大肠杆菌发酵经验总结
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。
大肠杆菌发酵中的代谢途径研究

大肠杆菌发酵中的代谢途径研究大肠杆菌是一种广泛存在于自然界中的细菌。
它既是人类肠道中的一种重要微生物,也可以在实验室中被广泛地应用于基因工程和蛋白质生产等方面。
在大肠杆菌的代谢过程中,发酵是一个重要的途径。
通过对大肠杆菌的发酵代谢途径进行深入研究,可以为相关领域的应用提供理论基础和技术支撑。
1. 大肠杆菌的代谢途径大肠杆菌的代谢途径可以分为有氧和无氧两种。
在有氧条件下,大肠杆菌利用氧气作为最终电子受体,通过呼吸链来产生能量。
而在无氧条件下,大肠杆菌则采用发酵代谢途径来产生能量。
在发酵代谢途径中,有些代谢产物可以被直接或间接地应用于生物合成、食品工业等领域。
2. 大肠杆菌的乳酸发酵乳酸发酵是一种无氧代谢途径,它是大肠杆菌中最主要的代谢途径之一。
在乳酸发酵中,大肠杆菌通过先将糖类分解成各种代谢产物,然后将这些代谢产物进一步分解产生乳酸。
这个过程产生两个ATP(三磷酸腺苷)分子作为能量,同时产生乳酸作为副产物。
乳酸是一种重要的化学品,它可以用于制备面包、酸奶、酸菜等食品。
3. 大肠杆菌的丙酮酸发酵丙酮酸发酵也是大肠杆菌中的一种发酵代谢途径。
在丙酮酸发酵中,糖类可以被分解为各种代谢产物,包括乳酸、酒精、丙酮酸等。
丙酮酸是一种可以进行酯化反应的化学品,它可以用于制备香料、高级聚合物等化学品。
此外,丙酮酸还可以被氧化成乙酸或芳香酸,这些化合物也广泛应用于精细化工领域。
4. 大肠杆菌代谢途径的调控机制大肠杆菌代谢途径的调控涉及到很多基因和酶的参与。
大肠杆菌有很强的调节机制,不同代谢途径之间的平衡可以通过这样的机制来实现。
在代谢途径中,先天性调控主要是通过调节一些代谢酶的量来实现。
而获得性调控则是通过信号分子的积累或降解来实现。
总之,大肠杆菌发酵代谢途径的研究对于相关领域的应用具有重要的理论和技术意义。
未来,我们还需要对代谢途径的调控机制、代谢产物的分离提纯等方面进行深入的研究,以实现更广泛、更深入的应用。
发酵菌种工作总结

发酵菌种工作总结
在生物工程领域,发酵菌种工作是至关重要的一环。
通过对发酵菌种的培养、筛选和改良,可以提高发酵工艺的效率和产量,从而为生物制药、食品加工、环境保护等领域提供更好的支持。
在过去的一段时间里,我们对发酵菌种工作进行了深入的研究和实践,取得了一些成果和经验,现在我将对这些工作进行总结,以期为未来的研究和应用提供参考。
首先,我们对不同类型的发酵菌种进行了大量的筛选和培养工作。
通过对各种微生物的特性和生长条件进行研究,我们成功地从自然界中筛选出了一些具有较高产酶能力或产物合成能力的菌种,并通过适当的培养条件,使它们得到了良好的生长和繁殖。
这为后续的发酵工艺提供了可靠的菌种资源。
其次,我们对菌种进行了改良和优化。
通过基因工程技术和传统的育种方法,我们成功地改良了一些菌种的产酶能力、耐受性和适应性,使其在复杂的发酵条件下能够更好地发挥作用。
这些改良菌种不仅提高了发酵工艺的效率,还为新产品的开发提供了更好的基础。
最后,我们对发酵菌种工作进行了系统的总结和归纳。
通过对不同菌种的特性和应用进行横向比较和纵向分析,我们发现了一些规律和规律,为未来的工作提供了一些指导和思路。
同时,我们还总结了一些工作中的经验和教训,为后续的研究和实践提供了一些借鉴和警示。
总的来说,发酵菌种工作是一项复杂而又重要的工作,它需要我们对微生物的生物学特性和工程应用进行深入的研究和实践。
通过我们的努力,我们相信未来的发酵工艺将会更加高效和可靠,为人类的生产和生活带来更多的福祉。
重组大肠杆菌 高密度发酵工艺流程

重组大肠杆菌高密度发酵工艺流程重组大肠杆菌是一种常用的工具菌株,被广泛应用于生物工程领域。
高密度发酵是指在发酵过程中,通过优化工艺条件,使菌体达到较高的生长速率和产物产量。
本文将介绍重组大肠杆菌高密度发酵的工艺流程。
一、菌种培养重组大肠杆菌菌种的培养是高密度发酵的第一步。
首先,选择合适的菌种,通常是具有高表达能力的重组菌株。
然后,将菌种接种到培养基中,并在适当的条件下培养。
培养基的组成要根据菌株的特性进行优化,以促进菌体的生长和表达目标蛋白的产量。
二、发酵过程控制高密度发酵的关键是精确控制发酵过程中的各个参数,以最大限度地提高菌体的生长速率和产物产量。
常见的控制参数包括温度、pH 值、溶解氧浓度和搅拌速度等。
1.温度控制:重组大肠杆菌的适宜生长温度通常在37℃左右。
在发酵过程中,保持恒定的温度可以促进菌体的生长和产物的积累。
2.pH值控制:重组大肠杆菌对pH值的敏感性较高,通常在发酵过程中需要控制pH值在6-7之间。
可以通过添加缓冲剂来维持合适的pH值。
3.溶解氧浓度控制:溶解氧浓度是影响菌体生长的重要因素之一。
通过调节搅拌速度和通气量等参数,可以控制发酵过程中的溶解氧浓度,从而提高菌体的生长速率。
4.搅拌速度控制:适当的搅拌速度可以提供充分的氧气和营养物质,促进菌体的生长和产物的积累。
但过高的搅拌速度可能会导致剪切力过大,对菌体造成伤害。
三、营养物质的供应在高密度发酵过程中,菌体需要大量的营养物质来支持生长和产物的合成。
常见的营养物质包括碳源、氮源、磷源和微量元素等。
在发酵过程中,需要根据菌株的特性和产物的需求,合理调整营养物质的浓度和比例。
四、产物的回收和纯化高密度发酵得到的产物通常以细胞外分泌形式存在,因此需要对发酵液进行回收和纯化。
常用的方法包括离心、过滤、超滤和层析等技术。
通过这些步骤,可以将目标产物从发酵液中分离出来,并得到较高纯度的产物。
总结起来,重组大肠杆菌高密度发酵的工艺流程包括菌种培养、发酵过程控制、营养物质的供应和产物的回收和纯化等步骤。
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。
大肠杆菌发酵工艺

大肠杆菌发酵工艺大肠杆菌是一种常见的细菌,广泛应用于发酵工业中。
发酵工艺是指利用微生物在一定条件下进行代谢反应,产生有用的物质。
大肠杆菌发酵工艺是一种高效、经济、环保的生产方式,已经成为现代生物技术的重要组成部分。
一、大肠杆菌的特点大肠杆菌是一种革兰氏阴性菌,是肠道中最常见的细菌之一。
它的形态为短杆状或圆形,大小约为1-2微米。
大肠杆菌是一种好氧菌,需要氧气进行代谢反应。
它的代谢途径非常多样化,可以利用多种碳源、氮源和能量源进行生长繁殖。
大肠杆菌的遗传物质DNA非常稳定,可以在短时间内进行大量复制,是基因工程的理想载体。
二、大肠杆菌的应用大肠杆菌广泛应用于食品、医药、化工等领域。
在食品工业中,大肠杆菌可以用于制作乳酸菌饮料、酸奶、酵母等发酵食品。
在医药工业中,大肠杆菌可以用于生产抗生素、激素、疫苗等药品。
在化工工业中,大肠杆菌可以用于生产丙酮、丁酸、异戊酸等有机酸。
三、大肠杆菌发酵工艺大肠杆菌发酵工艺是一种复杂的生物反应过程,需要严格控制各种因素。
下面介绍大肠杆菌发酵工艺的主要步骤和影响因素。
1、接种接种是大肠杆菌发酵工艺的第一步。
接种前需要进行预处理,保证接种菌株的活力和纯度。
接种量的大小直接影响到发酵的速度和产量。
一般情况下,接种量为发酵罐总容积的1%-5%。
2、培养基配方培养基是大肠杆菌发酵工艺的重要组成部分。
不同的菌株需要不同的培养基。
培养基的主要成分包括碳源、氮源、无机盐和生长因子。
碳源可以是葡萄糖、麦芽糖、果糖等;氮源可以是氨基酸、蛋白质水解物等;无机盐可以是磷酸盐、硫酸盐等;生长因子可以是维生素、酵素等。
培养基的配方要根据不同的菌株和不同的产品要求进行调整。
3、发酵条件发酵条件包括温度、pH值、氧气含量、搅拌速度等因素。
大肠杆菌的适宜生长温度为37℃,pH值为7.0左右。
氧气含量和搅拌速度也会影响到发酵的速度和产量。
过高的氧气含量会导致大肠杆菌代谢产生过多的乳酸,影响到产量和质量。
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。
大肠杆菌发酵过程溶氧异常分析

大肠杆菌发酵过程溶氧异常分析
应该是染噬菌体了,噬菌体感染一般都在那个时候出现,而且症状也很典型,也许之前10分钟溶氧还在继续下降,但是忽然就会出现溶氧急剧上升,伴随着应该也会出现很多泡沫,pH上升。
如果取菌液镜检,也许还会有一些没有溶解的菌体,但是视野中会出现很多菌体碎片,而且仔细观察还没有裂解的菌体,会发现菌体形态不是很圆滑,再过一段时间,所有的菌体应该都裂解了,镜检都看不到完整菌体了。
发酵液中的溶氧浓度(Dissolved Oxygen,简称DO)对微生物的生长和产物形成有着重要的影响。
在发酵过程中,必须供给适量的无菌空气,菌体才能繁殖和积累所需代谢产物。
不同菌种及不同发酵阶段的菌体的需氧量是不同的,发酵液的DO值直接影响微生物的酶的活性、代谢途径及产物产量。
发酵过程中,氧的传质速率主要受发酵液中溶解氧的浓度和传递阻力影响。
研究溶氧对发酵的影响及控制对提高生产效率,改善产品质量等都有重要意义。
溶解氧对发酵的影响分为两方面:一是溶氧浓度影响与呼吸链有关的能量代谢,从而影响微生物生长;另一是氧直接参与产物合成。
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大肠杆菌发酵经验总结-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1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,现总结以下几点,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12 g/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;(6)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 -淀粉酶的产量可提高2倍。
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 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-内酰胺酶的培养基中添加60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 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Micromonospora 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 -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。
-淀粉酶和mg/L的甘氨酸能显著促进大肠杆菌合成重组(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~ 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 g/L的活性重组蛋白。