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高通量微型發酵在培養基優化與生物工藝開發的應用簡介
培養基優化和生物工藝開發是微生物發酵工業與研究必不可少的內容。如何高效開展培養基優化和生物工藝開發同時降低成本是一項艱巨的任務。貝克曼庫爾特微升級的BioLector高通量微型生物反應器是有力工具。
培養基優化
采用傳統方法優化培養基時，由于取樣限制，每隔幾小時才測量一次。所以如果在測量曲線中觀察到拐點，一般會認定為在稀釋或測量過程中存在操作誤差，應用BioLector則完全不同。BioLector可實現在線高頻次測量（最長每20分鐘測一次，最短2s測一次），所以測量曲線中出現的拐點可認定為新陳代謝的變化，如雙峰轉換或營養限制。BioLector采用高通量設計，可同時進行多達48個平行培養，很適合實驗設計（DoE），其不僅可以單獨測量眾多營養成分，而且還可以檢測它們之間的相互作用，以便優化zui具生產效率與經濟效益的培養基。
案例分享
亞琛工業大學生物化學工程學院應用BioLector確定最少磷酸鹽需求：
除了通過菌株基因工程，選擇合適宿主/載體或過程優化（例如選擇合適的誘導時間），來優化培養過程的特定生產率外，另一種方法是通過限制培養基中的二級基質（如磷酸鹽）來減少生物量的積累，以促進產物的形成。傳統的搖瓶培養方法不僅繁瑣，而且費時費力，整個過程需要大量、協調一致的人工實驗。應用微型生物反應器BioLector可加速研究不同誘導時間下磷酸鹽限制對大腸桿菌表達系統特定生產率影響，從而快速實現工藝優化。
圖：通過批量實驗確定不同培養基中大腸桿菌的需磷量
生物工藝開發
用于篩選和生物工藝開發的傳統方法往往有一定的局限性，如無法通過實驗室規模培養預測放大后培養的性能、產量和培養信息等。
BioLector正是為解決以上局限性而設計的一款先進培養工具。BioLector應用有特殊幾何形狀的梅花板，可連續振動培養，能實現廣泛的氧傳遞速率，可輕松放大到小試、中試和生產規模。
在傳統培養中，小型發酵罐可產生大量的生物過程信息，但產量和發酵數量有限。使用搖瓶等方法雖然可以提高產量，但收集的信息很少，而且必須暫停培養才能取樣，這可能會對氣體傳輸和培養性能產生負面影響。
BioLector可平行運行48個發酵，并可在線測量生物量、pH、溶解氧和熒光（如蛋白或熒光染料）等6個參數。梅花板在測量時持續振動，以避免氣體傳遞到培養基時出現任何停頓。兩次測量的間隔時間非常短，最多20分鐘（最短2s），因此如果在生物量曲線上觀察到小拐點，這很可能發生了代謝變化。
應用BioLector，所有的生物工藝參數都可以在微孔板上進行優化，并可wan美的成功放大到1L和20L攪拌式生物反應器上。
案例分享
德國于利希研究中心生物地理研究所應用BioLector建立微生物過程優化平臺：
高通量篩選方法廣泛用于菌株篩選過程，但獲得快速生物工藝開發所需的定量和可放大參數極具挑戰，尤其是對于異源蛋白的生產。外源蛋白的性質使我們無法預測其最佳表達結構、分泌信號肽、誘導劑濃度、誘導時間、溫度和分批補料時的底物進料速率等。因此，需要大量的系統性實驗來闡明每一個感興趣的異源蛋白表達的最佳條件。而這正是BioLector的應用所在。
圖：谷氨酸棒狀桿菌分批培養放大
客戶評語節選
Forschungszentrum Jülich（德國尤利希研究中心）,?Simon Unthan博士
“We have continuously used the BioLector for years and are fully persuaded about this device. The results obtained are highly reproducible and the online analytics of parallel cultivation allows the rapid response to basic questions of the daily laboratory work. We are also very satisfied with the fast and competent support by the m2p-labs team.”
“我們已經連續使用BioLector多年，完全相信該儀器。從該儀器上得到的結果重復性高，平行培養的在線分析使得日常實驗室工作的基本問題可以得到快速解決。同時我們對 m2p-labs 團隊快速給力的支持很滿意。”
Duke University（杜克大學）,?Ashley Trahan
"I have used the BioLector Basic from m2p-labs for the last year, and the instrument has more than met our expectations for high throughput strain evaluations. Our lab evaluates a diverse set of strains for the bioproduction of 30+ products, and the BioLector is central to learning and understanding this wide range of microbial systems. I find that the instrument and accessories are smartly designed, easy to understand and navigate, and use thorough and thoughtful software for both experimental design and data analysis. The customer and technical support is excellent, ranging from consultation with one of the founding scientists to competent applications and customer service staff. The BioLector has become an essential tool for our lab, and expansion and diversification using m2p-labs products in definitely in our future!"
“去年我使用了m2p-labs的BioLector Basic，該儀器在高通量菌株評估方面超出了我們的預期。我們實驗室評估了用于生產30多種生物產品的一系列菌株，在學習和理解這些微生物系統過程中，BioLector 起到了至關重要的作用。BioLector儀器及其配件設計精巧，便于理解和操作，全面周到的軟件可進行實驗設計和數據分析。通過咨詢BioLector科學家、應用支持和客戶服務人員，可以感受到他們都非常出色。BioLector已成為我們實驗室以及未來應用拓展和多樣化中必不可少的工具！”
