CloudReady生物反應器助力高通量實驗快速優化硫酸鏈霉素生產工藝

引言
硫酸鏈霉素是一種氨基糖苷類抗生素，具有廣譜的抗菌作用，而灰色鏈霉菌可以天然生物合成硫酸鏈霉素。

本次實驗采用野生型灰色鏈霉菌在4聯500mL CloudReady云平臺平行生物反應器上進行了發酵工藝參數的快速優化。經過9天的發酵培養得出最有培養參數，即培養溫度30℃，pH 7.2，DO 40%。在此條件下發酵122h時硫酸鏈霉素效價達到了10110.14 U/mL，高效的將硫酸鏈霉素的含量提高了2.5倍以上。同時驗證了CloudReady在平行性、高通量、自動化過程控制方面可以為實驗人員提供高效支持，快速進行工藝優化和菌株篩選。

材料設備及實驗過程

菌株：
野生灰色鏈霉菌：菌株編號GDMCC 4.19，購自廣東省微生物菌種保藏中心。

設備：
4聯CloudReady云平臺生物反應器
P1型紫外可見分光光度計

圖1  4聯CloudReady® 500mL發酵培養中

工藝參數和控制策略：
培養過程中以轉速持續下降作為判斷底物營養耗盡的拐點，開啟補料控制。

表2 DO梯度優化實驗工藝參數設置

圖2 R1-R4罐臺批次生長過程控制DO_AGIT變化曲線

實驗結果
從四個罐臺的生長曲線可以看出各罐臺硫酸鏈霉素的效價都呈先增加后下降的趨勢。
其中在R3罐臺（DO 40%）呈現了最高的硫酸鏈霉素效價，在發酵122h有最優的硫酸鏈霉素效價為10110.14 U/mL，此時OD600為29.4，濕重為290.4mg/L。
122h后隨著發酵的進行灰色鏈霉菌的細胞密度OD600雖然還繼續呈遞增的狀態，但是硫酸鏈霉素的效價則呈下降趨勢。

圖3 R1-R4罐臺批次生長曲線

圖4 R1-R4罐臺批次濕重趨勢曲線

圖5 R1-R4罐臺批次硫酸鏈霉素效價趨勢曲線

結論及后續優化方向
本案例通過對灰色鏈霉菌發酵培養過程中不同DO梯度條件的優化，得到發酵過程中控制合適的DO水平（40%）有利于灰色鏈霉菌硫酸鏈霉素的表達，過高或過低的DO控制水平都會影響灰色鏈霉菌對硫酸鏈霉素的生產表達。

但是細胞密度的逐漸增加并不一定有利于硫酸鏈霉素效價的提升，可能原因為培養體系營養物質濃度過高，會導致菌體生長過度和菌絲體大量形成，從而延遲了細胞靜止期的到來，抑制了抗生素的生產。

后期可以通過進一步的優化發酵過程中菌株營養物質的消耗、代謝調控等手段來提升硫酸鏈霉素的效價。

迪必爾應用技術與工程研究中心 石興利 供稿