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(shí)驗(yàn)采用野生型灰色鏈霉菌在4聯(lián)500mL CloudReady云平臺(tái)平行生物反應(yīng)器上進(jìn)行了發(fā)酵工藝參數(shù)的快速優(yōu)化。經(jīng)過9天的發(fā)酵培養(yǎng)得出最有培養(yǎng)參數(shù)，即培養(yǎng)溫度30℃，pH 7.2，DO 40%。在此條件下發(fā)酵122h時(shí)硫酸鏈霉素效價(jià)達(dá)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(shí)驗(yàn)證了CloudReady在平行性、高通量、自動(dòng)化過程控制方面可以為實(shí)驗(yàn)人員提供高效支持，快速進(jìn)行工藝優(yōu)化和菌株篩選。

材料設(shè)備及實(shí)驗(yàn)過程

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

設(shè)備：
4聯(lián)CloudReady云平臺(tái)生物反應(yīng)器
P1型紫外可見分光光度計(jì)

圖1  4聯(lián)CloudReady® 500mL發(fā)酵培養(yǎng)中

工藝參數(shù)和控制策略：
培養(yǎng)過程中以轉(zhuǎn)速持續(xù)下降作為判斷底物營(yíng)養(yǎng)耗盡的拐點(diǎn)，開啟補(bǔ)料控制。

表2 DO梯度優(yōu)化實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)設(shè)置

圖2 R1-R4罐臺(tái)批次生長(zhǎng)過程控制DO_AGIT變化曲線

實(shí)驗(yàn)結(jié)果
從四個(gè)罐臺(tái)的生長(zhǎng)曲線可以看出各罐臺(tái)硫酸鏈霉素的效價(jià)都呈先增加后下降的趨勢(shì)。
其中在R3罐臺(tái)（DO 40%）呈現(xiàn)了最高的硫酸鏈霉素效價(jià)，在發(fā)酵122h有最優(yōu)的硫酸鏈霉素效價(jià)為10110.14 U/mL，此時(shí)OD600為29.4，濕重為290.4mg/L。
122h后隨著發(fā)酵的進(jìn)行灰色鏈霉菌的細(xì)胞密度OD600雖然還繼續(xù)呈遞增的狀態(tài)，但是硫酸鏈霉素的效價(jià)則呈下降趨勢(shì)。

圖3 R1-R4罐臺(tái)批次生長(zhǎng)曲線

圖4 R1-R4罐臺(tái)批次濕重趨勢(shì)曲線

圖5 R1-R4罐臺(tái)批次硫酸鏈霉素效價(jià)趨勢(shì)曲線

結(jié)論及后續(xù)優(yōu)化方向
本案例通過對(duì)灰色鏈霉菌發(fā)酵培養(yǎng)過程中不同DO梯度條件的優(yōu)化，得到發(fā)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(dá)，過高或過低的DO控制水平都會(huì)影響灰色鏈霉菌對(duì)硫酸鏈霉素的生產(chǎn)表達(dá)。

但是細(xì)胞密度的逐漸增加并不一定有利于硫酸鏈霉素效價(jià)的提升，可能原因?yàn)榕囵B(yǎng)體系營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度過高，會(huì)導(dǎo)致菌體生長(zhǎng)過度和菌絲體大量形成，從而延遲了細(xì)胞靜止期的到來，抑制了抗生素的生產(chǎn)。

后期可以通過進(jìn)一步的優(yōu)化發(fā)酵過程中菌株?duì)I養(yǎng)物質(zhì)的消耗、代謝調(diào)控等手段來提升硫酸鏈霉素的效價(jià)。

迪必爾應(yīng)用技術(shù)與工程研究中心 石興利 供稿