合成生物學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了上世紀(jì)七十年代的簡單基因操作到目前復(fù)雜生物系統(tǒng)理性構(gòu)建的過程?，F(xiàn)如今合成生物學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)涵蓋生命科學(xué)、生物醫(yī)藥、生物能源、生物材料、生物食品等領(lǐng)域，為我們帶來無限的可能性。
在實(shí)驗(yàn)室里許多的合成生物學(xué)項(xiàng)目，備受發(fā)酵企業(yè)青睞。甚至在政府與產(chǎn)業(yè)資金支持下，近幾年國內(nèi)許多合成生物學(xué)新公司應(yīng)運(yùn)而生。但一項(xiàng)新技術(shù)從科研到成果落地的技術(shù)轉(zhuǎn)移又是一個(gè)漫長、復(fù)雜的過程，實(shí)驗(yàn)室完成菌株設(shè)計(jì)后，如何與中試進(jìn)行交接？合成生物學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)移中雙方確認(rèn)指標(biāo)需要注意些什么？筆者想談?wù)勛约旱囊恍┛捶ā?/p>
一、正確看待表觀轉(zhuǎn)化率的差異。發(fā)酵指標(biāo)不是線性的，首先，小試搖瓶時(shí)菌濃較低其轉(zhuǎn)化率與放大時(shí)高密度發(fā)酵的表觀轉(zhuǎn)化率可能不一致；其次，小試時(shí)高濃度、高質(zhì)量的蛋白胨、酵母粉等，影響表觀轉(zhuǎn)化率與真實(shí)轉(zhuǎn)化率的誤差；再次，從工藝層面，小試與放大時(shí)不同的發(fā)酵周期，也會(huì)導(dǎo)致表觀轉(zhuǎn)化率差異大。只有在放大工藝逐步調(diào)整穩(wěn)定后才能得到確定的轉(zhuǎn)化率指標(biāo)；而刨除培養(yǎng)基與工藝的影響，小試時(shí)的表觀轉(zhuǎn)化率更多地可作為合成生物學(xué)前期DBTL過程中平行篩選時(shí)的一個(gè)指標(biāo)而已。
本人接觸到的一個(gè)項(xiàng)目，放大時(shí)高密度發(fā)酵其菌濃比搖瓶的高很多，發(fā)酵周期也有延長，就有搖瓶不補(bǔ)糖而放大時(shí)需要補(bǔ)糖；導(dǎo)致放大時(shí)表觀轉(zhuǎn)化率比搖瓶最佳時(shí)的表觀轉(zhuǎn)化率低。經(jīng)過很多分析，最后確認(rèn)原因是，當(dāng)糖消耗較低時(shí)酵母粉牛肉粉等影響表觀轉(zhuǎn)化率的計(jì)算。
二、一個(gè)菌株應(yīng)該對(duì)應(yīng)一套小試發(fā)酵工藝。技術(shù)轉(zhuǎn)移的過程也是發(fā)現(xiàn)與解決一些實(shí)際問題的過程，這期間可能涉及到菌株的重新構(gòu)建。重新構(gòu)建之后的菌株，應(yīng)該對(duì)應(yīng)一套新的小試發(fā)酵工藝，因?yàn)榧词瓜嗤牡妆P，相同的設(shè)計(jì)策略與框架，稍微變化一個(gè)基因，其影響是系統(tǒng)性的。利用分子層面的理論推導(dǎo)，與小試的快速反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)比其消耗與產(chǎn)量，生產(chǎn)曲線與產(chǎn)出效率特性，再次摸索出最佳的小試發(fā)酵工藝，再小試指導(dǎo)中試摸索。
本人接觸到一個(gè)項(xiàng)目，前期菌株發(fā)酵產(chǎn)物的能力也到可工業(yè)化水平，后期為了再提升產(chǎn)量，更換了菌株中的兩個(gè)基因。經(jīng)過很多次摸索，即使是同一底盤菌株，但最佳工藝的溫控點(diǎn)就比原來的稍高，深究其原因是需要重新平衡關(guān)鍵酶活性與中間代謝物質(zhì)及整體能量的平衡。其他如補(bǔ)料等控制也相應(yīng)地不一樣了，到最后兩株菌株，各自對(duì)應(yīng)不同的最佳發(fā)酵工藝。
三、提取收率應(yīng)與菌株關(guān)聯(lián)。因?yàn)樘崛∈章逝c工藝路線選擇關(guān)聯(lián)度大，而提取工藝路線選擇又與菌株特性及發(fā)酵液質(zhì)量關(guān)聯(lián)度大，故此應(yīng)先穩(wěn)定菌株與發(fā)酵工藝。一般小試時(shí)可摸索發(fā)酵液的物質(zhì)成分，主產(chǎn)物與特定雜質(zhì)的性質(zhì)，分離可采用的初步路線。在菌株確定后，放大工藝逐步調(diào)整穩(wěn)定后，可再細(xì)化豐富其分離單元，完善工藝路線，制得合格產(chǎn)品后得出提取收率。
本人接觸到一個(gè)項(xiàng)目，一個(gè)菌株的產(chǎn)物純度較高，其提取的工藝就比較簡單，固液分離、萃取純化、蒸餾精餾即可，其收率也相應(yīng)較高；另一個(gè)菌株的產(chǎn)物純度偏低，相類似物也較高，利用原先的路線得不到合格的樣品，需要再次考慮類似物的分離，其分離模塊就有所豐富，提取收率就隨著下降了。最終導(dǎo)致項(xiàng)目的整個(gè)計(jì)算模型也有變化。
綜上，合成生物學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)移中雙方確認(rèn)指標(biāo)時(shí)，需正確看待表觀轉(zhuǎn)化率的差異；一個(gè)菌株應(yīng)該對(duì)應(yīng)一套小試發(fā)酵工藝；提取收率應(yīng)與菌株關(guān)聯(lián)。
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