產(chǎn)普那霉素始旋鏈霉菌發(fā)酵的代謝調(diào)控、條件優(yōu)化及軟測量建模研究.pdf

1、普那霉素是由始旋鏈霉菌產(chǎn)生的鏈陽性菌素類抗生素，由普那霉素Ⅰ和普那霉素Ⅱ兩類化合物組成，對包括耐藥菌在內(nèi)的大多數(shù)革蘭氏陽性菌均具有較強的殺菌活性，且抗生素后效應(yīng)較長，因此被公認(rèn)為是治療頑固性革蘭氏陽性菌感染的首選藥物。本文以提高普那霉素發(fā)酵產(chǎn)量及其優(yōu)化控制為目標(biāo)，對培養(yǎng)基組分在普那霉素生物合成的調(diào)控機理、溶氧及合成前體對其生物合成的影響開展了較系統(tǒng)的研究，并探索利用支持向量機模型建立發(fā)酵過程重要參數(shù)的預(yù)測模型。主要結(jié)果摘要如下:

2、　　 培養(yǎng)基關(guān)鍵組分對普那霉素生物合成的調(diào)控機理分析首先就培養(yǎng)基中葡萄糖、銨離子及磷酸鹽等組分對普那霉素生物合成的調(diào)控機理進行研究，發(fā)現(xiàn)高濃度的葡萄糖、磷酸鹽及銨離子可抑制普那霉素的合成。當(dāng)葡萄糖濃度、磷酸鹽和銨離子濃度分別高于30g/L、1.5 mM及15 mM時，普那霉素的合成量大大降低。進一步研究顯示，葡萄糖和磷酸鹽主要通過糖的磷酸化以及葡萄糖-6-磷酸的積累反饋而抑制糖分解代謝，從而抑制普那霉素的生物合成;而銨離子則通過抑制糖

3、酵解(EMP)途徑和己糖—磷酸途徑（HMP），激活三羧酸循環(huán)關(guān)鍵酶，起到對普那霉素生物合成的調(diào)控作用。
　　 添加氧載體對普那霉素生物合成的影響考察了在搖瓶中添加氧載體或乳化氧載體對普那霉素發(fā)酵的影響。加入適量氧載體或乳化氧載體有利于改善發(fā)酵液中的氧傳遞，使得菌絲體生長良好，普那霉素產(chǎn)量明顯高于對照組。在發(fā)酵36h時添加10％經(jīng)0.01％二甲基硅油乳化的正十六烷，普那霉素的產(chǎn)量達到180.6 mg/L，為對照組產(chǎn)量的3.1倍。同

4、時考察了菌絲體形態(tài)和普那霉素生物合成的關(guān)系，添加乳化氧載體后，菌絲團較疏松，有利于氧和營養(yǎng)物質(zhì)的傳遞，似為普那霉素產(chǎn)量提高的主要原因。
　　 基于普那霉素生物合成途徑的發(fā)酵條件優(yōu)化以已知的生物合成途徑為切入點，研究進一步提高普那霉素產(chǎn)量的發(fā)酵優(yōu)化策略。結(jié)果表明，在發(fā)酵培養(yǎng)基中加入0.2％的正丙醇，普那霉素產(chǎn)量比對照提高135.2％。此外，評價了氨基酸前體對普那霉素發(fā)酵的影響，由此建立了以甘氨酸作為最佳前體在搖瓶發(fā)酵的優(yōu)化添加策略

5、。繼之，利用3L發(fā)酵罐進行了耦合樹脂原位吸附分離的擴大發(fā)酵試驗，在發(fā)酵36 h時添加0.75 g/L甘氨酸，并在20 h時添加樹脂進行原位分離，此時普那霉素的最高產(chǎn)量可達到616 mg/L，分別為僅添加甘氨酸、樹脂及對照處理的1.7、2.8及4.3倍，這一結(jié)果表明，添加甘氨酸耦合樹脂的原位吸附分離是提高始旋鏈霉菌F213發(fā)酵生產(chǎn)普那霉素產(chǎn)量的有效途徑。
　　 基于支持向量機的發(fā)酵過程軟測量建模生物發(fā)酵過程通常具有機理復(fù)雜性、高度