技術(shù)文章
在發(fā)酵罐中培養(yǎng)大腸桿菌時(shí),通常會(huì)使用特定的發(fā)酵培養(yǎng)基,這些培養(yǎng)基根據(jù)大腸桿菌的生長(zhǎng)需求和生產(chǎn)目的進(jìn)行了優(yōu)化。以下是一些常用的發(fā)酵培養(yǎng)基及其配方:大腸桿菌常用的發(fā)酵培養(yǎng)基主要包括以下幾種:
1. LB培養(yǎng)基(Lysogeny Broth)
LB培養(yǎng)基是常用的大腸桿菌培養(yǎng)基,適用于大腸桿菌的生長(zhǎng)、維持和大規(guī)模培養(yǎng)。
主要成分:
· 胰蛋白胨(Tryptone):10 g/L
· 酵母提取物(Yeast Extract):5 g/L
· 氯化鈉(NaCl):10 g/L
特點(diǎn):
· 營(yíng)養(yǎng)豐富,適合大腸桿菌快速生長(zhǎng)。
· 可以添加瓊脂制成固體培養(yǎng)基。
2. TB培養(yǎng)基(Terrific Broth)
TB培養(yǎng)基比LB培養(yǎng)基含有更多的營(yíng)養(yǎng)成分,適合于高密度發(fā)酵。
主要成分:
· 胰蛋白胨(Tryptone):12 g/L
· 酵母提取物(Yeast Extract):24 g/L
· 甘油(Glycerol):4 mL/L
· 磷酸氫二鉀(KH2PO4):12.54 g/L
· 磷酸二氫鉀(K2H2PO4):8.56 g/L
· 氯化銨(NH4Cl):3.4 g/L
特點(diǎn):
· 提供更高的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),適合于高密度細(xì)胞培養(yǎng)。
· 常用于蛋白質(zhì)表達(dá)和大規(guī)模生產(chǎn)。
3. SOB培養(yǎng)基:
適用于大腸桿菌蛋白表達(dá),能夠提高蛋白產(chǎn)出量,也用于配制SOC培養(yǎng)基。
主要成分:
· 2% 胰蛋白胨
· 0.5% 酵母提取物
· 10 mM NaCl
· 2.5 mM KCl
· 10 mM MgCl2
· 10 mM MgSO4
· pH7.5
特點(diǎn):
· 成分更復(fù)雜,營(yíng)養(yǎng)更豐富,氮含量高,適合于分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)。
4. SOC培養(yǎng)基:
主要用于大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞的制備和轉(zhuǎn)化,能夠提高轉(zhuǎn)化效率,也適用于蛋白表達(dá)。
主要成分:
· 2% 胰蛋白胨
· 0.5% 酵母提取物
· 10 mM NaCl
· 2.5 mM KCl
· 10 mM MgCl2
· 10 mM MgSO4
· 20 mM D-葡萄糖
· pH7.5
特點(diǎn):
· 在SOB培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上增加了葡萄糖,提供了直接的碳源,有利于大腸桿菌生長(zhǎng)。
5. M9培養(yǎng)基
M9培養(yǎng)基是一種基本培養(yǎng)基,通常用于特定的實(shí)驗(yàn)需求,如營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株的培養(yǎng)。
主要成分:
· 葡萄糖(Glucose):4 g/L
· 氯化銨((NH4Cl):1 g/L
· 氯化鈉(NaCl):0.5 g/L
· 磷酸氫二鉀(KH2PO4):3g/L
· 磷酸二氫鈉(Na2H2PO4):6.78 g/L
· 硫酸鎂(MgSO4):0.241 g/L
· 氯化鈣(CaCl2):0.011 g/L
特點(diǎn):
· 營(yíng)養(yǎng)成分較為簡(jiǎn)單,常用于基礎(chǔ)研究或需要嚴(yán)格控制營(yíng)養(yǎng)條件的實(shí)驗(yàn)。
6. 2xYT培養(yǎng)基
2xYT培養(yǎng)基是LB培養(yǎng)基的變種,含有更高的營(yíng)養(yǎng)成分,適合于高密度培養(yǎng)。
主要成分:
· 胰蛋白胨(Tryptone):16 g/L
· 酵母提取物(Yeast Extract):10 g/L
· 氯化鈉(NaCl):5 g/L
特點(diǎn):
· 營(yíng)養(yǎng)豐富,適合于高密度大腸桿菌培養(yǎng)。
補(bǔ)充物:
在大腸桿菌發(fā)酵過(guò)程中,還可能需要添加以下補(bǔ)充物:
· 抗生素:用于選擇抗性菌株。
· 誘導(dǎo)劑:如IPTG,用于誘導(dǎo)重組蛋白的表達(dá)。
· 微量元素和維生素溶液:用于支持細(xì)胞生長(zhǎng)。
在發(fā)酵過(guò)程中,培養(yǎng)基的配方和條件(如pH、溫度、溶解氧等)需要根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蜕a(chǎn)要求進(jìn)行調(diào)整。比如:如果需要進(jìn)行高密度發(fā)酵,需要增加硫酸鎂的量,補(bǔ)料加入合適酵母浸粉可以加提高發(fā)酵周期,加入硫酸銨可以提高菌濃。發(fā)酵過(guò)程應(yīng)在嚴(yán)格的無(wú)菌條件下進(jìn)行,并監(jiān)控發(fā)酵過(guò)程的各項(xiàng)參數(shù),以確保發(fā)酵達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。
大腸桿菌發(fā)酵工藝開(kāi)發(fā)流程通常包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟:
1、菌株的構(gòu)建:
首先需要選擇一個(gè)優(yōu)良的菌株,包括基因工程路線設(shè)計(jì)、菌株改造與篩選、搖瓶條件摸索等。
2、培養(yǎng)基的優(yōu)化:
培養(yǎng)基是大腸桿菌發(fā)酵工藝的重要組成部分。需要根據(jù)不同菌株和產(chǎn)品要求調(diào)整培養(yǎng)基配方,對(duì)培養(yǎng)基成份比較了解,可以進(jìn)行DOE篩選,主要成分包括碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽和生長(zhǎng)因子等的搭配比例。
3、工藝參數(shù)優(yōu)化與控制:
溫度:大腸桿菌生長(zhǎng)的最佳溫度通常為37℃,但根據(jù)發(fā)酵目的和菌種特性,可以適當(dāng)調(diào)整溫度范圍。
pH值:大腸桿菌最適生長(zhǎng)的pH值為7±0.2。發(fā)酵過(guò)程中需要通過(guò)酸堿補(bǔ)料策略維持發(fā)酵液的pH值穩(wěn)定。
溶氧(DO):大腸桿菌的臨界溶解氧濃度范圍為20%~30%。溶氧不足會(huì)導(dǎo)致乙酸積累,影響菌體生長(zhǎng);溶氧過(guò)高則可能產(chǎn)生氧中毒現(xiàn)象。因此,需要通過(guò)調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速、通氣量等參數(shù)來(lái)控制溶氧水平。
補(bǔ)料策略:選擇補(bǔ)料分批式發(fā)酵,以實(shí)現(xiàn)大腸桿菌的高密度發(fā)酵和獲得更多的生物質(zhì)。補(bǔ)料過(guò)程中需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)酵液中的養(yǎng)分消耗情況,進(jìn)行補(bǔ)料工藝的開(kāi)發(fā),確定補(bǔ)料種類與補(bǔ)料時(shí)間與補(bǔ)料量。
發(fā)酵工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以采用minitab或者JMP等類似軟件進(jìn)行DOE的實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì),以加快實(shí)驗(yàn)過(guò)程,找到更好更穩(wěn)健的工藝參數(shù)。