培养基：生物发酵的基石。通过基因工程技术与大规模培养技术的有机结合，原本含量较低的天然蛋白得以实现大规模生产。利用基因工程将目的蛋白的核酸序列导入宿主细胞，从而促使其大量表达。重组大肠杆菌细胞的高密度培养是一种能够实现高外源性蛋白产率的重要策略。这一技术不仅能够减少培养体积，简化后续的分离提取过程，还能缩短生产周期、降低设备投入、减少生产成本并提升生产效率。随着后基因组时代对快速蛋白质生产需求的增加，人们愈加重视蛋白质的生产过程。基于系统生物学，通过多维度策略重塑和优化传统工艺，建立了更全面、高效的重组蛋白高密度发酵工艺。作为大肠杆菌生长和产物合成的基础原料，培养基在此过程中发挥着至关重要的作用，孕育着菌体生长和蛋白生产的“粮草”。设计优秀的发酵培养基，成为提高产量和降低生产成本的关键步骤之一，这也直接影响到发酵产品的工业化成功。

01 培养基组分
● 碳源：碳源的核心作用在于构成细胞物质和代谢产物的骨架，同时为细胞提供所需的能量。培养基中的主要碳源包括葡萄糖、甘油、乳糖和甘露糖等，其中葡萄糖是大肠杆菌发酵中使用最广泛的碳源。在选择葡萄糖作为碳源时，需要关注以下几点：
① 合适的葡萄糖浓度：高浓度的葡萄糖会导致葡萄糖效应，生成乙酸等代谢副产物，反而可能抑制菌体的生长和重组蛋白的表达。
② 碳氮比（C/N）：C/N指培养基中碳源与氮源浓度的比值。C/N过小会导致菌体生长过快，引发衰老和自溶；而C/N过高则会影响菌体的生长。不同的发酵阶段可能需要不同的C/N比例，同时C/N还会影响发酵过程的pH变化。

碳源优化策略应运而生：一方面，通过优化补料策略和调整培养条件来控制最佳的浓度和碳氮比；另一方面，筛选更适合大肠杆菌生长的碳源，考虑使用如甘油、乳糖等产酸较少的碳源。在某些情况下，甘油替代葡萄糖能够有效减少乙酸的产生，更适合高密度发酵生产重组蛋白。

● 氮源：氮源主要用于合成细胞物质（氨基酸、蛋白质、核酸等）和含氮代谢物。氮源可以分为有机氮源和无机氮源，应综合考虑氮源种类、浓度、碳氮比及供给策略等多种因素。通过合理优化，能显著提高重组大肠杆菌的生长密度及产物 yield。
在某项目案例中，通过优化培养基的碳源和氮源，特定条件下发酵液的酶活得到了显著提高；但不同来源、不同厂家的有机氮源在成分结构上存在显著差异，这可能对发酵过程造成影响。

● 无机盐及微量元素：无机盐在培养基中的作用包括维持pH和渗透压，并参与细胞膜和核酸的合成。微量元素虽然需求量少，但对细胞的生长及代谢重要性不容小觑。在设计培养基时，必须考虑各种无机盐和微量元素的最佳配比与浓度，以避免对大肠杆菌的生长和蛋白表达的不良影响。

● 辅因子：一些辅因子对大肠杆菌的生长代谢及重组蛋白的表达具有重要作用。在培养基中添加辅因子有助于提高大肠杆菌的菌体密度和重组蛋白产量。此外，维生素作为生长因子可以促进菌体的生长，缓解外源重组蛋白带来的代谢压力。

02 大肠杆菌发酵培养基的优化思路
培养基的设计与优化是一个复杂的过程，需考虑多种影响因素及其交互作用。具体流程包括：
1. 通过文献调研和分类，收集并筛选不同的培养基组合；
2. 针对各个培养基进行单因素测试，确定影响最显著的因素；
3. 基于统计学分析，开展多因子实验设计以获得最佳培养基；
4. 最后进行验证，以确定最佳配方。
在某案例中，经过系统的优化与实验设计，大肠杆菌的发酵液酶活力得到了显著提升，达到了4200U/ml以上。

03 尊龙凯时人生就博——重组蛋白发酵CMO服务。作为特种酶行业的领军者，尊龙凯时人生就博积累了丰富的重组蛋白开发和生产经验，擅长在大肠杆菌和酵母菌表达体系中开展相关项目。通过核心技术积累和丰富的工业化经验，尊龙凯时人生就博能够满足各类生产需求，涵盖从小试、中试到产业化的不同阶段，确保产品质量与产量。