Bei der Kultivierung von E. coli in Fermentationsbehältern werden in der Regel spezifische Fermentationsmedien verwendet, die auf den Wachstumsbedarf und den Produktionszwecken von E. coli optimiert sind. Hier sind einige der häufig verwendeten Fermentationsmedien und ihre Rezepturen: Die häufig verwendeten Fermentationsmedien von E. coli umfassen hauptsächlich die folgenden:

1. LB-Medium (Lysogeny Broth)

Das LB-Medium ist ein häufig verwendetes E. coli-Medium, das für das Wachstum, die Aufrechterhaltung und die Massenkultur von E. coli geeignet ist.

Hauptbestandteile:

·Trypton (10 g/L)

·Hefe-Extrakt: 5 g/L

·Natriumchlorid (NaCl): 10 g/L

Eigenschaften:

·Nährstoffreich und geeignet für das schnelle Wachstum von E. coli.

·Agal kann zu einem festen Kulturmedium hinzugefügt werden.

TB-Kulturmedium (Terrific Broth)

Das TB-Medium enthält mehr Nährstoffe als das LB-Medium und eignet sich für eine hohe Fermentationsdichte.

Hauptbestandteile:

·Trypton (12 g/L)

·Hefe-Extrakt: 24 g/L

·Glycerin (4 ml/l)

·Kaliumwasserstoffphosphat (KH2PO4): 12,54 g/L

·Kaliumdihydrogenphosphat (K2H2PO4): 8,56 g/L

·Ammoniumchlorid (NH4Cl): 3,4 g/L

Eigenschaften:

·Bereitstellung höherer Nährstoffe, geeignet für Zellkulturen mit hoher Dichte.

·Es wird häufig für Proteinexpression und Massenproduktion verwendet.

SOB-Kulturmedium:

Geeignet für die E. coli-Proteinexpression, die die Proteinentwicklung erhöhen kann, sowie für die Herstellung von SOC-Medien.

Hauptbestandteile:

·2% Pancreatin

·0,5% Hefe-Extrakt

·10 mM NaCl

·2,5 mM KCl

·10 mM MgCl2

·10 mM MgSO4

·pH 7,5

Eigenschaften:

·Die Zutaten sind komplexer, nährstoffreicher und mit hohem Stickstoffgehalt geeignet für molekularbiologische Experimente.

SOC-Kulturmedium:
Wird hauptsächlich für die Vorbereitung und Transformation von E. coli-empfindlichen Zellen verwendet, die die Transformationseffizienz verbessern können und auch für die Proteinexpression geeignet sind.

Hauptbestandteile:

·2% Pancreatin

·0,5% Hefe-Extrakt

·10 mM NaCl

·2,5 mM KCl

·10 mM MgCl2

·10 mM MgSO4

·20 mM D-Glukose

·pH 7,5

Eigenschaften:

·Zu Glukose auf der Grundlage von SOB-Medien wurde hinzugefügt, was eine direkte Kohlenstoffquelle bietet, die das Wachstum von E. coli fördert.

5. M9-Kulturmedium

Das M9-Medium ist ein grundlegendes Medium, das häufig für spezifische experimentelle Anforderungen verwendet wird, wie zum Beispiel die Kultivierung von Nährstoffdefekten-Stämmen.

Hauptbestandteile:

·葡萄糖 (Glukose): 4 g/L

·Ammoniumchlorid (NH4Cl): 1 g/L

·Natriumchlorid (NaCl): 0,5 g/L

·Kaliumwasserstoffphosphat (KH2PO4): 3 g/L

·Natriumdiwydrogenphosphorsäure (Na2H2PO4): 6,78 g/L

·Magnesiumsulfat (MgSO4): 0,241 g/L

·Kalziumchlorid (CaCl2): 0,011 g/L

Eigenschaften:

·Die Nährstoffe sind relativ einfach und werden häufig in der Grundlagenforschung oder in Experimenten verwendet, in denen die Ernährungsbedingungen streng kontrolliert werden müssen.

6. 2xYT-Kulturmedium

Das 2xYT-Medium ist eine Variante des LB-Mediums, das einen höheren Nährstoffgehalt enthält und für eine hohe Dichte geeignet ist.

Hauptbestandteile:

·Trypton (16 g/L)

·Hefe-Extrakt: 10 g/L

·Natriumchlorid (NaCl): 5 g/L

Eigenschaften:

·Nährstoffreich und geeignet für die Kultur von E. coli mit hoher Dichte.

Ergänzungen:

Während der E. coli-Fermentation können auch die folgenden Ergänzungen hinzugefügt werden:

·Antibiotika: zur Auswahl resistenter Stämme.

·Induktoren: wie IPTG, verwendet, um die Expression von rekombinanten Proteinen zu induzieren.

·Spurenelemente und Vitaminlösungen: zur Unterstützung des Zellwachstums.

Während der Fermentation müssen die Rezepturen und Bedingungen des Mediums (z. B. pH, Temperatur, gelöster Sauerstoff usw.) an den spezifischen Versuchszwecken und Produktionsanforderungen angepasst werden. Zum Beispiel: Wenn die Fermentation mit hoher Dichte erforderlich ist, muss die Menge an Magnesiumsulfat erhöht werden, Ergänzungen, die geeignete Hefe-Einweichungspulver hinzufügen, können den Fermentationszyklus verbessern und Ammoniumsulfat hinzufügen, kann die Bakterienkonzentration verbessern. Der Fermentationsprozess sollte unter strengen sterilen Bedingungen durchgeführt werden und die Parameter des Fermentationsprozesses überwacht werden, um sicherzustellen, dass die Fermentation das gewünschte Ergebnis erreicht.

Der Entwicklungsprozess für E. coli Fermentationsprozesse umfasst in der Regel die folgenden Schlüsselstufen:

1. Konstruktion der Stamme:

Zunächst müssen Sie einen ausgezeichneten Stamm auswählen, einschließlich der Gentechnik-Routenplanung, der Stammmodifikation und -screening, der Schaukelbedingungen usw.

2. Optimierung des Kulturmediums:

Das Kulturmedium ist ein wichtiger Bestandteil des E. coli-Fermentationsprozesses. Es ist notwendig, die Mediumformulierung an verschiedene Stämme und Produktanforderungen anzupassen, die Zusammensetzung des Mediums besser zu verstehen, kann ein DOE-Screening durchgeführt werden, wobei die Hauptbestandteile Kohlenstoffquellen, Stickstoffquellen, anorganische Salze und Wachstumsfaktoren umfassen.

Optimierung und Kontrolle der Prozessparameter:

Temperatur: Die optimale Temperatur für das Wachstum von E. coli ist in der Regel 37 ° C, aber der Temperaturbereich kann entsprechend angepasst werden, je nach Fermentierungszweck und Bakterieneigenschaften.

Der pH-Wert für E. coli ist 7 ± 0,2. Der pH-Wert der Fermentationsflüssigkeit muss während des Fermentationsprozesses durch eine Säure-Alkali-Ergänzungsstrategie stabil gehalten werden.

Lössener Sauerstoff (DO): Die kritische Konzentration von E. coli liegt zwischen 20% und 30%. Mangel an gelöstem Sauerstoff kann zur Ansammlung von Essigsäure führen und das Bakterienwachstum beeinflussen; Zu hohe Sauerstofflösung kann eine Sauerstoffvergiftung verursachen. Daher ist es notwendig, den gelösten Sauerstoffgehalt durch die Einstellung der Rührgeschwindigkeit, der Belüftung und anderer Parameter zu kontrollieren.

Ergänzungsstrategie: Wählen Sie eine Ergänzungsphase-Fermentation aus, um eine hohe Fermentationsdichte von E. coli zu erreichen und mehr Biomasse zu gewinnen. Beim Ergänzungsprozess muss der Nährstoffverbrauch in der Fermentationsflüssigkeit in Echtzeit überwacht werden, der Ergänzungsprozess entwickelt wird und die Ergänzungsart, die Ergänzungszeit und die Ergänzungsmenge bestimmt werden.

In der Fermentationsprozessentwicklung kann eine ähnliche Software wie Minitab oder JMP verwendet werden, um den Experimentsprozess zu beschleunigen und bessere und robustere Prozessparameter zu finden.