重组大肠杆菌高密度发酵研究进展

重组大肠杆菌的高密度发酵是提高基因工程产品产量的一个非常有效的手段,是现代发酵工程研究的一个热点。本文就高密度发酵中影响重组大肠杆菌发酵产率的几个因素,包括宿主菌、培养基、培养条件、补料方法以及高密度发酵过程中存在的问题和对策加以讨论,着重探讨了高密度下大肠杆菌产生的有害代谢副产物———乙酸的产生机制、抑制作用机理,以及控制乙酸积累的技术方法 。     

代谢工程与重组大肠杆菌的发酵

利用代谢工程可以在重组大肠杆菌的改良中减少代谢副产物乙酸的累积,优化代谢系统,利于重组蛋白质的高表达以及重组菌的高密度发酵。应用代谢工程改良重组大肠杆菌主要包括阻断乙酸产生的主要途径、限制糖酵解途径上的碳代谢流、将过量的丙酮酸转化为其它低毒的副产物以及对碳代谢流进行分流等几个方面的工作。     

重组大肠杆菌YK537/pSB┐TK高密度培养过程中有机酸的RP┐HPLC快速分析

采用高压液相色谱法（ＨＰＬＣ）,利用Ｃ１８反相柱快速检测重组大肠杆菌ＹＫ５３７／ｐＳＢ－ＴＫ高密度发酵过程中细菌代谢产生的各种有机酸。分析表明,经乙醚和水两次萃取处理后能去除样品中大部分的干扰峰,可获得理想的分离效果,并能定量测出发酵过程中各种有机酸的积累。不同培养方式的结果表明用甘油代替葡萄糖作为细菌生长的碳源可减少乙酸的积累,降低其对细菌生长和外源蛋白表达的抑制作用,从而更易实现重组大肠杆菌的高表达、高密度培养。     

两次诱导实现重组大肠杆菌高密度、高表达研究

通过不同温度诱导模式对大肠杆菌高密度,高表达的研究,确定两次升温诱导模式实现大肠杆菌高密度、高表达重组人载脂蛋白的目的。实验证实两次诱导成功的避免了乙酸对高密度、高表达的影响,最终发酵的细胞密度OD600达150,蛋白表达量4.8g·L-1,证明两次升温诱导的发酵方法在高密度、高表达外源蛋白上是成功的,从而为基因工程菌规模化生产奠定了基础。     

重组大肠杆菌产普鲁兰酶的高密度发酵工艺研究

以表达普鲁兰酶的重组大肠杆菌作为出发菌株,在摇瓶培养的基础上,建立了大肠杆菌工程菌产普鲁兰酶的高密度发酵工艺。通过测定细胞密度、细胞干重、分离菌体可溶性成分与不溶性成分及SDS-PAGE电泳,分析重组大肠杆菌的生长和普鲁兰酶的表达情况。摇瓶试验使用合成培养基和LB培养基,重组大肠杆菌在合成培养基生长较慢,诱导5 h的普鲁兰酶表达量高于LB培养基,包涵体比例低于LB培养基。重组大肠杆菌的高密度发酵使用合成培养基,补料阶段采用指数流加的工艺,在设定细胞的比生长速率为0.12的前提下,限制补料中碳源的供应,以阻止乙酸的产生。当细胞密度OD600达到70.0开始诱导,最终细胞密度为每升53.3 g细胞干重,细胞内可溶性普鲁兰酶为每升1.35 g。     

高密度发酵重组大肠杆菌产海藻糖合成酶

酶法催化是目前生产海藻糖的主要手段。本文中,笔者通过高密度发酵重组大肠杆菌产海藻糖合成酶,进而以麦芽糖为底物,催化生产海藻糖。首先根据大肠杆菌高密度发酵条件要求,在揺瓶中对基因工程菌进行了培养基、发酵条件和诱导条件的逐一优化;然后在5 L和50 L发酵罐中进行批次补料发酵的放大实验;最后采用变指数-恒pH法的策略发酵重组大肠杆菌,结果OD_(600)达到97,海藻糖合成酶酶活达到(24 000±350) U/mL,实现了海藻糖合成酶的重组大肠杆菌高密度发酵生产,极大提高了海藻糖的生产效率。     

重组大肠杆菌生产L-色氨酸发酵条件优化

为了提高重组大肠杆菌FB讲／pSV－04发酵生产L－色氨酸的产量,减少代谢副产物乙酸的生成,考察了比生长速率和无机盐对重组大肠杆菌发酵生产L．色氨酸的影响。在确定了合适的比生长速率和无机盐浓度之后,乙酸积累很少,L-色氨酸的产量为53．4g／L,比优化前提高了141．6％。经30L发酵罐初步放大,L－色氨酸的产量达53．6g／L,发酵结果稳定,具有工业化应用前景。     

两次诱导实现重组大肠杆菌高密度、高表达研究*

通过不同温度诱导模式对大肠杆菌高密度,高表达的研究,确定两次升温诱导模式实现大肠杆菌高密度、高表达重组人载脂蛋白的目的。实验证实两次诱导成功的避免了乙酸对高密度、高表达的影响,最终发酵的细胞密度OD₆₀₀达150,蛋白表达量4.8g·L^-1,证明两次升温诱导的发酵方法在高密度、高表达外源蛋白上是成功的,从而为基因工程菌规模化生产奠定了基础。     

代谢副产物乙酸对L-色氨酸发酵的影响

分析了重组大肠杆菌(E.coli TRTH/pSV-709)发酵生产L-色氨酸的发酵过程,检测结果表明发酵液中有大量代谢副产物乙酸的积累。利用外源添加试验研究了乙酸对L-色氨酸发酵的影响,结果表明乙酸浓度高于2g/L时对L-色氨酸生产菌的生长和产酸均有抑制作用。分析了乙酸的产生机制,并采取了调节溶氧水平、确定合适初始葡萄糖浓度、限制葡萄糖流加及控制菌体比生长速率等措施来减少乙酸的生成。在优化条件下,乙酸含量与原工艺相比降低了51.35%,菌体生物量和L-色氨酸产量分别提高了51.07%和46.54%,实现了高密度发酵培养的目的。     

新型高密度发酵基因工程菌G830

运用PCR方法,从磷酸乙酰转移酶（Pta）－乙酸激酶（Ack)代谢途径缺失菌株E.coliPA1染色体上,扩增出天氨酸激酶－1-高丝氨酸脱氢酶－I（thrA）和高丝氨酸激酶（thrB）基因部分序列,构建了整合型重组质粒pVHb-Kan;应用染色体－质粒同源重组的方法,将透明颤菌血红蛋白（Vitreoscila haemoglobin,VHb)基因整合到大杆菌PA1染色体上的thr操纵子,构建了新型整合工程菌G830。在高密度发酵条件下,G830的细胞呼吸强度、能量代谢、最高菌密度和细胞干重,均明显优于对照菌株PA1和BL21;重组蛋白脯氨酰内肽酶在G830和PA1中获得稳定高表达;重组菌生长状况及发酵指标均与空宿主菌基本一致且表达质粒能维持较好的稳定性。整合型vhb的表达及乙酸代谢途径（Pta-Ack）的缺陷,改善了宿主在贫氧条件下的生长,且促进了重组蛋白的表达。该工程菌具有良好的氧耐受力,且乙酸积累得到大幅度降低,可作为适于高密度发酵的基因工程菌。     

重组大肠杆菌高表达高密度发酵研究

大肠杆菌高密度高表达发酵技术是现代发酵工程的重要研究课题,此项技术可以有效地提高大肠杆菌的产量和外源重组蛋白的表达量,该文就影响大肠杆菌高密度发酵的主要因素如宿主菌类型、培养基组成、培养条件、生长抑制物质、补料调控等进行了阐述和讨论。     

可溶性TRAIL蛋白的高密度培养及补料策略研究

采用分批补料的方法高密度培养重组大肠杆菌C600/PbvTRAIL制备人可溶性TRAIL蛋白,优化发酵工艺,探索简单高效的分离纯化方法并测定蛋白生物活性。通过比较几种不同的补料策略：间歇流加、Dostat、pHstat,摸索了一种流加策略,即DOstatpHstat组合流加,有效的避免了发酵过程中,尤其是诱导表达阶段乙酸积累的增加,使TRAIL蛋白在高密度培养条件下,得到高效表达。菌体密度最终达到300g/L（WCW）以上,可溶性TRAIL蛋白占菌体总蛋白的4.2%,含量为1.1g/L。在整个发酵过程中,乙酸浓度接近于0,且未使用任何特殊手段,如纯氧、加压等,简化了发酵工艺,降低了发酵成本,为TRAIL的工业化生产创造了条件。     

重组大肠杆菌高密度发酵产甲羟戊酸动力学

为提高甲羟戊酸产量,探究其发酵生产规律,以重组大肠杆菌YJM16为供试菌株,进行5 L发酵罐匀速补料的高密度发酵实验,最终细胞产量达到54.48 g/L,甲羟戊酸产量达到40.43 g/L,产率为20.2%。然后根据Logistic方程、Luedeking-Piret方程和类似Luedeking-Piret方程,拟合出重组大肠杆菌高密度发酵过程中菌体生长、甲羟戊酸合成、基质消耗的动力学模型及模型参数。结果表明,甲羟戊酸的合成与重组大肠杆菌的生长速率及菌体积累量均有关。菌体生长、底物消耗模型和产物形成模型拟合度R2分别达到了0.931 9、0.957 8和0.975 1,可用于描述利用重组大肠杆菌高密度发酵生产甲羟戊酸过程。     

乙酸对重组大肠杆菌生长及个源基因表达的影响

在重组基因工程菌ＤＨ５α（ＰＧ－ＦＧＦ）的高密度培养过程中,发现培养液中有大量代谢副产物－乙酸的产生和积累,乙酸的存在抑制了工程菌的生长及外源的表达。研究民乙酸在Ｍ９培养基中对工程菌ＤＨ５α（ＰＧ－ＦＧＦ）及生长外源基因表达的影响。结果表明,乙酸的存在不仅导致重组菌生长速率的降低及延迟期的增长,而且对外源基因产物的表达具有强烈的抑制作用,这为该工程菌的高密度培养及外源基因产物的高表达打下了基础。     

重组大肠杆菌高密度、高表达研究进展

高密度发酵因其节约、高效等诸多优点而成为近年来发酵工业重要的研究热点之一。要实现重组大肠杆菌高密度发酵,不仅要考虑工程菌自身的表达性能,还必须兼顾能促进基因工程菌生长和产物表达的最适培养条件,包括较佳的培养基组成、适宜的补料策略、培养温度、pH值、溶解氧等。该文就影响大肠杆菌高密度发酵的影响因子、工艺条件等进行综述,并探讨了大肠杆菌高密度发酵的工艺改进方向。     

乙酸对重组大肠杆菌生长及外源基因表达的影响

在重组基因工程菌ＤＨ５α（ＰＧ－ＦＧＦ）的高密度培养过程中,发现培养液中有大量代谢副产物－乙酸的产生和积累,乙酸的存在抑制了工程菌的生长及外源基因的表达。研究了乙酸在Ｍｇ培养基中对工程菌ＤＨ５α（ＰＧ－ＦＧＦ）生长及外源基因表达的影响。结果表明,乙酸的存在不仅导致重组菌生长速率的降低及延迟期的增长,而且对外源基因产物的表达具有强烈的抑制作用,这为该工程菌的高密度培养及外源基因产物的高表达打下了基础。     

重组大肠杆菌高密度培养研究进展

大肠杆菌是基因工程中常用的宿主菌,许多有价值的多肽和蛋白在大肠杆菌中已成功地进行了表达,表达水平有些高达细胞总蛋白的３０％以上,为了提高单位体积设备产物的产量,除了提高表达水平外,还需提高重组大肠杆菌的培养密度。大肠杆菌高密度培养的早期工作主要是以宿主菌为模型进行研究的,而近年来,重组大肠杆菌高密度高表达的研究已经有了较大进展。本文着重综述了培养基成分、溶氧、比生长速率和代谢副产物乙酸等因素对工程菌生长和表达的影响,及提高菌密度和表达水平的培养方法。     

重组大肠杆菌高密度培养

重组大肠杆菌的高密度培养是增加单位时间,体积重组蛋白产率的最有效途径之一。如何在获得高密度的同时取得较高的单位时间／体积目的蛋白产率,是高密度培养（过程中亟待解决的问题,这与所选用的菌体、构建的表达系统、发酵时pH、溶氧、培养基成分及培养温度、质粒稳定性、代谢副产物的限制及时比生长速率的控制等因素有关。试从这些方面加以综述,分析这些条件对重组蛋白生产的影响,介绍大肠杆菌高密度培养领域的一些研究进展。     

乙酸对重组大肠杆菌BL21产酶的影响及作用机理研究

旨在研究发酵过程中产生的乙酸对重组大肠杆菌BL21(DE3)/p ET15b-Tre S的生长以及重组海藻糖合酶基因表达的影响,并对其作用机理进行探讨。通过外源添加乙酸(钠)的方法,研究了乙酸钠对重组菌BL21(DE3)/p ET15b-Tre S生长曲线的影响;利用环境扫描电子显微镜,观察了重组菌形态的变化情况;通过测定菌液的电导率值变化、菌液上清中OD260的变化,研究了乙酸(钠)对菌体细胞膜渗透性、完整性的影响;通过测定菌液上清中β-半乳糖苷酶的活性检测了乙酸钠对菌体细胞内膜的影响;利用荧光分析法检测了乙酸对菌体膜蛋白构象的影响;采用SDS-PAGE电泳研究了乙酸钠对菌体重组海藻糖合酶表达量的影响。结果表明,乙酸(钠)会对重组菌的生长产生一定的抑制作用,可以导致菌体细胞的表面出现凹陷、皱缩;并会影响细胞膜的渗透性、完整性,使得一些细胞内容物发生泄漏;影响细胞膜上的膜蛋白构象,对膜的结构造成一定程度的破坏;对重组海藻糖合酶的表达产生影响。乙酸(钠)对重组菌菌体的生长及重组海藻糖合酶基因的表达有影响,并且菌体细胞膜是其作用的一个靶点。     

基因工程菌高密度发酵工艺研究进展

阐述了基因工程菌高密度发酵工艺的几个主要影响因素,包括重组菌构建、培养条件、生长抑制因子以及它们的控制技术。通过高密度发酵可以提高细胞生长密度、目的蛋白的表达含量。在高密度发酵过程中,会产生一些有害抑制代谢副产物,但通过分批补料可以降低影响。