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影响工程菌生产和产物合成的因素

    工程菌即用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系一般称为“工程菌”。工程菌是采用现代生物工程技术加工出来的新型微生物,具有多功能、高效和适应性强等特点。本文为大家介绍影响工程菌生长和产物合成的因素:培养基、温度、溶氧、pH、代谢副产物、诱导起始时间。

1、培养基

    英泰仪器之前曾在技术资料专栏中为大家撰写过培养基——影响工程菌生产和产物合成的因素之一一文,介绍了培养基的基本性质,此处便不做重复。

2、温度

    温度是影响工程菌生长和产物合成的重要因素之一,大肠杆菌的最佳生长温度为37℃。但对于带有温敏启动子的重组大肠杆菌,由于在37℃培养会使这些启动子部分启动,使重组大肠杆菌的生理负担加重,不利于质粒的稳定,因而这类菌的培养温度一般为30℃,而诱导温度一般为40 ~ 42℃。温度有时还会影响重组蛋白的活性和存在形式,有些工程菌在较低温度(如28℃)培养时,其合成的重组蛋白主要以可溶形式存在,而在较高温度(如37℃)培养时,主要以包涵体形式存在。工程菌的代谢速度与温度密切相关,随着温度的降低,工程菌的代谢速度明显下降,对氧和营养成分的消耗速度下降,因而在工程菌高密度培养时,有时可通过降低培养温度来解决供氧不足的矛盾。

3溶氧

氧是影响大肠杆菌生长和代谢的重要因素,大肠杆菌只能利用溶解在培养基中的氧。当培养基中的溶氧不足时,大肠杆菌的呼吸链和三羧酸循环就会被抑制,并通过糖酵解途径来获得能量,同时积累大量乙酸,乙酸的积累会抑制菌体的生长和重组蛋白的合成。大肠杆菌的临界氧浓度一般为10% ~ 30%饱和氧浓度。重组大肠杆菌培养时应将培养基中的溶氧浓度控制在临界氧浓度以上。

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4pH

    pH也是影响工程菌生长和产物合成的重要因素之一,适合大肠杆菌生长的pH范围为6.0~8.0。最常用的pH7.0,但对不同工程菌,适合其重组蛋白的合成的最佳pH常常是不同的,一般应通过实验来确定某种工程菌合成重组蛋白所需的最佳pH。培养基的初始pH一般是通过其中的磷酸二氢盐和磷酸氢二盐的比例来调节的,培养过程中可通过补酸或碱来调节。常用的酸为盐酸、硫酸和磷酸,常用的碱为氢氧化钠和氨水,其中氨水和磷酸在用于调节培养基pH的同时还兼有补氮和补磷的作用。

5代谢副产物

    大肠杆菌不只在供氧不足时才产生代谢副产物乙酸,而是即使在供氧充足的情况下也会有乙酸产生,乙酸的产生与比生长速率有关,在含葡萄糖的基本培养基中比生长速率大于0.35h^(-1)或在含葡萄糖的复合培养基中的比生长速率大于0.20h^(-1)时,便有可测到的乙酸积累。高浓度的乙酸(10g/L)对菌体的生长和重组蛋白合成有明显的抑制作用。这种抑制作用对不同的菌株有较大的区别。乙酸的积累是重组大肠杆菌高密度培养时遇到的主要困难之一。

6诱导起始时间

    诱导起始时间对工程菌重组蛋白的合成有较大的影响,对带温敏启动子的工程菌,一般应在工程菌指数生长的中后期诱导,应使诱导后菌体能继续生长至诱导时菌密度的2~3倍。对带糖类启动子,如乳糖启动子的工程菌,一般应在培养基中葡萄糖耗尽或通过补料维持在低浓度时诱导,以避免或减少葡萄糖效应的抑制作用。不同工程菌在不同的培养基和培养工艺时,其最佳诱导起始时间都是不同的,应通过实验确定。