摘要

微粒强化培养(MPEC)被用于生产洛伐他汀的土曲霉ATCC 20542的生物反应器培养。提高肉汤中的氧饱和度可提高洛伐他汀滴度，但更重要的是颗粒形态，因为在较小和较松散的颗粒中，氧气更容易到达真菌细胞。因此，我们改变了颗粒大小，在预培养基中加入了10μm的滑石微粒。与对照组(不添加微颗粒)相比，这使后续生产培养物中的洛伐他汀滴度提高了3.5倍，在最佳连续分批进行培养的情况下，滴度达到250毫克/升。洛伐他汀滴度的显著提高和微颗粒的低成本使MPEC培养洛伐他汀生产成为一种有吸引力的替代方法。

1引言

在摇瓶和各种生物反应器中进行浸没式培养时，丝状真菌可以以两种形态生长，即分散形态(游离菌丝、菌块和显微颗粒)和球状菌丝聚集体(被称为显微颗粒)。形态对真菌产生初级和次级代谢产物的方式有重要影响。

显微颗粒的直径小于600μm，它们有一个在显微镜下可以观察到的核心。团块没有可观察到的核心，只有纠缠在一起的菌丝，其大小与微观颗粒相当。宏观球状颗粒的直径可达几毫米。在形成宏观球团的情况下，基质进入球团的扩散传质受到限制，球团中心的生物量可能会失去养分和氧气。另一方面，如果出现分散形态，培养液的流变特性就会变成强烈的非牛顿流体，往往会降低搅拌效率和氧气的对流传递。目前还不清楚哪种形式能更好地生产工业代谢物。例如，分散形态和颗粒形态是否能促进黑曲霉的柠檬酸生物合成就很不清楚。

目前的工作重点是利用土曲霉生产洛伐他汀，这是一种能降低人体内源性胆固醇水平的多酮类药物。在这一过程中，生长形态与洛伐他汀产量之间的关系尚不十分清楚。虽然有几位作者声称颗粒形态更有利于洛伐他汀的生产，但结果并不确定，因为大多数培养都是大颗粒和分散菌丝的混合体，没有纯粹分散形态培养的比较数据。无论如何，即使是最理想的颗粒直径也不明确，因为不同的作者给出的直径分别为1-1.5毫米和1.6-2毫米。重要的是，流体动力条件会影响这一过程：低速搅拌时，颗粒直径为2-2.5毫米，而高速搅拌会产生剪切应力，从而降低生长速度和洛伐他汀的产量。

丝状微生物形成菌团的机制多种多样，但在曲霉菌中，凝结机制占主导地位，菌团是由孢子聚集形成的，从孢子中产生菌丝。通过干扰这种机制，可以影响真菌在生物反应器中的生长形态，从而提高次生代谢物的产量。这方面的传统技术包括调节用于预培养制备或直接接种生产培养基的孢子数量、改变工艺参数(如pH和pO2)、改变培养基成分(各种碳源或氮源)，尤其是改变生物反应器中的流体动力条件，即改变叶轮和通气引起的剪切应力。不过，近年来也有人提出了现代形态工程工具。这些工具旨在找到一种方法，以对微生物生理影响最小的方式控制形态。微粒强化培养(MPEC)就是其中一种工具。这包括在预培养的肉汤中，甚至在生产培养基本身中添加矿物微粒，如二氧化钛、氧化铝或硅酸镁(滑石粉)。

MPEC是增加丝状真菌形成酶和次生代谢物的一种良好技术。MPEC首次被用于提高烟曲霉(Caldariomyces fumago)氯过氧化物酶的产量。后来，Driouch等人的研究表明，无机微粒(氧化铝和二氧化钛)会影响孢子的聚集过程，并减小黑曲霉颗粒的大小，同时将酶(淀粉酶和果糖呋喃糖苷酶)的产量提高数倍。最后，在预培养过程中加入滑石粉微粒，利用这种技术提高了黑曲霉的洛伐他汀产量。

已经研究了生物反应器中培养液的通气速率和氧气饱和度对洛伐他汀生物合成的影响，但这些数值并不能反映颗粒中生物体所经历的氧气浓度。尽管众所周知氧气供应会影响真菌颗粒中代谢物的产生，但很少有人研究过这一现象对土霉菌生产洛伐他汀的影响。有些研究是在烧瓶培养中进行的：MPEC可减小颗粒的直径，使其结构更松散。这样就能更好地向颗粒中输送氧气，提高细胞的活力和代谢物的形成。另一方面，此类研究尚未在生物反应器中进行，因为生物反应器的流体动力学条件与此不同。

目前的工作是在5.4升生物反应器的规模上，研究生产介质中氧饱和度、颗粒内氧浓度和MPEC(滑石微粒)的应用对土霉菌洛伐他汀生物合成的影响。因此，该研究汇集了以前分别研究过但从未同时研究过的有关土霉菌洛伐他汀生物合成的三个方面。