生物技术通报 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (1): 168-175.doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0691
收稿日期:
2023-07-17
出版日期:
2024-01-26
发布日期:
2024-02-06
通讯作者:
杨建军,男,博士,高级工程师,研究方向:生物制药工艺开发;E-mail: jianjun.yang@cytiva.com作者简介:
杨红艳,女,硕士,研究方向:生物制药工艺开发;E-mail: jessy.yang@cytiva.com
YANG Hong-yan(), HAN Xiao, YANG Jian-jun(
)
Received:
2023-07-17
Published:
2024-01-26
Online:
2024-02-06
摘要:
【目的】探索大肠杆菌(E.coli)菌种复苏后跳过三角摇瓶直接接种一次性WAVE生物反应器进行菌种扩增,并放大至一次性XDR生物反应器进行质粒放大生产的可行性,建立GMP级质粒在全一次性上游平台进行工业化放大生产的工艺。【方法】通过碳氮比优化,筛选并获得不含任何动物源成分的基础培养基和补料培养基;菌种冻存管室温融化后以低密度接种三角摇瓶和WAVE反应器,考查菌种低密度接种的可行性,比较三角摇瓶和WAVE反应器进行菌种扩增的差异,建立菌种在WAVE反应器中的扩增工艺;随后将菌种扩增至50 L XDR生物反应器进行质粒的放大生产。【结果】与LB培养基相比,优化的不含任何动物源成分的基础培养基使菌体最高密度和质粒产量分别提高43%和77%;以1:1 000-1:8 000低密度接种WAVE反应器,菌种比生长速率达到(0.65±0.065)/h,WAVE反应器展现了更好的过程参数控制,通过一级WAVE种子罐可直接为50-200 L生产罐提供种子细胞;质粒在一次性50 L XDR反应器中的放大生产,最高菌体密度和质粒产量分别达到53 OD和340 mg/L,质粒比生产速率达到6.42 mg/L/OD600,比常规质粒比生产速率提高2倍以上,超螺旋质粒比例达到90%,较高的上游收获超螺旋比例为下游质粒两步层析纯化提供了可能。【结论】建立了大肠杆菌通过WAVE反应器进行菌种扩增,通过一级种子罐直接接种生产罐进行质粒放大生产的工艺,为GMP级别质粒在50-200 L一次性生产平台中的放大生产建立了生产工艺。
杨红艳, 韩筱, 杨建军. pDNA质粒在一次性生物反应器中的放大生产研究[J]. 生物技术通报, 2024, 40(1): 168-175.
YANG Hong-yan, HAN Xiao, YANG Jian-jun. Scaling up Production of pDNA Plasmids in Disposable Bioreactors[J]. Biotechnology Bulletin, 2024, 40(1): 168-175.
图2 LB Basic Medium和Opti Basic Medium对菌体密度和质粒产量的影响
Fig. 2 Effects of LB Basic Medium and Opti Basic Medium on the E. coli density and plasmid production
基础培养基 Medium type | 最高菌体密度 Peak OD600 | 质粒产量 Plasmid titer/(mg·L-1) | 单位菌体密度质粒产量 Specific plasmid yield /(mg·L-1·OD600-1) |
---|---|---|---|
LB培养基 LB basic medium | 6.07 | 11.29 | 1.86 |
Opti培养基 Opti basic medium | 8.66 | 19.98 | 2.31 |
表1 LB Basic Medium和Opti Basic Medium的培养性能比较
Table 1 Performance comparison between LB Basic Medium and Opti Basic Medium
基础培养基 Medium type | 最高菌体密度 Peak OD600 | 质粒产量 Plasmid titer/(mg·L-1) | 单位菌体密度质粒产量 Specific plasmid yield /(mg·L-1·OD600-1) |
---|---|---|---|
LB培养基 LB basic medium | 6.07 | 11.29 | 1.86 |
Opti培养基 Opti basic medium | 8.66 | 19.98 | 2.31 |
培养装置 Seed expansion vessel | 培养时间 Culture time/h | 菌体密度OD600 | 平均比生长速率Average specific growth rate /(h-1) | 关键工艺参数是否可控和可记录 Parameters controllable and recordable |
---|---|---|---|---|
三角摇瓶Shake flask | 10.2 | 1.01 | 0.72 | No |
WAVE25生物反应器WAVE25 bioreactor | 11.0 | 1.20 | 0.66 | Yes |
表2 三角摇瓶及WAVE25 生物反应器菌体扩增比较
Table 2 Comparison of E. coli seed expansion between shake flask and WAVE25 bioreactor
培养装置 Seed expansion vessel | 培养时间 Culture time/h | 菌体密度OD600 | 平均比生长速率Average specific growth rate /(h-1) | 关键工艺参数是否可控和可记录 Parameters controllable and recordable |
---|---|---|---|---|
三角摇瓶Shake flask | 10.2 | 1.01 | 0.72 | No |
WAVE25生物反应器WAVE25 bioreactor | 11.0 | 1.20 | 0.66 | Yes |
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