溶氧反馈-分批补料高密度培养谷氨酰胺合成酶工程菌

摘要

谷氨酰胺合成酶存在于各种原核生物和真核生物中,是生物体中最古老也是最广泛存在的酶。它参与了生物体碳和氮的代谢,是生物体不可缺少的重要酶类。谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶联合作用催化氨的同化,最终转变成L-谷氨酰胺。L-谷氨酰胺是一种条件性必需氨基酸。L-谷氨酰胺已广泛应用于医疗保健和运动保健等方面,其市场需求量日渐增长。
　　 目前,酶促合成法生产L-谷氨酰胺需要谷氨酰胺合成酶催化,但是高效率、低成本、大规模制造稳定性优良的谷氨酰胺合成酶的方法尚未见报道。因此,研究谷氨酰胺合成酶的生产方法具有重要意义。
　　 重组菌的高密度培养技术能够减少培养体积,缩短生长周期,提高目标产物的浓度并减少设备投资,为工业化生产降低成本,因此是基因工程技术走向产业化的关键环节。
　　 本研究就是通过高密度培养技术大量培养工程菌BL21/pET28b-glnA,提高谷氨酰胺合成酶产量和降低生产成本,以满足酶法合成谷氨酰胺的基础研究及工业生产的需求。为了建立枯草杆菌谷氨酰胺合成酶基因重组工程菌BL21/pET28b-glnA的高密度培养工艺,首先以摇瓶培养为基础,对影响工程菌生长及目的蛋白表达的因素如培养基、pH值、诱导剂浓度及时间等进行优化,再扩大至BIOTECH-5BG(5 L)自动玻璃发酵罐培养,利用溶氧反馈补料策略进行分批补料,并在培养过程中保持20％-50％的溶解氧,7.0-7.5的pH,以及1.0 g/L乳糖诱导12 h,成功地进行了工程菌的高密度培养,最终细菌干重达到48.1 g/L,目的蛋白的表达量占菌体蛋白总量的55％,粗提物酶比活为10.35 u/mg,整个补料过程细菌比生长率稳定的控制在0.1 h-1左右。