分光光度法標(biāo)定酵母超濾液濃度及其在腦膜炎球菌培養(yǎng)基優(yōu)化過(guò)程中的應(yīng)用

畢研偉，肖紅劍，丁晨，閆玲梅，寸韡

1.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院&北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所，云南 昆明 650118；2.云南省重大傳染病疫苗研發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650118

分光光度法標(biāo)定酵母超濾液濃度及其在腦膜炎球菌培養(yǎng)基優(yōu)化過(guò)程中的應(yīng)用

畢研偉1,2，肖紅劍1,2，丁晨1,2，閆玲梅1,2，寸韡1,2

1.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院&北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所，云南 昆明 650118；2.云南省重大傳染病疫苗研發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650118

目的：建立檢測(cè)酵母超濾液濃度的方法，并探索適合A、C群腦膜炎球菌生長(zhǎng)的無(wú)動(dòng)物源性培養(yǎng)基中酵母超濾液的濃度。方法：通過(guò)全波長(zhǎng)掃描及不同波長(zhǎng)吸光度值的比較確定檢測(cè)酵母提取物濃度的最佳波長(zhǎng)；用3000 Da超濾膜超濾酵母提取物溶液，制備酵母超濾液并檢測(cè)其性質(zhì)；觀察腦膜炎球菌在含不同批次酵母超濾液的半綜合培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)情況，驗(yàn)證不同批次標(biāo)化的酵母超濾液的穩(wěn)定性；配制含不同濃度酵母超濾液的半綜合液體培養(yǎng)基，觀察A、C群腦膜炎球菌的生長(zhǎng)情況。結(jié)果：通過(guò)全波長(zhǎng)掃描及不同波長(zhǎng)吸光度值的比較，確定了檢測(cè)酵母提取物濃度的最佳波長(zhǎng)為405 nm；采用3000 Da超濾膜超濾后的酵母超濾液不與CTAB產(chǎn)生沉淀，通過(guò)檢測(cè)其D405nm值，可以確定酵母超濾液的濃度；從生長(zhǎng)情況考慮，A、C群腦膜炎球菌半綜合培養(yǎng)基中最優(yōu)酵母超濾液濃度分別為4、2 mg/L。結(jié)論：建立了制備酵母超濾液及分光光度法標(biāo)定酵母超濾液濃度的方法，確定了培養(yǎng)A、C群腦膜炎球菌半綜合培養(yǎng)基中最優(yōu)酵母超濾液濃度。

酵母提取物；分光光度法；酵母超濾液；腦膜炎球菌

流行性腦脊髓膜炎（簡(jiǎn)稱(chēng)流腦）是由腦膜炎球菌（Neisseria meningitides）引起的急性呼吸道傳染病[1]。隨著腦膜炎球菌多糖疫苗及多糖結(jié)合疫苗的廣泛使用，流腦的發(fā)病率大為降低[2]。作為疫苗生產(chǎn)的腦膜炎球菌，對(duì)培養(yǎng)條件要求較高。目前國(guó)內(nèi)流腦疫苗的生產(chǎn)過(guò)程中，菌種在培養(yǎng)過(guò)程中常使用含羊血培養(yǎng)基復(fù)蘇菌種，發(fā)酵過(guò)程中采用含酸水解酪蛋白的液體培養(yǎng)基來(lái)提高多糖產(chǎn)量，這些均是動(dòng)物源性材料。動(dòng)物源性材料不但成分復(fù)雜不利于產(chǎn)品批次之間的質(zhì)量穩(wěn)定，而且一些新型的和未知的人畜共患病也可能因?yàn)槁z，成為潛在的疫苗污染物，因此避免使用動(dòng)物源性材料進(jìn)行疫苗生產(chǎn)是提高疫苗安全性的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在前期的研究中，我們采用無(wú)動(dòng)物原性材料的培養(yǎng)基生產(chǎn)流腦疫苗，培養(yǎng)基的主要成分包括無(wú)機(jī)鹽、氨基酸、葡萄糖和酵母提取物。在研究中發(fā)現(xiàn)酵母提取物為腦膜炎球菌的生長(zhǎng)提供了豐富的氮源和營(yíng)養(yǎng)因子，是腦膜炎球菌生長(zhǎng)的限制因子。酵母提取物是將酵母通過(guò)質(zhì)壁分離后，利用自身水解酶系完全自溶，再去除細(xì)胞壁和不溶性分子后的產(chǎn)品，其中含有多肽、氨基酸、核苷酸、B族維生素、微量元素及未完全分解的大分子蛋白、纖維葡聚糖和核酸等[3]。

目前，腦膜炎球菌多糖疫苗生產(chǎn)過(guò)程中大多采用Gotschlich法[4]來(lái)沉淀莢膜多糖，即使用十六烷基三甲基溴化銨（hexadecyltrimethylammonium bromide，CTAB）沉淀發(fā)酵液上清獲得高分子量腦膜炎球菌莢膜多糖。CTAB是一種陽(yáng)離子去污劑，具有從低離子強(qiáng)度溶液中沉淀大分子蛋白、核酸與酸性多聚糖的特性。WHO規(guī)程及現(xiàn)行《中華人民共和國(guó)藥典》第三部[5]中均規(guī)定生產(chǎn)培養(yǎng)基中不能含有與CTAB產(chǎn)生沉淀的物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)酵母提取物溶液中的大分子葡聚糖會(huì)與CTAB產(chǎn)生沉淀。因此，生產(chǎn)中既要去除能與CTAB產(chǎn)生沉淀的大分子，又要最大限度地保留酵母提取物的小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在本研究中，我們采用超濾法去除能與CTAB產(chǎn)生沉淀的大分子物質(zhì)，同時(shí)保留了能維持腦膜炎球菌生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)因子。超濾必然會(huì)造成酵母提取物的濃度發(fā)生改變，而且每次超濾液回收率受多種因素的干擾，這極大地影響到下游發(fā)酵過(guò)程的批間穩(wěn)定性。為了保證酵母超濾液濃度的穩(wěn)定，也可以重新去除溶劑，再次稱(chēng)量干粉質(zhì)量，但工藝繁瑣。本研究中，我們采用全波長(zhǎng)掃描法對(duì)酵母超濾液吸收波長(zhǎng)進(jìn)行初步研究，并對(duì)幾個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行濃度驗(yàn)證，在固定波長(zhǎng)下檢測(cè)酵母超濾液濃度，保證了培養(yǎng)基中酵母超濾液濃度的含量均一，從而控制了疫苗生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

由于不同群腦膜炎球菌的性質(zhì)不同，如何根據(jù)每個(gè)菌群的特點(diǎn)優(yōu)化培養(yǎng)基，提高菌體和多糖發(fā)酵產(chǎn)率，對(duì)腦膜炎疫苗的生產(chǎn)非常重要[6]。酵母超濾液含有多肽、氨基酸、核苷酸、B族維生素、微量元素等豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可為A、C群腦膜炎球菌的生長(zhǎng)提供豐富的氮源和營(yíng)養(yǎng)因子。我們根據(jù)A、C群腦膜炎球菌多糖疫苗的特性，檢測(cè)了不同酵母超濾液濃度對(duì)A、C群腦膜炎球菌生長(zhǎng)情況及產(chǎn)糖量的影響，進(jìn)一步確定了A、C群腦膜炎球菌半綜合培養(yǎng)基中最佳酵母提取物的含量。

1 材料與方法

1.1 材料

A、C群腦膜炎球菌由中國(guó)食品藥品檢定研究院提供，其中A群腦膜炎球菌保藏編號(hào)為29201，C群腦膜炎球菌保藏編號(hào)為29205；CTAB購(gòu)自Sigma公司；酵母提取物購(gòu)自BD公司；全波長(zhǎng)紫外分光光度計(jì)為Perkin Elmer Uv/Vis spec?trometer lambda 35；3000 Da超濾膜購(gòu)自Millipore公司；超濾儀為PALL Filtron。

1.2 配制半綜合液體培養(yǎng)基的試劑與CTAB反應(yīng)

向配制半綜合液體培養(yǎng)基的無(wú)機(jī)鹽溶液、氨基酸溶液、酵母提取物溶液中分別加入1%CTAB至終濃度為0.01%，觀察是否有沉淀產(chǎn)生。

1.3 酵母提取物全波長(zhǎng)掃描

配制濃度為0.1 g/L的酵母提取物溶液，用1 cm的石英比色杯，以雙蒸水為對(duì)照，用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行全波長(zhǎng)掃描，掃描波長(zhǎng)為200～800 nm，掃描速度為240 nm/min，步長(zhǎng)為1 nm，觀察酵母提取物溶液的吸收峰。

1.4 不同波長(zhǎng)不同濃度的酵母提取物吸收值測(cè)定

根據(jù)全波長(zhǎng)掃描圖譜，選擇4個(gè)不同波長(zhǎng)對(duì)不同酵母提取物的濃度進(jìn)行檢測(cè)：將酵母提取物配制成不同的濃度，在不同波長(zhǎng)下檢測(cè)各濃度的吸收值。以酵母提取物溶液的系列濃度（C）對(duì)吸光度（A）做直線回歸，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.5 酵母超濾液的制備及其性質(zhì)檢測(cè)

將酵母提取物配制成200 g/L，用3000 Da超濾膜超濾后，用分光光度計(jì)檢測(cè)D405nm值，確定酵母超濾液的濃度。向酵母超濾液中加入CTAB至濃度為1%，觀察產(chǎn)生沉淀的情況；用超濾后的酵母超濾液和未超濾的酵母提取物配制半綜合液體培養(yǎng)基，接種A、C群腦膜炎球菌，觀察超濾后酵母超濾液對(duì)A、C群腦膜炎球菌生長(zhǎng)的影響。

1.6 A、C群腦膜炎球菌培養(yǎng)

將A、C群腦膜炎球菌接種于含不同濃度酵母超濾液的半綜合培養(yǎng)基中，至初始D600nm值為0.06，37℃、160 r/min培養(yǎng)9 h，每小時(shí)取樣測(cè)D600nm值，觀察A、C群腦膜炎球菌的生長(zhǎng)。

1.7 酵母超濾液穩(wěn)定性驗(yàn)證

取3批按前述方法制備的酵母超濾液，按1.6的方法培養(yǎng)A、C群腦膜炎球菌，觀察A、C群腦膜炎球菌的生長(zhǎng)。

2 結(jié)果

2.1 不同試劑與CTAB的反應(yīng)

向配制半綜合液體培養(yǎng)基的無(wú)機(jī)鹽溶液、氨基酸溶液、酵母提取物溶液中分別加入1%CTAB至終濃度為0.01%后，觀察發(fā)現(xiàn)只有酵母提取物溶液會(huì)與CTAB產(chǎn)生沉淀。由于腦膜炎球菌多糖疫苗生產(chǎn)過(guò)程中使用CTAB沉淀細(xì)菌莢膜多糖，因此，需要對(duì)酵母提取物溶液進(jìn)行優(yōu)化去除能產(chǎn)生沉淀的物質(zhì)。

2.2 酵母提取物全波長(zhǎng)掃描確定最佳吸收峰波長(zhǎng)

通過(guò)對(duì)酵母提取物溶液進(jìn)行全波長(zhǎng)掃描，發(fā)現(xiàn)波長(zhǎng)小于500 nm時(shí)有明顯的吸收峰，波長(zhǎng)大于500 nm時(shí)吸收值顯著降低（圖1）。

2.3 通過(guò)不同波長(zhǎng)不同濃度的酵母提取物吸收值的比較確定最佳檢測(cè)波長(zhǎng)

由于酵母提取物是混合物，在一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)均有明顯的吸收峰。為了能有效均一地確定酵母超濾液的濃度，選擇4個(gè)不同的波長(zhǎng)，即405、450、490、520 nm，將酵母提取物配制成濃度為2.5、5.0、10、20、40、80、160 mg/mL的溶液，檢測(cè)不同濃度的吸收值是否呈線性。結(jié)果表明，在所選的4個(gè)波長(zhǎng)處各濃度均呈很好的線性關(guān)系，但是由于波長(zhǎng)越大其斜率越小，不同濃度的吸收值差別越小，即檢測(cè)靈敏度越低。因此，本研究選用的檢測(cè)波長(zhǎng)為405 nm（圖2）。

2.4 用3000 Da超濾膜超濾酵母提取物并確定其濃度

圖1 酵母提取物溶液全波長(zhǎng)掃描圖譜

圖2 不同濃度酵母提取物溶液在不同波長(zhǎng)處的吸光度

用3000 Da超濾膜超濾后，向回流液中加入CTAB溶液至終濃度為1%，不會(huì)產(chǎn)生沉淀。用此超濾液配制半綜合培養(yǎng)基，培養(yǎng)A、C群腦膜炎球菌，同樣適合腦膜炎球菌的生長(zhǎng)。表明用此方法獲得的超濾液保留了腦膜炎球菌的生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)成分，而且已去除了能與CTAB反應(yīng)的大分子物質(zhì)。

2.5 A、C群腦膜炎球菌生長(zhǎng)的最佳酵母超濾液濃度確定

配制含不同濃度酵母超濾液（培養(yǎng)A群腦膜炎球菌的半綜合培養(yǎng)基中酵母超濾液的濃度分別為1.2、2.4、3.6、4.8、6 g/L，培養(yǎng)C群腦膜炎球菌的半綜合培養(yǎng)基中酵母超濾液的濃度分別為1、2、3、4、5、6 g/L），培養(yǎng)結(jié)果表明（圖3），當(dāng)酵母超濾液濃度為1.2 g/L時(shí)，A群腦膜炎球菌在第6 h到達(dá)平臺(tái)期，且D600nm值最低，隨著酵母超濾液濃度的不斷增加，A群腦膜炎球菌生長(zhǎng)速率和達(dá)到平臺(tái)期的菌量也會(huì)增加，但酵母超濾液濃度從3.6到6 g/L培養(yǎng)9 h，達(dá)到平臺(tái)期時(shí)D600nm值差別不明顯，因此，從節(jié)約生產(chǎn)成本和生長(zhǎng)情況兩方面考慮，A群腦膜炎球菌培養(yǎng)時(shí)培養(yǎng)基中酵母超濾液的最佳濃度為4 g/L。對(duì)C群腦膜炎球菌而言，酵母超濾液濃度從2到6 g/L培養(yǎng)9 h，達(dá)到平臺(tái)期時(shí)D600nm值差別不明顯，因此，C群腦膜炎球菌培養(yǎng)時(shí)培養(yǎng)基中酵母超濾液的最佳濃度為2 g/L。

2.6 酵母超濾液穩(wěn)定性驗(yàn)證

取3批酵母超濾液（批號(hào)為201501、201502、201503），在405 nm處測(cè)定其濃度，配制成濃度分別為4和2 g/L的半綜合培養(yǎng)基，培養(yǎng)A、C群腦膜炎球菌。結(jié)果（圖4）顯示，A、C群腦膜炎球菌在3批酵母超濾液配制的半綜合培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)情況相同，達(dá)到平臺(tái)期的時(shí)間及D600nm值基本一致。因此，用分光光度法標(biāo)定酵母超濾液濃度的方法穩(wěn)定性良好，從而保證了腦膜炎球菌疫苗各批次之間的穩(wěn)定性。

圖3 A、C群腦膜炎球菌在含不同酵母超濾液的半綜合培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)

圖4 A、C群腦膜炎球菌在含不同批次酵母超濾液培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)

3 討論

近年來(lái)，社會(huì)公眾對(duì)疫苗質(zhì)量安全的關(guān)注度逐年提高，加速新方法的研發(fā)，確保疫苗更加安全已成為疫苗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。在腦膜炎球菌多糖疫苗生產(chǎn)過(guò)程中，我們采用無(wú)動(dòng)物源性的半綜合培養(yǎng)基擴(kuò)增培養(yǎng)腦膜炎球菌。在此培養(yǎng)基中酵母提取物是惟一成分尚未完全明確的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是腦膜炎球菌生長(zhǎng)的限制因子，但酵母提取物中的葡聚糖會(huì)與CTAB反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，不能直接應(yīng)用到生產(chǎn)中。雖然已有市售的超濾型酵母提取物，但價(jià)格昂貴，且不同廠家采用不同分子量的超濾膜制備超濾液，限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。許多研究者采用超濾、柱層析及乙醇沉淀等方法對(duì)酵母提取物的不同組分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)酵母提取物中的活性成分主要是相對(duì)分子質(zhì)量小于1000的小分子物質(zhì)[7-8]。本著既能去除與CTAB反應(yīng)的大分子物質(zhì)，又能最大限度地保留酵母提取物中的活性成分的原則，本研究中我們采用3000 Da的超濾膜對(duì)酵母提取物溶液進(jìn)行超濾，超濾后的酵母超濾濃縮液同樣適合腦膜炎球菌的生長(zhǎng)，同時(shí)還有效去除了能與CTAB產(chǎn)生沉淀的大分子物質(zhì)，滿(mǎn)足了腦膜炎球菌多糖疫苗的生產(chǎn)需求。

目前，酵母提取物作為一種非動(dòng)物源性的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被廣泛用于細(xì)菌、真菌、哺乳動(dòng)物和昆蟲(chóng)細(xì)胞的培養(yǎng)過(guò)程中[9-10]，但酵母提取物中的具體成分并未完全明晰。我們?cè)谘芯恐羞€發(fā)現(xiàn)每批酵母提取物之間成分差異較大，直接影響了腦膜炎球菌的產(chǎn)糖量。因此，建立一種簡(jiǎn)單快速的檢測(cè)酵母超濾液中生物活性分子濃度的方法至關(guān)重要。本研究采用了分光光度法檢測(cè)酵母超濾液的濃度。全波長(zhǎng)掃描圖譜顯示，酵母提取物在波長(zhǎng)小于500 nm時(shí)有很強(qiáng)的吸收峰，由于波長(zhǎng)越短雜質(zhì)對(duì)吸收峰的干擾越大，為了減少干擾，我們選擇可見(jiàn)光區(qū)4個(gè)波長(zhǎng)對(duì)酵母提取物溶液濃度進(jìn)行檢測(cè)，隨著波長(zhǎng)的增加，相同樣品的吸收值卻不斷減小，為了增加檢測(cè)的靈敏度，選擇在405 nm處檢測(cè)酵母超濾液的濃度，并對(duì)每批酵母超濾液濃度進(jìn)行標(biāo)化。培養(yǎng)基的均一性對(duì)腦膜炎球菌的生長(zhǎng)及產(chǎn)糖量非常重要，直接影響腦膜炎球菌疫苗的生產(chǎn)質(zhì)量及各批次之間的穩(wěn)定性。為了驗(yàn)證分光光度法標(biāo)化的酵母超濾液的穩(wěn)定性及方法的可靠性，我們采用3批標(biāo)化的酵母超濾液培養(yǎng)腦膜炎球菌，結(jié)果生長(zhǎng)情況相同，這表明用分光光度法標(biāo)定酵母超濾液濃度的方法穩(wěn)定性良好。

由于不同群的腦膜炎球菌的性質(zhì)不同，如何優(yōu)化培養(yǎng)基，提高菌體和多糖發(fā)酵產(chǎn)率，對(duì)腦膜炎疫苗的生產(chǎn)非常重要。通過(guò)對(duì)不同酵母超濾液濃度的研究，從A、C群腦膜炎球菌生長(zhǎng)情況來(lái)分析，確定了培養(yǎng)A、C群腦膜炎球菌的酵母超濾液的最佳濃度。對(duì)不同型別腦膜炎球菌無(wú)動(dòng)物源性培養(yǎng)基的建立，將為現(xiàn)有疫苗質(zhì)量的提高奠定一定的基礎(chǔ)。

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Optimization of Fermentation Medium for Neisseria menin?gitidis with Quantified Ultrafiltered Yeast Extract Solution by Spectrophotometry

BI Yan-Wei1,2,XIAO Hong-Jian1,2,DING Chen1,2,YAN Ling-Mei1,2,CUN Wei1,2*
1.Institute of Medical Biology,Chinese Academy of Medical Sciences&Peking Union Medical College,Kunming 650118;2.Yunnan Key Laboratory of Vaccine Research and Development of Severe Infectious Disease,Kunming 650118;China

Objective:To develop a method for determination of ultrafiltered yeast extract（UYE）content,and find the UYE in animal-free medium suitable for group A and group C Neisseria meningitidis.Methods:The opti?mum absorbance wavelength of yeast extract solution was determined by comparing different wavelength absorbance values out of full wavelength scanning.Yeast extracts（YE）were fractionated by ultrafiltration（UF）with 3000 Da molecular weight cutoff membranes to prepare UYE,and then the properties of UYE were tested,the stability of different batches of UYE was validated by observing the growth of N.meningitidis in the semi-synthetic mediumcontaining different batches of UYE.The growth of A group and C group N.meningitidis was observed in the pre?pared semi-synthetic liquid medium containing different concentrations of UYE.Results:The optimum detection wavelength for YE concentration was 405 nm.There was no precipitant when CTAB was added into the UYE. The UYE could be determined at 405 nm.The best concentration of UYE was 4 g/L for group A N.meningitidis, and 2 g/L for group C N.meningitidis.Conclusion:We have developed the UYE preparation and UYE quantifica?tion spectrophotometry method,and also determined the best concentration of UYE in the semi-synthetic medium for group A and group C N.meningitidis.

yeast extract;spectrophotometric method;ultrafiltered yeast extract;Neisseria meningitidis

Q502

A

1009-0002（2017）02-0118-05

10.3969/j.issn.1009-0002.2017.02.010

2016-10-31

北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院“協(xié)和青年基金”（3332015148）

畢研偉（1980-），女，助理研究員

寸韡，（E-mail）Cunwei@foxmail.com

*Corresponding anthor,E-mail:Cunwei@foxmail.com