生物学大实验讲义(5)

2019-08-03 13:37

加入去离子水500mL,高压灭菌。 3.BMGY培养基: 胰化蛋白胨 20g 酵母提取物 10g

加入去离子水700mL,12l℃,15min高压灭菌,而后加入无菌的10×GY,10×YNB各100mL,2mL生物素(Biotin),即配成BMGY培养基,使用时,按所需pH值加入1/10体积的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液。 4.PTM1微量元素: CuSO4· 5H2O 6.0g

NaI 0.08g

MnSO4· H2O 3.0g NaMoO4· 2H2O 0.2g H3BO3 0.02g CoC12 0.5g ZnC12 20.0g FeSO4· 7H2O 65.0g H2SO4 5.0mL

加入去离子水至1L,用0.22μm的滤膜过滤除菌。 5. 改良的低浓度基础盐培养基: H3PO4(85%) 10.5mL CaSO4· 2H2O 3g K2SO4 48g MgSO4· 7H2O 39g KOH 13g Glycerol 1L

加入去离子水至20L在发酵罐121℃,30min高压灭菌。

(3)发酵罐的清洗及前期维护:

1. 清洗发酵罐,标定pH电极,并将pH电极、溶氧电极装入发酵罐,各阀门关闭,检查气密性。

2. 无菌空气:指通过除菌处理使空气的含菌量降低到零或极低,从而使污染的可能性降低到极小,不因空气污染造成损失的空气。在工程设计中一般要求1000次使用周期中只允许有一个菌通过,即经过滤后空气的无菌程度为N=10-3 个/罐。

(4)发酵罐灭菌:

发酵罐的结构比较复杂,对于内部的边边角角不容易消毒,一般的发酵罐有自动清洗装置,清洗完之后彻底灭菌 。

1. 实消:在培养基灭菌之前,通常应先将与罐相连的分空气过滤器用蒸汽灭菌并用空气吹干。实罐灭菌时,先将输料管路内的污水放掉冲净,然后将配制好的培养基泵送至发酵罐(种子罐或料罐)内,同时开动搅拌器进行灭菌。灭菌前先将各排气阀打开,将蒸汽引入夹套或蛇管进行预热,待罐温升至80~90℃,将排气阀逐渐关小。接着将蒸汽从进气口、排料口、取样口直接通入罐中(如有冲视罐也同时进汽),使罐温上升到118~120℃,罐压维持在0.09~0.1Mpa(表压),并保持30min左右。

各路进气要畅通,防止短路逆流,罐内液体翻动要激烈,各路排气也要畅通,但排气量不宜过大,以节约用气量。在保温阶段,凡进口在培养基液面以下的各管道及冲视镜管都应进气,凡开口在液面之上者均应排气。无论与罐连通的管路如何配制,在实消时均应遵循“不进则出”的原则。这样才能保证灭菌彻底,不留死角。保温结束后,依次关闭各排气、进气阀门,待罐内压力低于空气压力后,向罐内通入无菌空气,在夹套或蛇管中通冷却水降温,使培养基的温度降到所需的温度,进行下一步的发酵和培养。在引入无菌空气前,应注意罐压必须低于过滤器压力,否则物料将倒流入过滤器内,后果严重。灭菌时,总蒸汽管道压力要求不低于0.3~0.35Mpa,使用压力不低于0.2Mpa。

2. 空罐灭菌(空消)即发酵罐罐体的灭菌。空消时一般维持罐压0.15~0.2Mpa,罐温125~130℃,保持30~45min;要求总蒸汽压力不低于0.3~0.35Mpa,使用汽压不低于0.25~0.3MPa。

(5)接种菌体的生长:

1. 制种

①?? 复苏菌种:rLz-8毕赤酵母工程菌种由本实验室保存。将保存在密封好的冻存管内1mL左右的rLz- 8菌种从-80℃冰箱取出,室温缓慢溶解,在超净台内取出200μL加入121℃ 30min高压灭菌的1L三角烧瓶内含有200mL YPD培养基,28℃250rpm震荡培养24h。

②?? 菌种筛选:1)24h后超净台内取样,分光光度计600nm检测OD值,观察菌生长情况,在OD值在2~ 6范围内均可进行菌种筛选,分别将涂YPD固体培养基和加有G418的固体培养基铺板,取不同稀释倍数的菌液20μL进行涂菌,其中单设一组20μL纯水涂YPD固体培养基(做为空白对照组),28℃~30℃恒温箱观察72h; 2)72h后,进行筛选。

③?? 菌体放大:l)观察空白对照组无菌体生长,G418的固体培养基菌体生长适宜,多在培养皿边缘,呈单克隆生长,可以进行挑菌; 2)超净台内将带有G418的固体培养基中单克隆生长合适的菌株进行挑菌,放入121℃30min高压灭菌的50mL离心管内含有10mL BMGY培养基中,用无菌透气膜封口,28℃250rpm震荡培养24h; 3)24h后根据菌体OD值和肉眼观察菌体颜色判断菌体生长情况,分光光度计600nm检测OD值,OD值在2~6范围内超净台内取样,颜色为淡黄色最佳,过深说明菌体生长过老,过浅说明菌体生长密度不足; 4)超净台内取菌体2mL加入121℃ 30min高压灭菌1L三角烧瓶内含200mL BMGY培养基中,28℃ 250rpm震荡培养24h; 5)培养24h后,取20mL加入121℃ 30min高压灭菌5L三角烧瓶内含有2L BMGY培养基中,28℃250rpm震荡培养24h,OD600≈10,此菌液做为种子液,准备上罐接种。 2. 上罐生物量的累积

①调校设备:校准发酵罐的pH电极、溶氧电极(在28℃时进行),并进行蠕动泵的流量校准。

②配制20L改良的低浓度基础盐培养基和10g胰化蛋白胨,加入40L发酵罐,121℃,30min高压灭菌培养基、发酵罐及管道。

③待发酵罐内培养基灭菌并冷却后,设置以下参数:温度28℃,转速为600rpm,气体通入速率1.0vvm,空气混合器的参数为3.0。用氨水调节改良的基础盐培养基的pH值至5.0。无菌操作补加0.22μm过滤膜除菌的37.5mL PTM1微量元素和40mL生物素贮备液。

④将发酵罐顶部接种口打开,用酒精棉在口周围燃烧(减少污染,起灭菌作用),然后将上述5L三角烧瓶内含有2L BMGY种子液开口,进行口部酒精灯外燃灭菌后迅速倒入发酵罐,立即关闭接种口,熄灭盖周围燃烧的酒精棉。开始发酵罐培养,此为第一阶段即甘油培养扩增菌体。发酵罐参数设置分别为搅拌速度600rpm,罐内压力10psi,温度28℃,控制均为P-I-D,维持DO值(溶解氧)在20%以上,必要时通入纯氧。

⑤发酵开始后,罐内会产生大量气泡,进行补加消泡剂,气泡消失,立即停止补加消泡剂。

⑥此阶段每6h取样1次,测OD600和细胞湿重,分析酵母菌生长状态,上罐后取样OD600为0.089,湿重为5.7g/L,肉眼和镜下观察菌液,排除杂菌污染,并留上清。

⑦约6h后,DO值逐步上升;约12h后湿重为15.3g/L,DO值在50%~60%,将搅拌速度600rpm升至800rpm;约18h后湿重为62.9g/L,发现DO在80%左右,说明培养基中甘油正处于消耗状态;约20h左右湿重为172g/L,发现DO值在20%~30%,说明培养基中甘油正处于不足状态,决定进行通低流纯氧,DO值回升至40~50%左右;约24h左右,菌体湿重达180g/L,DO值逐渐增至80~100%,说明培养基中甘油已消耗殆尽,转入补充甘油以进一步提高菌体密度阶段。 ⑧按照12mL/L PTM1微量元素的比例在高压灭菌后的50%甘油中,混匀后,蠕动泵以15mL·h-1·L-1流加速率补加,补加甘油过程中,DO值不能低于30%,可以通过提高搅拌转速和通纯氧保证氧供给。

⑨约30h,菌体湿重达220~240g/L,停止补加甘油,DO值迅速回升到100%,说明甘油已耗尽,继续维持30min的“甘油饥饿”状态,转入甲醇诱导表达阶段。

(6)甲醇诱导rLZ-8的表达

①甲醇诱导开始后,每隔6h取样1次,测OD600和细胞湿重及留样电泳检测蛋白含量变化。同时监测DO值和发酵液温度并判断甲醇是否过量(停补甲醇观测DO值变化,若停补甲醇后,DO值在1min内上升幅度大于10%,说明碳源受限,反之说明甲醇过量),若碳源受限,则加快补甲醇的速率,若甲醇过量则应调慢补甲醇的速率,直到合适的速度。

②按照12mL/L比例的PTM1微量元素加入甲醇中,混匀后,以3~4mL·h-1·L-1初始速率加入到发酵罐中诱导表达,DO维持在20~40%之间,以使酵母适应以甲醇为唯一碳源的环境。在此期间,DO值变得不稳定,波动较大,进行通低流氧气,酵母适应以甲醇为唯一碳源的环境后,DO值即保持稳定,继续维持此低速率递增补加甲醇,直到速率达到10~12mL·h-1·L-1,利用通氧量和甲醇补加量的双重优化来保持DO稳定,此过程需要10h。

③补加甲醇的速率恒定为10~12mL·h-1·L-1,DO在30~40%之间,维持20h。 ④补加甲醇的速率增加到16~18mL·h-1·L-1,DO在20~40%之间,维持20h。在此期间,补加高压过的30%饱和度的硫酸铵500mL,补充罐内的氮源,提高表达量。

⑤甲醇诱导50h后,将速率由 16~18mL·h-1·L-1逐级下降,依靠通氧量的优化维持DO在20~40%之间,当甲醇诱导60h,甲醇降至3~4mL·h-1·L-1初始速率,检测菌体湿重达320g/L。

⑥以甲醇3~4mL·h-1·L-1初始速率诱导表达至72h后,检测菌体湿重己接近400g/L,结束发酵。

(7)放罐:

放料操作:发酵结束后,进行放罐。先关搅拌,再关排气阀,调节罐底三向阀至放料位置,利用罐内压力放出料液,用容器接收料液。

(8)发酵罐的清洗与维护:

放料结束后,关闭放料阀及进气阀,打开排气阀,使罐压为0。拆卸罐上的pH、DO等电极以及流加孔上的不锈钢针,并在流加孔和电极插孔上拧上不锈钢塞。自接种孔加入70%清水,启动搅拌,转速100r/min左右,用蒸汽加热至121℃,维持30min,以此清洗发酵罐。清洗完毕,利用空气压力排出洗水,并用空气吹干发酵罐。

关闭空气压缩机及蒸汽发生器电源,通过各个排气阀排出管道内空气及蒸汽,至各压力表显示为0最后关闭所有阀及计算机。


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