摘要

微粒強化培養(MPEC)被用于生產洛伐他汀的土曲霉ATCC 20542的生物反應器培養。提高肉湯中的氧飽和度可提高洛伐他汀滴度，但更重要的是顆粒形態，因為在較小和較松散的顆粒中，氧氣更容易到達真菌細胞。因此，我們改變了顆粒大小，在預培養基中加入了10μm的滑石微粒。與對照組(不添加微顆粒)相比，這使后續生產培養物中的洛伐他汀滴度提高了3.5倍，在最佳連續分批進行培養的情況下，滴度達到250毫克/升。洛伐他汀滴度的顯著提高和微顆粒的低成本使MPEC培養洛伐他汀生產成為一種有吸引力的替代方法。

1引言

在搖瓶和各種生物反應器中進行浸沒式培養時，絲狀真菌可以以兩種形態生長，即分散形態(游離菌絲、菌塊和顯微顆粒)和球狀菌絲聚集體(被稱為顯微顆粒)。形態對真菌產生初級和次級代謝產物的方式有重要影響。

顯微顆粒的直徑小于600μm，它們有一個在顯微鏡下可以觀察到的核心。團塊沒有可觀察到的核心，只有糾纏在一起的菌絲，其大小與微觀顆粒相當。宏觀球狀顆粒的直徑可達幾毫米。在形成宏觀球團的情況下，基質進入球團的擴散傳質受到限制，球團中心的生物量可能會失去養分和氧氣。另一方面，如果出現分散形態，培養液的流變特性就會變成強烈的非牛頓流體，往往會降低攪拌效率和氧氣的對流傳遞。目前還不清楚哪種形式能更好地生產工業代謝物。例如，分散形態和顆粒形態是否能促進黑曲霉的檸檬酸生物合成就很不清楚。

目前的工作重點是利用土曲霉生產洛伐他汀，這是一種能降低人體內源性膽固醇水平的多酮類藥物。在這一過程中，生長形態與洛伐他汀產量之間的關系尚不十分清楚。雖然有幾位作者聲稱顆粒形態更有利于洛伐他汀的生產，但結果并不確定，因為大多數培養都是大顆粒和分散菌絲的混合體，沒有純粹分散形態培養的比較數據。無論如何，即使是最理想的顆粒直徑也不明確，因為不同的作者給出的直徑分別為1-1.5毫米和1.6-2毫米。重要的是，流體動力條件會影響這一過程：低速攪拌時，顆粒直徑為2-2.5毫米，而高速攪拌會產生剪切應力，從而降低生長速度和洛伐他汀的產量。

絲狀微生物形成菌團的機制多種多樣，但在曲霉菌中，凝結機制占主導地位，菌團是由孢子聚集形成的，從孢子中產生菌絲。通過干擾這種機制，可以影響真菌在生物反應器中的生長形態，從而提高次生代謝物的產量。這方面的傳統技術包括調節用于預培養制備或直接接種生產培養基的孢子數量、改變工藝參數(如pH和pO2)、改變培養基成分(各種碳源或氮源)，尤其是改變生物反應器中的流體動力條件，即改變葉輪和通氣引起的剪切應力。不過，近年來也有人提出了現代形態工程工具。這些工具旨在找到一種方法，以對微生物生理影響最小的方式控制形態。微粒強化培養(MPEC)就是其中一種工具。這包括在預培養的肉湯中，甚至在生產培養基本身中添加礦物微粒，如二氧化鈦、氧化鋁或硅酸鎂(滑石粉)。

MPEC是增加絲狀真菌形成酶和次生代謝物的一種良好技術。MPEC首次被用于提高煙曲霉(Caldariomyces fumago)氯過氧化物酶的產量。后來，Driouch等人的研究表明，無機微粒(氧化鋁和二氧化鈦)會影響孢子的聚集過程，并減小黑曲霉顆粒的大小，同時將酶(淀粉酶和果糖呋喃糖苷酶)的產量提高數倍。最后，在預培養過程中加入滑石粉微粒，利用這種技術提高了黑曲霉的洛伐他汀產量。

已經研究了生物反應器中培養液的通氣速率和氧氣飽和度對洛伐他汀生物合成的影響，但這些數值并不能反映顆粒中生物體所經歷的氧氣濃度。盡管眾所周知氧氣供應會影響真菌顆粒中代謝物的產生，但很少有人研究過這一現象對土霉菌生產洛伐他汀的影響。有些研究是在燒瓶培養中進行的：MPEC可減小顆粒的直徑，使其結構更松散。這樣就能更好地向顆粒中輸送氧氣，提高細胞的活力和代謝物的形成。另一方面，此類研究尚未在生物反應器中進行，因為生物反應器的流體動力學條件與此不同。

目前的工作是在5.4升生物反應器的規模上，研究生產介質中氧飽和度、顆粒內氧濃度和MPEC(滑石微粒)的應用對土霉菌洛伐他汀生物合成的影響。因此，該研究匯集了以前分別研究過但從未同時研究過的有關土霉菌洛伐他汀生物合成的三個方面。