红霉素基因工程菌的磷源调控及过程优化研究

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红霉素(Erythromycin)是一种由红色糖多孢菌(S.erythraea)发酵形成,在医疗健康方面有显著价值的大环内酯类抗生素。  本文对基因工程菌ZL1004的磷源调控工艺进行了深入的研究。在50L罐的发酵中,选用一种质量稳定的有机氮源(酵母粉)替换质量不稳定的有机氮源(玉米浆),结果显示酵母粉配方的红霉素产量与玉米浆配方的产量相当。由于酵母粉的总磷和溶磷含量比玉米浆的低,我们对酵母粉配方进行了初始添加磷酸二氢钾和过程流加磷酸二氢钾的两种磷调控实验。结果显示,采用磷调控策略的红霉素产量,与对照组相比平均提高了24%。比生长速率(μ)、氨基氮消耗速率及OUR数据表明,磷调控策略发酵前期的细胞的代谢活性都得到适度增强。此外,过程流加磷策略的Er-A组分含量和Er-A∶Er-C的比值分别达到9040U/ml和29.4,比培养基中添加磷策略(8928U/ml和24.3)的更高。分析表明,过程流加磷策略的蛋白酶活力,比培养基中添加磷策略的明显提高,从而为红霉素发酵提供了更多的前体氨基酸及甲基供体(如蛋氨酸)。基于以上结论,我们成功地把磷流加策略从50L发酵罐放大到500L发酵罐,红霉素产量和A组分含量分别达到11839U/ml和8923U/ml,与对照组相比分别提高了17.3%和14.2%。接着,我们又采用一种磷含量低、氮含量高的有机氮源(大豆浓缩蛋白)替换酵母粉,并进行了磷流加的试验。采用基于磷调控策略应用于大豆浓缩蛋白配方的红霉素发酵,其红霉素产量和红霉素A组分含量,比对照组(没有加磷的大豆浓缩蛋白配方)分别提高了13%和4.5%。表明本文提出的动态磷调控策略具有普适性。  本文在50L发酵罐中,研究了发酵后期的溶磷浓度对红霉素发酵的影响。通过用低磷的高蛋豆粉替换部分黄豆饼粉,红霉素发酵后期的溶磷浓度得到适度降低。通过用硫酸铵替换部分黄豆饼粉,并结合发酵前期的磷流加策略,红霉素发酵后期溶磷浓度得到降低,Er-A组分含量及Er-A∶Er-C的比值分别达到了9442U/ml和44.5,高于对照组(9040U/ml和29.4)的水平。其中Er-A∶Er-C的比值为文献报道以来的最高值,有效改善了红霉素的组分。蛋白酶活力数据阐明,硫酸铵替换部分黄豆饼粉策略的蛋白酶活力没有受到影响,仍然能为发酵后期提供较多的前体氨基酸。基于以上结论,在372吨罐中,通过降低黄豆饼粉浓度(其它成分不变),发酵后期的溶磷浓度得到降低,且红霉素产量和A组分含量分别达到9264U/ml和7583U/ml,与对照组相比分别提高了8.0%和9.2%。  另外,本文对HL7菌种进行了摇瓶及发酵罐考察,结果显示HL7菌种红霉素的合成速率与我们研究的其它菌种相比存在明显的优势。通过在工业生产菌(No.8菌种)的培养基中流加甲硫氨酸,Er-A组分含量得到提高,Er-C组分含量得到降低,而N-脱甲基红霉素A浓度并没有受到影响。
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