这是由于其产生了不同于其他革兰氏阴性菌的产色物。
3.透明类在普通营养琼脂培养基上的大肠杆菌菌落，由于其表面菌体分泌缝隙气体，因此菌落表面呈现透明状，即所谓水样菌落。
总结大肠杆菌的菌落形态特征非常显著，菌落大小较小，表面光滑，边缘清晰，颜色通常为灰白色或淡黄色。
在培养基上，其菌落可分为形态类、颜色类和透明类。
下次在实验室里遇到大肠杆菌，相信你已经能更好地理解它的特点了。
大肠杆菌的应用价值虽然大肠杆菌在医学上通常被视作致病菌，但是由于其易于培养和操作，以及其基因组的完整性和稳定性，大肠杆菌也被广泛应用于基因工程和分子生物学领域。
大肠杆菌被作为实验室中常用的表达宿主，即利用其对哺乳动物嗜血杆菌素等重要蛋白的产生能力来制备对各种蛋白进行纯化、鉴定、创制新药等方面提供了很大的帮助。
此外，大肠杆菌在生物技术、食品和环境污染监测等方面也具有广泛应用。
结语大肠杆菌是一种生活在人体肠道内的细菌，也是一种十分特殊的菌种。
大肠杆菌知识点总结
大肠杆菌知识点总结一、基本特征1、形态特征大肠杆菌为革兰氏阴性杆菌，细胞形态为短杆状，长度约2微米，直径约0.5微米，单株细胞通常呈革兰氏阴性，即没有颜色的结晶紫。
在革兰氏染色中，细胞壁由内向外依次为细胞膜、纤维素层、网状层和唇多糖层。
2、代谢特点大肠杆菌是一种严格厌氧生物，能够在缺氧环境下进行葡萄糖发酵产生能量。
此外，大肠杆菌还具有多种代谢途径，如异源代谢、乳酸发酵、融合发酵等，在不同环境下能够灵活应对。
3、遗传特征大肠杆菌具有较高的遗传变异能力，其遗传物质以DNA分子形式存在，主要位于细胞质内。
大肠杆菌拥有近似5000-6000个基因，其中约一半的基因编码蛋白质。
二、生长特性1、生长条件大肠杆菌是一种嗜温性菌种，适宜生长的温度范围为20-42°C。
除此之外，大肠杆菌还对酸碱度、氧气浓度、营养物质等生长条件有一定的要求。
2、生长曲线大肠杆菌的生长曲线呈现出在适宜环境条件下的指数增长。
在培养基中，大肠杆菌的生长曲线可分为潜伏期、对数期和平稳期三个阶段。
三、代谢特点1、氧气代谢大肠杆菌可以在缺氧环境中进行乳酸发酵或醛酸发酵，产生能量。
在氧气充足的情况下，大肠杆菌则采用氧化磷酸化途径来产生ATP，同时释放二氧化碳和水。
2、营养代谢大肠杆菌具有多种代谢途径，能够利用多种碳源、氮源和能量源进行生长。
此外，大肠杆菌还可以合成营养物质、产生酶类等，以适应不同环境条件。
3、产气代谢大肠杆菌在肠道中的代谢产物主要为氢气、二氧化碳和甲烷等气体，这些气体对人体健康起到一定的作用。
四、致病机制1、肠毒力大肠杆菌具有一定的毒力，其中一些菌株可以产生肠毒素（enterotoxin），引起胃肠道炎症。
这些肠毒素主要通过损伤肠黏膜上皮细胞或刺激免疫系统而导致病理反应，表现为腹泻、呕吐等症状。
2、毒素分泌大肠杆菌还可以分泌多种毒素，如细胞外蛋白毒素、外毒素、细胞内毒素等，这些毒素可以引起细胞毒性、神经毒性、肠毒性等病理反应。
最新大肠杆菌发酵经验总结
大肠杆菌发酵经验总结首先，补料速率与比生长速率直接影响着乙酸的生成速率和积累量（主要是补料速率与比生长速率影响发酵液中的残糖量，进而影响），所以适当的控制补料速率和比生长速率，对于控制乙酸的量有很好的效果。
其次，必须要保证充足的溶氧，并严格控制pH值，而且补酸碱的速率尽量缓和，不能太快；温度对于蛋白的表达也有很重要的影响，较低的发酵温度下所生产出的蛋白大多是有活性的，而较高的发酵温度下产生的蛋白大多一包涵体形式存在。
第三，选取合理的诱导时间非常重要，一般的诱导时间选在指数生长后期，而且诱导时的比生长速率最好能控制在0.2之内，选在此时诱导，1.将菌体的快速生长期与蛋白合成期分开，使这两个阶段互不影响，有利于蛋白的高表达；2.已经得到了大量的菌体，而且菌体的生物量基本接近稳定，不论是从动力学角度，还是能耗，物料成本方面，都比较合理。
第四，补料过程中的碳氮比也很重要。
若氮源过高，会使菌体生长过于旺盛，pH偏高，不利于代谢产物的积累，氮源不足，则菌体繁殖量少从而影响产量；碳源过多，则容易刑场较低的pH，抑制菌体生长，碳源不足，则容易引起菌体的衰老和自溶。
另外，碳氮比不当还会引起菌体按比例的吸收营养物质，从而直接影响菌体的生长和产物的合成。
根据自己的经验，一般情况下，对于一个稳定的发酵工艺下，如果总是在固定的发酵时间段出现溶菌现象，而且能排除噬菌体和染菌的可能性后，那就可能是因为碳氮比不合理造成的。
可以适当调整碳氮比。
大家讨论得较多的是关于代谢副产物乙酸对大肠杆菌发酵的影响，针对我们论坛所发的帖，我先总结以下几点，并作出相应解决措施。
一、代谢副产物-乙酸乙酸是大肠杆菌发酵过程中的代谢副产物，在多大的浓度下产生抑制作用各种说法不一，一般认为在好气性条件下，5～10g/L 的乙酸浓度就能对滞后期、最大比生长速率、菌体浓度以及最后蛋白收率等都产生可观测到的抑制作用。
当乙酸浓度大于10或20g/L 时，细胞将会停止生长，当培养液中乙酸浓度大于12g/L 后外源蛋白的表达完全被抑制。
肠杆菌科细菌归纳总结
肠杆菌科细菌归纳总结肠杆菌科（Enterobacteriaceae）是一类常见的革兰氏阴性菌，它包括了许多与人类和动物相关的致病菌，同时也包括了许多与环境和食品卫生相关的菌株。
肠杆菌科细菌的特点是在普通培养基上能够产生气体，并且在革兰染色中呈现棒状。
1. 肠杆菌属（Enterobacter）肠杆菌属是肠杆菌科中的一个重要属，常见的菌株包括粪肠杆菌（Enterobacter cloacae）和黄色肠杆菌（Enterobacter aerogenes）等。
这些菌株广泛存在于土壤、水体以及人及动物的肠道中，有些种类具备耐药性，并且可能引发医院感染。
2. 大肠杆菌属（Escherichia）大肠杆菌属是肠杆菌科中的另一个重要属，其中最著名的是大肠杆菌（Escherichia coli），它一般存在于人和动物的肠道中。
大肠杆菌是一种常见的致病菌，可以引起腹泻、尿路感染等疾病。
此外，某些大肠杆菌菌株还产生毒素，如致命的肠毒性大肠杆菌产生的毒素可以引起严重的食物中毒。
3. 鲍曼不动杆菌属（Klebsiella）鲍曼不动杆菌属是肠杆菌科中的另一个重要属，常见的菌株包括肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）等。
这类菌株是常见的医院感染病原菌，可以引起肺炎、尿路感染以及败血症等严重疾病。
而产超强粘多糖的黏质性肺炎克雷伯菌更是具有高度的传染性和致病性，是医疗环境中的重要威胁之一。
4. 沙门氏菌属（Salmonella）沙门氏菌属是肠杆菌科中的一类重要致病菌，它包括众多血清型，其中一些血清型可以引起食物中毒和沙门氏菌感染。
这些菌株主要存在于动物及其产品中，比如家禽、牛奶和蛋等。
如果不注意食品的卫生状况，摄入被污染的食物可能导致人体感染引起胃肠炎等症状。
5. 艰难梭菌属（Clostridium）虽然肠杆菌科主要是指肠道相关的菌属，但在其中也包括一些与人体肠道无关或者少数与肠道关联不紧密的菌株。
艰难梭菌属是其中之一，该属的细菌广泛存在于土壤和水体中。
大肠杆菌培养实验报告
一、实验目的1. 学习大肠杆菌的培养方法，掌握其生长规律。
2. 掌握无菌操作技术，培养纯化大肠杆菌。
3. 了解大肠杆菌在食品、环境及医学等领域中的应用。
二、实验原理大肠杆菌（Escherichia coli）是一种革兰氏阴性杆菌，广泛存在于人和动物的肠道中。
在实验室条件下，大肠杆菌可以通过人工培养获得纯化菌株。
本实验采用LB培养基培养大肠杆菌，通过观察菌落形态、显微镜观察等方法，了解大肠杆菌的生长特点。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：（1）大肠杆菌菌种；（2）LB培养基；（3）无菌水；（4）无菌试管、培养皿、移液管、镊子、酒精灯等。
2. 实验仪器：（1）恒温培养箱；（2）显微镜；（3）酒精灯；（4）高压蒸汽灭菌器。
四、实验步骤1. 菌种复苏（1）将大肠杆菌菌种接种于LB培养基中，置于37℃恒温培养箱中培养18-24小时。
（2）待菌液生长旺盛后，取适量菌液，用无菌水进行稀释。
2. 培养基制备（1）按照LB培养基配方，称取相应的成分，加入去离子水溶解。
（2）将溶液煮沸，去除其中的氧气。
（3）将溶液冷却至50-55℃，加入适量的无菌水。
（4）用无菌滤膜过滤除菌。
3. 接种与培养（1）将制备好的LB培养基倒入培养皿中，待凝固后，用无菌移液管吸取菌液，均匀涂布于培养基表面。
（2）将培养皿倒置，置于37℃恒温培养箱中培养18-24小时。
4. 观察与鉴定（1）观察菌落形态，记录菌落颜色、大小、边缘等特征。
（2）用无菌镊子挑取菌落，制成涂片。
（3）将涂片置于显微镜下观察，观察细菌的形态、排列等特征。
5. 结果与分析（1）菌落形态：大肠杆菌菌落呈圆形、光滑、湿润，颜色为乳白色。
（2）显微镜观察：大肠杆菌为革兰氏阴性杆菌，菌体短粗，两端钝圆，呈杆状。
五、实验结果1. 菌落形态：大肠杆菌菌落呈圆形、光滑、湿润，颜色为乳白色。
2. 显微镜观察：大肠杆菌为革兰氏阴性杆菌，菌体短粗，两端钝圆，呈杆状。
六、实验讨论1. 在实验过程中，无菌操作非常重要，以免污染菌种。
大肠杆菌总结
大肠杆菌发酵经验总结首先，补料速率与比生长速率直接影响着乙酸的生成速率和积累量（主要是补料速率与比生长速率影响发酵液中的残糖量，进而影响）所以适当的控制补料速率和比生长速率，对于控制乙酸的量有很好的效果。
其次，必须要保证充足的溶氧，并严格控制p H值，而且补酸碱的速率尽量缓和，不能太快；温度对于蛋白的表达也有很重要的影响，较低的发酵温度下所生产出的蛋白大多是有活性的，而较高的发酵温度下产生的蛋白大多一包涵体形式存在。
第三，选取合理的诱导时间非常重要，一般的诱导时间选在指数生长后期，而且诱导时的比生长速率最好能控制在0.2之内，选在此时诱导，1.将菌体的快速生长期与蛋白合成期分开，使这两个阶段互不影响，有利于蛋白的高表达；2.已经得到了大量的菌体，而且菌体的生物量基本接近稳定，不论是从动力学角度，还是能耗，物料成本方面，都比较合理。
第四，补料过程中的碳氮比也很重要。
若氮源过高，会使菌体生长过于旺盛，p H偏高，不利于代谢产物的积累，氮源不足，则菌体繁殖量少从而影响产量；碳源过多，则容易形成较低的p H，抑制菌体生长，碳源不足，则容易引起菌体的衰老和自溶。
另外，碳氮比不当还会引起菌体按比例的吸收营养物质，从而直接影响菌体的生长和产物的合成。
根据自己的经验，一般情况下，对于一个稳定的发酵工艺下，如果总是在固定的发酵时间段出现溶菌现象，而且能排除噬菌体和染菌的可能性后，那就可能是因为碳氮比不合理造成的。
可以适当调整碳氮比.温度对大肠杆菌的影响:大肠杆菌发酵最适温度是37 C，当温度最适菌体生长时，比增长速率将会增大。
随温度上升细菌代谢加快，其产生代谢副产物也会增加。
这些副产物会对菌体的生长产生一定的抑制作用。
菌体生长过快也会影响质粒的稳定性。
降低培养温度，菌体对营养物质的摄取和生长速率都会下降。
同时也减少了有毒代谢副产物的产生和代谢热的产生。
有时降低温度更有利于目的蛋白的正确折叠及表达。
在重组大肠杆菌的发酵中不同发酵阶段其最适温度也不同，为了能获得大量的目的蛋白，首先要保证菌体的量，因此在前期可优先考虑菌体的生长，到诱导阶段应将目的产物的表达放在首位。
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大肠杆菌发酵经验总结首先，补料速率与比生长速率直接影响着乙酸的生成速率和积累量（主要是补料速率与比生长速率影响发酵液中的残糖量，进而影响），所以适当的控制补料速率和比生长速率，对于控制乙酸的量有很好的效果。
其次，必须要保证充足的溶氧，并严格控制pH值，而且补酸碱的速率尽量缓和，不能太快；温度对于蛋白的表达也有很重要的影响，较低的发酵温度下所生产出的蛋白大多是有活性的，而较高的发酵温度下产生的蛋白大多一包涵体形式存在。
第三，选取合理的诱导时间非常重要，一般的诱导时间选在指数生长后期，而且诱导时的比生长速率最好能控制在0.2之内，选在此时诱导，1.将菌体的快速生长期与蛋白合成期分开，使这两个阶段互不影响，有利于蛋白的高表达；2.已经得到了大量的菌体，而且菌体的生物量基本接近稳定，不论是从动力学角度，还是能耗，物料成本方面，都比较合理。
第四，补料过程中的碳氮比也很重要。
若氮源过高，会使菌体生长过于旺盛，pH偏高，不利于代谢产物的积累，氮源不足，则菌体繁殖量少从而影响产量；碳源过多，则容易刑场较低的pH，抑制菌体生长，碳源不足，则容易引起菌体的衰老和自溶。
另外，碳氮比不当还会引起菌体按比例的吸收营养物质，从而直接影响菌体的生长和产物的合成。
根据自己的经验，一般情况下，对于一个稳定的发酵工艺下，如果总是在固定的发酵时间段出现溶菌现象，而且能排除噬菌体和染菌的可能性后，那就可能是因为碳氮比不合理造成的。
可以适当调整碳氮比。
大家讨论得较多的是关于代谢副产物乙酸对大肠杆菌发酵的影响，针对我们论坛所发的帖，我先总结以下几点，并作出相应解决措施。
一、代谢副产物-乙酸乙酸是大肠杆菌发酵过程中的代谢副产物，在多大的浓度下产生抑制作用各种说法不一，一般认为在好气性条件下，5～10g/L 的乙酸浓度就能对滞后期、最大比生长速率、菌体浓度以及最后蛋白收率等都产生可观测到的抑制作用。
当乙酸浓度大于10或20g/L 时，细胞将会停止生长，当培养液中乙酸浓度大于12g/L 后外源蛋白的表达完全被抑制。
预防乙酸产生的措施：1、通过控制比生长速率来减少乙酸的产生：比生长速率越高，乙酸产生越多，当比生长速率超过某个值时，乙酸开始产生。
可以通过降低温度，调节酸碱度，控制补料等方法来降低比生长速率。
2、透析培养：在大肠杆菌的培养过程中可以用透析技术除去发酵液中的有害物质，降低乙酸含量从而实现重组菌的高密度发酵和产物的表达。
3、控制葡萄糖的浓度：葡萄糖是大肠杆菌发酵过程中重要的碳源之一，用其作碳源是要将其控制在一个较低的水平上，以减少乙酸的产生。
常用的控制方法主要有：恒pH法：大肠杆菌会代谢葡萄等产生乙酸，使pH 值下降。
因此可通过pH值的高低作为控制葡萄糖的指标，该法的缺点是pH 的变化不完全是由葡萄糖代谢的结果，容易造成补料体系出错。
恒溶氧法：菌体代谢时会消耗氧，使溶氧下降，当葡萄糖浓度低到一定程度时菌体代谢下降，消耗氧能力下降，溶氧上升。
因此，根据溶氧曲线补加葡萄糖，保持溶氧恒定，可以控制葡萄糖在一定的水平。
二、温度大肠杆菌发酵最适温度是37 C，当温度最适菌体生长时，比增长速率将会增大。
随温度上升细菌代谢加快，其产生代谢副产物也会增加。
这些副产物会对菌体的生长产生一定的抑制作用。
菌体生长过快也会影响质粒的稳定性。
降低培养温度，菌体对营养物质的摄取和生长速率都会下降。
同时也减少了有毒代谢副产物的产生和代谢热的产生。
有时降低温度更有利于目的蛋白的正确折叠及表达。
在重组大肠杆菌的发酵中不同发酵阶段其最适温度也不同，为了能获得大量的目的蛋白，首先要保证菌体的量，因此在前期可优先考虑菌体的生长，到诱导阶段应将目的产物的表达放在首位。
三、培养方式微生物的培养方式主要有分批、连续和补料分批3种。
大肠杆菌发酵大多采用补料分批培养，这是在现代发酵工艺得到优化的一种方式，能有效的优化微生物培养过程中的化学环境。
使微生物处于最佳的生长环境。
这种方式一方面可以避免某些营养成分初始浓度过高出现底物抑制现象，另一方面能够防止限制性营养成分被耗尽而影响细胞的生长和产物的形成。
补料分批培养已广泛应用于各种各样的初级、次级生物产品和蛋白等的发酵生产中。
生物技术研究者追求的两个主要目标，一是新型生物产品的开发，另一就是为传统的或新生生物产品，寻求更经济的生产方式。
近十年来，利用遗传工程技术来生产一些重要的生物药物，是生物技术领域中迅速发展的一个重要方向。
在这一研究领域里，如何创造更经济、更有效的方法，来提高生产过程的经济性和产品的市场竞争力，已经成为生物技术领域的科学家们所关注的焦点问题。
利用重组DNA技术生产重要的生物药物，在人类文明史上具有划时代的意义。
由于生产成本和生产率的高低直接影响公司的生存，重组生物药物生产过程的优化已经成为一个重要问题。
它包括以下六个方面∶(1)适宜宿主的选择；(2)重组蛋白积累位点(如可溶的胞内积累、胞内聚合积累、周质积累或胞外积累)的确定；(3)重组基因最大表达的分子策略；(4)细胞生长和生产环境的优化；(5)发酵条件的优化；后处理过程的优化。
只有这六个方面都以实现高生产率为目标，整个生产过程的最优化才能实现。
(一)细胞生长环境的优化策略要提高细胞密度和生产率，首先需要对微生物生长的物理和化学环境进行优化，包括生长培养基的组成，培养物理参数(pH、温度和搅拌)及产物诱导条件。
优化这些参数的目的在于保证细胞生长处于最适的环境条件之下，避免营养物过量或不足、防止产物降解以及减少有毒产物的形成。
1．培养基组成的优化培养基中通常含有碳(能)源、氮源，以及微营养物如维生素和微量元素，这些营养物的浓度与比例，对实现生产重组微生物的高密度发酵是很重要的。
例如，过量的Fe2+和CaCO3与相对低浓度的磷酸盐可促进黄曲霉生产L-苹果酸；链霉菌在60～80 mmol/L CO32-存在下，其丝氨酸蛋白酶生产能力可提高10倍之多；在重组微生物达到高细胞密度后，限制磷酸盐浓度可使抗生素和异源白介素β的产率显著提高。
此外还发现，限制精氨酸的浓度虽然会抑制细胞的生长，但比起精氨酸充足时细胞生长优良的情况，其重组α-淀粉酶的产量可提高2倍。
培养基中复合氮源的种类对重组大肠杆菌的高密度发酵也非常重要。
一般地，当流加培养基中含有酵母膏时，重组蛋白不稳定；而当流加培养基中含有蛋白胨时，大肠杆菌不能再利用其所产生的乙酸。
将酵母膏和蛋白胨都加入流加培养基中，不但所生产的重组蛋白非常稳定，细胞还能再利用代谢合成的乙酸，这是一种非常有趣的代谢机制。
恒化技术可用于优化精氨酸营养缺陷型大肠杆菌X90的生长培养基。
使该菌株以0.4 h-1的比生长速率在含精氨酸的基本培养基上生长，待培养达到稳定状态后，在恒化器内分别加入氨基酸、维生素和微量元素来考察这些物质对菌体生长和精氨酸合成的影响。
结果表明，由于氨基酸生物合成途径的末端产物抑制作用，加入某些氨基酸后，细胞生长反而受到抑制。
加入NH4Cl后细胞量则出现了戏剧性的增长。
而添加维生素对菌体生长基本上没有任何影响。
通过计算生物量对每种基质的产率，最终可以确定高密度发酵培养基的组成，在此优化培养基上，大肠杆菌X90细胞密度可达到92 g/L，同时形成56 mg/L的胞外重组蛋白酶。
2．特殊营养物的添加在某些情况下，向培养基中添加一些营养物质能提高生产率。
这些营养物的作用有可能是作为产物的前体，也有可能是阻止产物的降解，例如，在培养重组大肠杆菌生产氯霉素乙酰转移酶(一种由许多芳香族氨基酸组成的蛋白)时添加苯丙氨酸，可将酶的比活力提高大约2倍；在培养重组枯草芽孢杆菌生产β-内酰胺酶的培养基中添加60 g/L的葡萄糖和100 mmol/L的磷酸钾能使重组蛋白的稳定性显著提高。
其原因可能是由于宿主细胞产生的多种胞外蛋白酶的活性被抑制，从而防止了重组蛋白的降解。
在生长培养基中添加特殊物质有时还能以一种未知的机制提高生产率。
例如，在摇瓶培养Micro monospora cbersina时添加碘化钠可使dynemicin A的产量提高35倍，但在小型反应器中却无法重复这一结果。
3．限制代谢副产物的积累培养条件的控制对代谢副产物的形成影响甚大。
在分批或流加培养中，某些营养物的浓度过高均会导致Crabtree效应的产生。
在这种效应下，酿酒酵母会产生乙醇，大肠杆菌则会产生过量乙酸，一旦生成乙酸，细胞生长及重组蛋白的生产均会受到抑制。
大肠杆菌形成乙酸的速度依赖于细胞的生长速度和培养基的组成。
业已确证，如果在培养基中添加复合营养物(如大豆水解物)，则会增加乙酸的积累量。
针对如何减轻由于乙酸积累而产生的负面影响，众多研究者进行了大量工作，如利用循环发酵技术来限制乙酸在重组大肠杆菌高密度培养中的积累。
近来也有研究表明，添加某些氨基酸能减轻乙酸的抑制作用。
如在培养基中添加10 mg/L的甘氨酸能显著促进大肠杆菌合成重组α-淀粉酶和β-内酰胺酶，并能刺激酶从周质向培养基中释放，但此时仍有乙酸伴随生成。
(二)培养模式由于许多营养物在高浓度下对细胞有抑制作用，而为了达到高细胞密度，又必须供给大量的营养物质，因此，浓缩营养物必须以与其消耗速率成比例的速度加入反应器中。
为此产生了多种形式的补料策略，它可以简单到线性补料，也可以复杂到利用数学模型计算得出的策略来控制补料速率。
具体来说，培养模式的选择主要依赖于以下三个因素∶(1)所培养细胞的具体代谢行为；(2)利用抑制性底物合成目的产物的潜力；(3)诱导条件以及测量细胞培养各项参数的能力。
1．大肠杆菌流加发酵策略大肠杆菌是迄今为止遗传背景最清楚的菌株，广泛用于基因工程的研究中。
大肠杆菌高密度培养时最关键的问题是如何尽量减少乙酸的产生，因为高浓度葡萄糖或高比生长速率带来的高浓度乙酸会严重抑制细胞生长和重组蛋白的生产。
研究发现，即使葡萄糖浓度只有0.25～0.5 g/L，大肠杆菌仍会产生乙酸。
因此，高细胞密度发酵所采用的流加策略必须按照一定的算法制定，以保持反应器中底物浓度处于较低的水平。
营养物最好以它们的消耗速率加入反应器中，这样不仅可以防止底物积累到毒性水平，也不会使细胞处于饥饿状态。
近年来已经报道了多种控制大肠杆菌流加培养中流加速率的方法，其中大多数是将流加速率与一种物理参数间接耦合(如溶氧、pH或CO2释放速率)。
有学者将溶氧控制在一个预定值上以保证较低的生长速率，结果乙酸产生很少，最终细胞干重达到110 g/L，并发现较低的比生长速率还有利于重组蛋白的高表达。
在另一个控制低比生长速率的高细胞密度培养中，研究者采用先指数流加葡萄糖、铵盐和无机盐，后采用广义线性流加的培养策略，有效地防止了乙酸的积累，重组大肠杆菌的细胞密度达到66 g/L，通过温度诱导可在胞内形成19.2 g/L的活性重组蛋白。