【中國制藥網(wǎng) 技術文章】生物發(fā)酵技術的發(fā)展對于人們的日常生活有著很大的影響，并且逐漸滲透其中。例如啤酒、酸乳、甜醬等的生產(chǎn)，這些都需要用到發(fā)酵技術。而隨著科學技術的進步，生物發(fā)酵技術作為新一代工業(yè)生物技術的核心，其發(fā)揮的作用越來越重要。

發(fā)酵罐作為上述技術的承載者，它的未來發(fā)展以及對行業(yè)的推動作用備受業(yè)內人士關注。專業(yè)生產(chǎn)發(fā)酵罐的江蘇弗盧德流體設備有限公司(以下簡稱“弗盧德”)就發(fā)酵罐如何推動功能菌株的構建以及大規(guī)模篩選技術的發(fā)展進行了相關分析。

 

菌種易被篩漏 篩選技術和方法亟待開發(fā)

所謂的菌株又稱品系，表示任何由一個獨立分離的單細胞(或單個病毒粒子)繁殖而成的純種群體及其后代。因此，一種微生物的每一個不同來源的純培養(yǎng)物均可稱為該菌種的一個菌株。菌株實際上是某一微生物達到“遺傳性純”的標志，一旦菌株發(fā)生變異，都應標上新的菌株名稱。

由于微生物體內代謝網(wǎng)絡的復雜性和多結點性，基因操作后，菌株的代謝流往往并不朝著預期設計的方向轉移。尤其是在產(chǎn)生抗生素等次級代謝產(chǎn)物的復雜體系中，要想得到優(yōu)良的工業(yè)生產(chǎn)菌株，主要還是采用隨機選育技術，包括自然選育、誘變育種和以原生質體融合為代表的雜交育種技術，但篩選工作量大，費時又費力。

據(jù)悉，菌種篩選和篩選后的發(fā)酵工藝設計與優(yōu)化工作是分開且順序進行的，兩者之間缺少技術參數(shù)的聯(lián)系，導致了搖瓶篩選到的優(yōu)良菌株與實際工藝條件產(chǎn)生不對應性，因而許多優(yōu)良菌株的高產(chǎn)性能很難在工業(yè)生產(chǎn)中體現(xiàn)出來。這種篩選模式在我國沿用了半個多世紀而沒有明顯的改進。

在菌種選育中，根據(jù)其原理，菌種選育技術可分成隨機選育和理性選育兩大類。雖然以分子生物學為基礎的基因工程、代謝工程以及由各種組學組成的系統(tǒng)生物學研究為定向構建功能細胞株提供了廣闊前景，但要真正實現(xiàn)以這些功能細胞培養(yǎng)來達到改造的目標卻極其困難。這是因為產(chǎn)量的高低屬于數(shù)量性狀，遺傳學上由多基因決定，一次誘變和篩選很難有大幅度提高，需要多輪誘變篩選才能逐漸積累到一定的高產(chǎn)特性，這一點不同于以發(fā)現(xiàn)化合物為目標的菌種篩選。

因此，從菌種選育實踐來看除了一些用代謝工程方法改造的初級代謝產(chǎn)物生產(chǎn)菌株外，不論采用隨機選育還是理性選育，都無法繞開大量繁瑣的菌株篩選工作。另一方面，無論是隨機選育還是理性選育，經(jīng)典的菌種初篩和復篩都是在沒有任何檢測參數(shù)的搖瓶或試管中進行的。在此條件下，篩選過程微生物的外在培養(yǎng)環(huán)境與工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)就存在巨大反差，很多真正符合實際生產(chǎn)環(huán)境、性狀優(yōu)良的菌種往往在篩選初期就被漏篩掉了。由此可見，在菌種選育領域，亟需開展多參數(shù)的與發(fā)酵工藝過程相結合的高通量菌種篩選技術和方法研究。

　　提高工業(yè)生產(chǎn)菌種發(fā)酵能力 弗盧德注重產(chǎn)品技術發(fā)展與創(chuàng)新

目前，國外已經(jīng)發(fā)明了多種全自動高通量篩選系統(tǒng)，可以進行培養(yǎng)基滅菌、倒平板、挑取單菌落、分裝發(fā)酵培養(yǎng)基、接種、抽提、HPLC(液相色譜)分析和數(shù)據(jù)自動收集處理等過程，即組合成一套連續(xù)的自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化篩選，從而大大提高篩選效率。上的菌種篩選技術正朝著高通量、微型化、自動化和儀器化方向發(fā)展，其中發(fā)酵罐微型化是當前發(fā)展的重要趨勢。如美國馬里蘭大學、 麻省理工學院、 德國雷根斯堡大學、英國倫敦大學等都在加緊開發(fā)具備高通量特性的微型發(fā)酵罐，有些產(chǎn)品已經(jīng)在不少大型制藥公司得到商品化應用。

我國是名副其實的發(fā)酵大國，不過由于種種原因，我國的發(fā)酵技術水平仍處于落后的現(xiàn)狀，其中菌種的發(fā)酵水平與國外先進技術相比有著相當大的差距。如青霉素，國外菌種發(fā)酵效價為每毫升發(fā)酵液近20萬單位，而我國目前只有10萬單位左右;紅霉素的發(fā)酵能力上已經(jīng)超過了1.5萬單位/mL，而國內高水平僅有8000～10000單位/mL。此外，我國其他發(fā)酵產(chǎn)品的菌種生產(chǎn)能力基本上都落后于水平。

據(jù)悉，微生物發(fā)酵產(chǎn)品的市場規(guī)模約為200億美元，其中抗生素占46%，從世界趨勢看，抗生素市場正以8%的平均年增長率高速發(fā)展，而我國市場每年的增長更是超過 20%。另外，幾大抗生素品種的原料藥生產(chǎn)也都主要集中在我國。例如，我國青霉素年產(chǎn)量就超過了 6萬噸，約占世界份額的90%，原料藥銷售中出口占比超過60%。除此之外，維生素C的產(chǎn)能超過了13萬噸，需求量也保持在9萬噸左右。

就我國而言，國內的四大企業(yè)產(chǎn)能已經(jīng)超過9萬噸，我國維生素C出口的國家和地區(qū)超過了150個，中國已經(jīng)成為維生素C供應商的主要基地。即便如此，我國發(fā)酵技術水平、菌種生產(chǎn)能力還是與上述現(xiàn)象不成正比。因此，提高工業(yè)生產(chǎn)菌種的發(fā)酵能力是提升我國發(fā)酵工業(yè)整體水平的重要基礎。

發(fā)酵罐行業(yè)弗盧德生產(chǎn)的微型發(fā)酵罐是一套實驗室玻璃發(fā)酵設備，其功能強大，可以滿足各種目的的發(fā)酵，如批式、批式流加、甚至動物細胞的培養(yǎng)。另外，該設備還采用了彩色觸摸屏顯示全部測量值和控制參數(shù)，方便了用戶的操作。

在發(fā)酵中，各種參數(shù)如pH、DO、溫度和轉速都能通過控制器監(jiān)控，所有的數(shù)據(jù)和控制參數(shù)都可傳到控制器或者計算機上。結構緊湊，各種組件都能集成在發(fā)酵系統(tǒng)上。發(fā)酵罐采用上部驅動的直接耦合機械攪拌或下部驅動磁力間接耦合機械攪拌方式，結構簡單，操作平穩(wěn)。

結合國內的情況，在很長一段時間內，國內尚且無法推廣國外這些價格昂貴的高能量篩選設備。因此對于自主研發(fā)的微型發(fā)酵罐，推動功能菌株大規(guī)模篩選技術是必然經(jīng)歷的過程。弗盧德是發(fā)酵行業(yè)的一個重要成員，推動這項技術的發(fā)展責無旁貸，為此，弗盧德將注重微型發(fā)酵罐的技術發(fā)展與創(chuàng)新，努力研發(fā)出適合我國行情的發(fā)酵罐產(chǎn)品。