[发明专利]一种培养磁细菌生产磁小体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及细菌培养方法，具体地涉及一种培养磁细菌生产磁小体的方法。

背景技术

趋磁细菌是一类具有趋磁性的革兰氏阴性细菌，在胞内能够合成排列成链的有脂膜包被的纳米磁性颗粒——磁小体。磁小体具备优良载体的主要性质和特点，具有广泛的应用前景。但仅局限于实验室水平，尚未出现商业上的应用。主要是趋磁细菌难以人工培养，磁小体合成条件不易控制，原因在于：1)趋磁细菌对环境中的营养要求苛刻，仅能利用少数几种有机物酸为碳源；2)在自然界中趋磁细菌通常生活在低氧分压的环境中才有利于合成磁小体，但在人工培养的条件下，难以模拟低溶氧条件来满足磁小体合成的需要。由于磁小体的合成受到氧浓度的严格限制，只有在一定的溶氧水平才能合成。因而氧浓度的控制成为趋磁细菌大量培养的关键。趋磁细菌培养过程中的氧浓度控制措施曾出现过很多种。最初是Blakemore等采用自制的大型容器培养MS-1，在培养基中加有氧还状态显色剂，接种前一直通入N2，接种后密闭容器，静置培养。当氧浓度降低使培养基被还原而变色时，通入空气直至培养基再次变色，以此控制气相氧浓度为1～3％。随后出现了精确控制和自动控制溶氧的方法，Matsunaga等在培养ABM-1时通过交替通入氧气或氩气来控制发酵罐内气相氧浓度为2～8％。而在培养MSR-1时，姜伟和付刚等采用含有一定浓度氧气的氮气作为供气气源控制罐内气相氧浓度；D.Schuler等则建立了自动控制较低溶氧的恒氧培养技术：采用高灵敏度溶氧探头测定溶氧，当其超过设定值时，系统自动关闭氧气源开关，打开氮气源开关。

以上报道培养磁细菌都是提供混合气体即含有一定浓度的氧气与惰性气体(或持续通惰性气体并间歇通空气使气相氧浓度为一定值)，或与高灵敏度溶氧电极联用实现对溶氧进行精确控制。但在大规模工业化培养时，发酵罐内溶氧电极的灵敏度一般达不到这个要求，而且如果采用惰性气体供气需要有制备惰性气体的设备，将使成本急剧增加。此外，目前尚无人对以空气作为供气气源培养磁细菌进行深入研究，也还没有在通空气条件下培养磁细菌并控制溶氧为所需要值的研究报道。

磁螺菌在通空气的条件能够生长，理论上来讲，随着细胞密度的增加，细胞耗氧量增大，培养液中溶氧将逐渐降低至适合磁小体合成的水平。但维持这一溶氧水平，必然要求细胞能够持续快速生长，需要在培养过程中适时补料。目前培养磁细菌进行补料的只有日本学者和中国的姜伟等。日本学者在培养磁螺菌AMB-1时建立了恒pH补料及分批补充铁源的方式，但细胞生长速度较慢，培养4天仅可收获0.58g/L的细胞干重。

控制溶氧始终为所需要的值非常有意义，如将溶氧控制在细胞生长最适溶氧将使细胞产量最高；如将溶氧控制在磁小体合成最适溶氧，将使磁小体产量最高；如将溶氧控制在细胞产生某种酶的最适溶氧，将使酶活最高；等等。这些最适溶氧值之间是不一定相同的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种磁细菌培养溶氧控制方法；

本发明的另一个目的在于提供一种低成本的培养磁细菌生产磁小体的方法。

(二)技术方案

根据本发明的第一个目的，本发明以空气作为供养方式，通过磁小体的持续生长来降低溶氧，并通过将搅拌转速和/或空气流速与溶氧进行级联来调节溶氧。

磁小体的持续生长会不断消耗氧气，从而可以将溶氧从100％饱和溶氧降低到0％饱和溶氧。通过配合搅拌转速与通气流速可以将溶氧控制在0～20％之内。然而需要说明的是，该范围是一个相对适合磁小体生产的溶氧值，并不意味着本发明的溶氧控制方法仅能控制在0～20％，事实上，通过上述方法可以将溶氧控制在0～100％的任意值，但就本发明的目的而言，控制在0～20％之间特别是0～10％之间特别适合用于磁小体的生产。当溶氧达到或低于适合生产磁小体的溶氧时，可以通过将搅拌转速和/或空气流速与溶氧进行级联来控制溶氧在适宜磁小体生产的溶氧范围。例如，当溶氧接近0％时，可以控制溶氧在0～20％之间的任何值。

磁小体的持续稳定生长会不断消耗养分，因此需要在培养过程中适当进行补料。本发明提供了一种优选的补料方法，其通过检测培养液中乳酸的含量来确定流加补料的速度与时间，能够保证磁细菌快速稳定地生长。