幾種抗生素發酵菌種產業化的新方法

收稿日期：2023-12-26

作者簡介：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：R978.1" " " " "文獻標志碼：A" " " " "文章編號：1001-8751（2024）02-0073-01

發酵工程是多學科交叉融合的工程性學科，涉及微生物學、過程工程和反應工程等學科。隨著我國科學技術的日新月異，發酵工程中許多新型技術手段也不斷融合滲透，工業發酵技術也迎來新的巨大挑戰和機遇，以適應未來生物技術進步帶來的發酵工藝產業化方面的新需求。微生物發酵是指利用微生物，在適宜的條件下，將原料經過特定的代謝途徑轉化為人類所需要的代謝產物的過程。微生物發酵生產水平主要取決于菌種本身的遺傳特性和培養條件。抗生素是微生物發酵的次級代謝產物，能干擾其他生活細胞發育功能的化學物質。

微生物發酵工業優化主要包括3個方面，菌種優化、發酵工藝優化以及發酵過程優化與控制。菌種優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，原生質體融合育種和基因工程育種等。基因工程、代謝工程以及合成生物技術的飛速發展，發酵工業帶來了新的技術。菌種選育方法也由盲目性誘變篩選轉變為定向基因改造。

本期專題擬無枝酸菌抗生素遺傳信息和生物合成途徑的研究進展，提高截短側耳素產量的研究進展2篇文章都闡述了發酵菌種基因組測序分析，生物合成代謝途徑的研究等對菌種定向改造提供了依據，也分析了基因工程育種的發展趨勢及優勢。阿維鏈霉菌高產菌株的復合篩選闡述了等離子體誘變選育和基因工程育種的強強聯合，不僅縮短菌種篩選周期，還提高了高產菌的獲取率，同時也反應出菌種選育是發酵產量提高的前提和基礎。發酵工藝優化主要包括發酵培養基的優化和發酵條件的優化。本期專題卡那鏈霉菌培養基碳源、氮源及微量元素優化研究，十二碳二元酸菌種發酵工藝優化2篇文章都結合菌種自身情況對其發酵工藝進行優化，可以將發酵菌種的抗生素生產潛力充分發揮出來，同時也反應出發酵工藝優化是發酵產量提高的助推劑。

隨著合成生物學、多組學分析技術和高通量篩選技術等快速發展，發酵工藝優化也由單因素逐步向響應面優化方向轉變，菌種篩選方法也由傳統的篩選到高通量篩選方向轉變。發酵過程優化與控制主要包括發酵過程pH值的優化軌跡，攪拌速率的優化軌跡，溶氧率的優化軌跡等。發酵過程是一個復雜的動態過程，過程中需要進行大量在線參數檢測與跟蹤。發酵過程優化與控制是發酵工業產量提高的黏合劑。當前合成生物技術和人工智能的發展對發酵裝備優化提出的一個全新挑戰，促使高效的發酵裝備技術、過程數字化、可視化技術和智能化技術的應用，收集并處理發酵過程的海量數據，分析出發酵過程的最優動態值，將發酵底物的利用率最大化。

多元學科的不斷交融，新技術和新方法的深入應用，發酵裝備的不斷升級，推動發酵工程技術進步，帶動發酵產業高速發展。