微生物厌氧培养系统

泰林生物于上海CPhI展会上开启了“2016新品全球巡展第五站”发布活动，其展位现场展示了最新一代无菌隔离器、全新汽化过氧化氢发生器、培养基自动分装仪、新型智能集菌仪、新型微生物检验仪、新型TOC分析仪等相关技术和设备，以及无菌检测用集菌培养器、微生物检测过滤器、无菌滤膜、生物指示剂等一批检测、验证用耗材。泰林生物展台　　泰林无菌隔离器HTY培养基自动分装系统　　同时，在展会同期活动“前沿实验室仪器与解决方案展示秀”中，泰林生物还举办了“培养基自动分装系统与平皿质量控制”技术研讨会。技术研讨会现场

上一篇推文，介绍了WIGGENS的CGQ生物量在线监测系统，在微生物（细胞）效能评价/菌种筛选的应用。 本期介绍生物量监测在微生物（细胞）培养条件优化中的应用。培养基为微生物（细胞）的生长提供环境条件以及碳源，氮源，生长因子等。培养基具有通用性，但每种培养物都有特殊性。在通用培养基的基础上针对培养物的特性做适当的调整或成分添加，对目的产物的高效产出，具有重要正作用。 下图是德国法兰克福歌德大学，使用CGQ生物量监测系统对Saccharomyces cerevisiae (一种酿酒酵母)在不同碳源组分中的生长曲线。 三种碳源Glc（葡萄糖）、Gal（半乳糖）、Mal（酰胺）不同浓度对酿酒酵母的生长有着明显的影响，对迟缓期和对数期的影响显著。碳源各组分浓度不同，对酿酒酵母进入平台期的时间甚至有超过6小时的差距影响。这对注重效率的工业发酵来说，减少迟缓期的时间段，有着重要的参考意义。 下图是，在M9培养基中，通过加入不同浓度的甘油，Escherichia coli (大肠杆菌)的生长曲线 从上图大肠杆菌的生长曲线可以看出，在M9培养基中，甘油浓度是对大肠杆菌最终生长量的最大影响因素。0.4%的甘油浓度对比0.1%的甘油浓度，对数生长期有明显提升，最终得到的生物量也是低浓度甘油的4倍以上。 下图是通过培养过程的摇瓶补液，CGQ进行的实时生物量监测。 在大肠杆菌培养中，通过LIS摇瓶补液系统，在摇瓶培养过程中进行在线补入缓冲液，缓冲液对pH值进行了调节。在使用LB培养基培养大肠杆菌的过程中，对生物量的限制的最大因素不是培养基组分，而是pH值，持续的进行pH调节，可以有效的增加生物量，提高培养基的利用率。更多的CGQ生物量监测应用，请参考如下文献：[1]Tripp et al (2017):Establishing a yeast-based screening system for discovery of human GLUT5inhibitors and activators (Nature – Scientific Reports)[2]Bruder, S. &Boles, E. (2017): Improvement of the yeast based (R)-phenylacetylcarbinol productionprocess via reduction of by-product formation (Biochemical EngineeringJournal).[3]Gottardi et al. (2017):De novo biosynthesis of trans-cinnamicacidderivatives in Saccharomycescerevisiae (AppliedMicrobiology and Biotechnology).[4]Bracharz et al. (2017):The effects of TORC signal interference on lipogenesis in theoleaginous yeast Trichosporonoleaginosus (BMCBiotechnology). [5]Bruder et al. (2016):Parallelised onlinebiomass monitoring in shake flasks enables efficient strain and carbon sourcedependent growth characterisation of Saccharomycescerevisia (MicrobialCell Factories).

微生物已经在工业、农业、能源、环境、医药等诸多领域发挥着无可替代的作用。筛选获得优良的菌种是提升相关产业技术水平的重要途径。通常，微生物的液体培养筛选需要同时在数十上百个培养瓶或试管中进行。这使得整个筛选过程劳动强度大，效率较低。　　最近，中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所国际实验室的甘明哲博士设计开发了一种用于细菌平行悬浮培养的多通道微流控芯片(图1)，可以一次进行多个细菌培养实验。该芯片在7.5×5 cm2面积上集成32个独立平行的细菌培养单元，每个单元的培养液需求量极少，仅为50nL。在集成的气动微泵驱动下，培养单元内的液体能够循环流动，带动细菌在培养液中悬浮生长，且液体流速基本一致，适合进行平行实验。由于整个芯片材料透明，可以随时观察芯片内细菌的生长情况。在此芯片上，分别进行了大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、施氏假单胞菌、运动发酵单胞菌等重要工业细菌的悬浮培养测试，证实了该芯片对于不同细菌培养的通用性。该芯片制作工艺简单、制作成本低，是一种高效的细菌悬浮培养解决方案。该芯片结构已申请专利，相关研究测试结果发表在Lab on a chip上。　　在此基础上，研究人员进一步开发了第二代微生物悬浮培养芯片(图2)。与前代芯片相比，该芯片的集成度更高，在相同的面积上培养单元数量提高到120个，且单元内的液体循环流速更高，这拓展了该芯片的微生物适用范围。该芯片不仅可用于培养细菌，也可用于培养体积更大的酵母菌。同时，芯片的制作工艺更加简化，这为以后芯片的低成本批量化生产提供了可能。该芯片设计已申请专利，相关结果已在Small上发表。　　此项工作是“高效菌筛选检测系统”项目的一部分，该项目旨在运用微流控技术，开发用于微生物菌种高通量筛选和条件优化的芯片化系统，加速微生物高效、高产菌株选育及配套工艺的开发。后续工作将进行微生物代谢物微量快速检测模块的设计构建。　　该项目工作得到了中科院百人计划项目、中科院知识创新工程重要方向项目的大力支持。　　图1 第一代32通道细菌悬浮培养芯片　　图2 第二代120通道微生物悬浮培养芯片