產(chǎn)普那霉素始旋鏈霉菌發(fā)酵的代謝調(diào)控、條件優(yōu)化及軟測(cè)量建模研究.pdf

1、普那霉素是由始旋鏈霉菌產(chǎn)生的鏈陽(yáng)性菌素類(lèi)抗生素，由普那霉素Ⅰ和普那霉素Ⅱ兩類(lèi)化合物組成，對(duì)包括耐藥菌在內(nèi)的大多數(shù)革蘭氏陽(yáng)性菌均具有較強(qiáng)的殺菌活性，且抗生素后效應(yīng)較長(zhǎng)，因此被公認(rèn)為是治療頑固性革蘭氏陽(yáng)性菌感染的首選藥物。本文以提高普那霉素發(fā)酵產(chǎn)量及其優(yōu)化控制為目標(biāo)，對(duì)培養(yǎng)基組分在普那霉素生物合成的調(diào)控機(jī)理、溶氧及合成前體對(duì)其生物合成的影響開(kāi)展了較系統(tǒng)的研究，并探索利用支持向量機(jī)模型建立發(fā)酵過(guò)程重要參數(shù)的預(yù)測(cè)模型。主要結(jié)果摘要如下:

2、　　 培養(yǎng)基關(guān)鍵組分對(duì)普那霉素生物合成的調(diào)控機(jī)理分析首先就培養(yǎng)基中葡萄糖、銨離子及磷酸鹽等組分對(duì)普那霉素生物合成的調(diào)控機(jī)理進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)高濃度的葡萄糖、磷酸鹽及銨離子可抑制普那霉素的合成。當(dāng)葡萄糖濃度、磷酸鹽和銨離子濃度分別高于30g/L、1.5 mM及15 mM時(shí)，普那霉素的合成量大大降低。進(jìn)一步研究顯示，葡萄糖和磷酸鹽主要通過(guò)糖的磷酸化以及葡萄糖-6-磷酸的積累反饋而抑制糖分解代謝，從而抑制普那霉素的生物合成;而銨離子則通過(guò)抑制糖

3、酵解(EMP)途徑和己糖—磷酸途徑（HMP），激活三羧酸循環(huán)關(guān)鍵酶，起到對(duì)普那霉素生物合成的調(diào)控作用。
　　 添加氧載體對(duì)普那霉素生物合成的影響考察了在搖瓶中添加氧載體或乳化氧載體對(duì)普那霉素發(fā)酵的影響。加入適量氧載體或乳化氧載體有利于改善發(fā)酵液中的氧傳遞，使得菌絲體生長(zhǎng)良好，普那霉素產(chǎn)量明顯高于對(duì)照組。在發(fā)酵36h時(shí)添加10％經(jīng)0.01％二甲基硅油乳化的正十六烷，普那霉素的產(chǎn)量達(dá)到180.6 mg/L，為對(duì)照組產(chǎn)量的3.1倍。同

4、時(shí)考察了菌絲體形態(tài)和普那霉素生物合成的關(guān)系，添加乳化氧載體后，菌絲團(tuán)較疏松，有利于氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的傳遞，似為普那霉素產(chǎn)量提高的主要原因。
　　 基于普那霉素生物合成途徑的發(fā)酵條件優(yōu)化以已知的生物合成途徑為切入點(diǎn)，研究進(jìn)一步提高普那霉素產(chǎn)量的發(fā)酵優(yōu)化策略。結(jié)果表明，在發(fā)酵培養(yǎng)基中加入0.2％的正丙醇，普那霉素產(chǎn)量比對(duì)照提高135.2％。此外，評(píng)價(jià)了氨基酸前體對(duì)普那霉素發(fā)酵的影響，由此建立了以甘氨酸作為最佳前體在搖瓶發(fā)酵的優(yōu)化添加策略

5、。繼之，利用3L發(fā)酵罐進(jìn)行了耦合樹(shù)脂原位吸附分離的擴(kuò)大發(fā)酵試驗(yàn)，在發(fā)酵36 h時(shí)添加0.75 g/L甘氨酸，并在20 h時(shí)添加樹(shù)脂進(jìn)行原位分離，此時(shí)普那霉素的最高產(chǎn)量可達(dá)到616 mg/L，分別為僅添加甘氨酸、樹(shù)脂及對(duì)照處理的1.7、2.8及4.3倍，這一結(jié)果表明，添加甘氨酸耦合樹(shù)脂的原位吸附分離是提高始旋鏈霉菌F213發(fā)酵生產(chǎn)普那霉素產(chǎn)量的有效途徑。
　　 基于支持向量機(jī)的發(fā)酵過(guò)程軟測(cè)量建模生物發(fā)酵過(guò)程通常具有機(jī)理復(fù)雜性、高度