幾種抗生素發(fā)酵菌種產(chǎn)業(yè)化的新方法

收稿日期：2023-12-26

作者簡(jiǎn)介：牛春，助理工程師，主要從事微生物菌種選育工作。

中圖分類號(hào)：R978.1" " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " "文章編號(hào)：1001-8751（2024）02-0073-01

發(fā)酵工程是多學(xué)科交叉融合的工程性學(xué)科，涉及微生物學(xué)、過(guò)程工程和反應(yīng)工程等學(xué)科。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的日新月異，發(fā)酵工程中許多新型技術(shù)手段也不斷融合滲透，工業(yè)發(fā)酵技術(shù)也迎來(lái)新的巨大挑戰(zhàn)和機(jī)遇，以適應(yīng)未來(lái)生物技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的發(fā)酵工藝產(chǎn)業(yè)化方面的新需求。微生物發(fā)酵是指利用微生物，在適宜的條件下，將原料經(jīng)過(guò)特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化為人類所需要的代謝產(chǎn)物的過(guò)程。微生物發(fā)酵生產(chǎn)水平主要取決于菌種本身的遺傳特性和培養(yǎng)條件?？股厥俏⑸锇l(fā)酵的次級(jí)代謝產(chǎn)物，能干擾其他生活細(xì)胞發(fā)育功能的化學(xué)物質(zhì)。

微生物發(fā)酵工業(yè)優(yōu)化主要包括3個(gè)方面，菌種優(yōu)化、發(fā)酵工藝優(yōu)化以及發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化與控制。菌種優(yōu)化主要包括自然選育，誘變選育，等離子體誘變選育，代謝工程育種，原生質(zhì)體融合育種和基因工程育種等?；蚬こ獭⒋x工程以及合成生物技術(shù)的飛速發(fā)展，發(fā)酵工業(yè)帶來(lái)了新的技術(shù)。菌種選育方法也由盲目性誘變篩選轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄏ蚧蚋脑臁?/p>

本期專題擬無(wú)枝酸菌抗生素遺傳信息和生物合成途徑的研究進(jìn)展，提高截短側(cè)耳素產(chǎn)量的研究進(jìn)展2篇文章都闡述了發(fā)酵菌種基因組測(cè)序分析，生物合成代謝途徑的研究等對(duì)菌種定向改造提供了依據(jù)，也分析了基因工程育種的發(fā)展趨勢(shì)及優(yōu)勢(shì)。阿維鏈霉菌高產(chǎn)菌株的復(fù)合篩選闡述了等離子體誘變選育和基因工程育種的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，不僅縮短菌種篩選周期，還提高了高產(chǎn)菌的獲取率，同時(shí)也反應(yīng)出菌種選育是發(fā)酵產(chǎn)量提高的前提和基礎(chǔ)。發(fā)酵工藝優(yōu)化主要包括發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化和發(fā)酵條件的優(yōu)化。本期專題卡那鏈霉菌培養(yǎng)基碳源、氮源及微量元素優(yōu)化研究，十二碳二元酸菌種發(fā)酵工藝優(yōu)化2篇文章都結(jié)合菌種自身情況對(duì)其發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化，可以將發(fā)酵菌種的抗生素生產(chǎn)潛力充分發(fā)揮出來(lái)，同時(shí)也反應(yīng)出發(fā)酵工藝優(yōu)化是發(fā)酵產(chǎn)量提高的助推劑。

隨著合成生物學(xué)、多組學(xué)分析技術(shù)和高通量篩選技術(shù)等快速發(fā)展，發(fā)酵工藝優(yōu)化也由單因素逐步向響應(yīng)面優(yōu)化方向轉(zhuǎn)變，菌種篩選方法也由傳統(tǒng)的篩選到高通量篩選方向轉(zhuǎn)變。發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化與控制主要包括發(fā)酵過(guò)程pH值的優(yōu)化軌跡，攪拌速率的優(yōu)化軌跡，溶氧率的優(yōu)化軌跡等。發(fā)酵過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，過(guò)程中需要進(jìn)行大量在線參數(shù)檢測(cè)與跟蹤。發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化與控制是發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)量提高的黏合劑。當(dāng)前合成生物技術(shù)和人工智能的發(fā)展對(duì)發(fā)酵裝備優(yōu)化提出的一個(gè)全新挑戰(zhàn)，促使高效的發(fā)酵裝備技術(shù)、過(guò)程數(shù)字化、可視化技術(shù)和智能化技術(shù)的應(yīng)用，收集并處理發(fā)酵過(guò)程的海量數(shù)據(jù)，分析出發(fā)酵過(guò)程的最優(yōu)動(dòng)態(tài)值，將發(fā)酵底物的利用率最大化。

多元學(xué)科的不斷交融，新技術(shù)和新方法的深入應(yīng)用，發(fā)酵裝備的不斷升級(jí)，推動(dòng)發(fā)酵工程技術(shù)進(jìn)步，帶動(dòng)發(fā)酵產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。