Повышение эффективности ферментации

Независимо от типа биореактора процесс ферментации строго контролируют по:

- концентрации растворенного кислорода;

- рН;

- температуре;

- интенсивности перемешивания биомассы.

Существенные изменения любого из этих параметров резко снижают скорость роста клеток и стабильность белкового продукта. Для оптимального роста Е. coli и других микроорганизмов, используемых при экспрессии рекомбинантных белков, нужна хорошо аэрируемая культуральная среда. Кислород плохо растворим в воде (0,0084 г/л при 25 °С), поэтому он должен подаваться в среду непрерывно. В процессе ферментации специальный датчик контролирует содержание растворенного кислорода в среде, равномерность его распределения по всему объему, тщательность перемешивания культуры, что, вместе взятое, обеспечивает эффективность диспергирования пузырьков. Пространство, где взаимодействуют микроорганизмы и питательная среда, принято называть микросредой. Если микросреда данной культуры одинакова в каждой точке, такую культуру считают гомогенной. Гомогенность достигается эффективным перемешиванием всех компонентов среды и микроорганизмов по всему рабочему объему.

Оптимальный рост большинства микроорганизмов идет при рН от 5,5 до 8,5; однако клеточные метаболиты, выделяющиеся в культуральную среду, могут изменять рН. Изменение рН среды заметно сказывается на активности ферментов микроорганизмов, состоянии промежуточных продуктов, их диссоциации, растворимости и т.п., что значительно влияет на выход конечного продукта. Тщательно контролируя рН, при необходимости в ферментер добавляют кислоту или основание, хорошо перемешанные с питательной средой и равномерно распределенные по всему объему.

Успех ферментации зависит от температуры. Если она ниже оптимальной (37 °С), рост микроорганизмов замедлен, интенсивность их метаболизма снижена. При повышении температуры до 38 °С, возможна преждевременная индукция синтеза белка или индукция белков теплового шока, что активирует клеточные протеиназы и снижает выход белкового продукта. Для отвода тепла используют охлаждающую рубашку.

Тщательное перемешивание культуральной среды - один из наиболее распространенных процессов в БТ. Перемешивание необходимо для:

равномерной доставки питательных веществ к клеткам;

предотвращения накопления токсических побочных продуктов метаболизма в каком-нибудь небольшом участке биореактора.

Механическое перемешивание и аэрация снабжают растущую культуру кислородом, азотом, отводят продукты газообмена и физиологическое тепло, выделяемое микроорганизмами в процессе биосинтеза, способствуют гомогенизации суспензии, увеличивают скорость процессов масса- и теплообмена.

Непрерывный мониторинг всех параметров, дает возможность изменять условия в ходе ферментации. Как правило, оптимальные условия изменяются при каждом десятикратном увеличении объема биореактора.

Дата добавления: 2015-07-07