行業(yè)資訊 | Nature：光遺傳學(xué)技術(shù)將酵母變成“生化工廠” 
 

近日美國普林斯頓大學(xué)發(fā)布新聞公報說，該校研究團隊用光控制轉(zhuǎn)基因酵母，讓酵母在“繁殖”與“勞動”兩種狀態(tài)之間及時切換，生產(chǎn)化工原料異丁醇，效率可達(dá)到以往方法的5倍。

研究人員給酵母植入一個經(jīng)改造的光敏基因，使其對特定的藍(lán)光敏感。在受到藍(lán)光照射時，酵母會正常生長繁殖，分解葡萄糖生產(chǎn)乙醇，同時抑制異丁醇生產(chǎn);而在撤除光照后，異丁醇生產(chǎn)線就會啟動。讓光照時間有恰當(dāng)?shù)拈g隔，就可以取得較高的異丁醇產(chǎn)量，同時維持菌群存活。光照的成本低、作用速度快，并且能在任意時刻打開或關(guān)閉光源，實現(xiàn)調(diào)控。相關(guān)論文已經(jīng)發(fā)表在英國《自然》雜志上。
 

發(fā)酵是人類較早接觸的一種生物化學(xué)反應(yīng)，通過對具有生物活性的物質(zhì)（微生物、動植物細(xì)胞、酶等）進(jìn)行大規(guī)模的生長培養(yǎng)、從而產(chǎn)生和積累大量人們所需要的代謝產(chǎn)物的過程，稱為“發(fā)酵”。如今在食品工業(yè)、生物和化學(xué)工業(yè)中均有廣泛應(yīng)用。

其實這些年來，作為流體傳輸領(lǐng)域*的蘭格精密泵為生命科學(xué)做出了不少貢獻(xiàn)，特別是在發(fā)酵應(yīng)用方面解決了不少挑戰(zhàn)！

發(fā)酵罐（或各種各樣的反應(yīng)器）是發(fā)酵的核心設(shè)備，為發(fā)酵過程提供良好的反應(yīng)環(huán)境。發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)主要包括反應(yīng)容器和控制系統(tǒng)兩大部分，反應(yīng)容器提供發(fā)酵過程的反應(yīng)環(huán)境，控制系統(tǒng)將反應(yīng)環(huán)境控制在設(shè)定目標(biāo)值。

一般認(rèn)為：500L以下的是實驗室規(guī)模的發(fā)酵罐，500L以上是生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐。

小型發(fā)酵罐為生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐運行提供數(shù)據(jù)信息，包括：種子的驗證、培養(yǎng)基配方的篩選、工藝參數(shù)的優(yōu)化等。因此做好實驗室小型發(fā)酵罐的發(fā)酵是今后投入工業(yè)生產(chǎn)的必經(jīng)之路！

實驗室規(guī)模的發(fā)酵罐一般為每個反應(yīng)容器配置四路蠕動泵，一般選用固定轉(zhuǎn)速型蠕動泵OEM產(chǎn)品，控制系統(tǒng)通過控制蠕動泵啟停時間控制添加量，典型產(chǎn)品是蘭格的G*&TH15-12-A。

其中兩路蠕動泵添加酸、堿：控制系統(tǒng)通過PH值監(jiān)測、添加酸或堿的閉環(huán)控制，將反應(yīng)環(huán)境的PH值控制在設(shè)定目標(biāo)值。

一路蠕動泵添加消泡劑：控制系統(tǒng)通過泡沫監(jiān)測、添加消泡劑的閉環(huán)控制，將反應(yīng)環(huán)境的泡沫量控制在設(shè)定目標(biāo)值。

另一路蠕動泵則添加培養(yǎng)基：控制系統(tǒng)通過營養(yǎng)水平監(jiān)測、添加營養(yǎng)試劑的閉環(huán)控制，將反應(yīng)環(huán)境的營養(yǎng)水平控制在設(shè)定目標(biāo)值。 
 

實驗室小型發(fā)酵罐發(fā)酵實驗時的挑戰(zhàn)

在進(jìn)行發(fā)酵罐發(fā)酵試驗時，發(fā)酵培養(yǎng)基是供菌種生長、繁殖和合成產(chǎn)物之用。它既要使種子接種后能迅速生長，達(dá)到一定的菌絲濃度，又要使長好的菌體能迅速合成需產(chǎn)物。因此，要求發(fā)酵培養(yǎng)基的組成應(yīng)豐富、*，碳、氮源要注意*和遲效的互相搭配，少用*營養(yǎng)，多加遲效營養(yǎng);還要考慮適當(dāng)?shù)奶嫉?，加緩沖劑穩(wěn)定pH值;并且還要有菌體生長所需的生長因子和產(chǎn)物合成所需要的元素、前體和促進(jìn)劑等。除有菌體生長所必需的元素和化合物外，還要有產(chǎn)物所需的特定元素、前體和促進(jìn)劑等。但若因生長和生物合成產(chǎn)物需要的總的碳源、氮源、磷源等的濃度太高，或生長和合成兩階段各需的條件要求不同時，則可考慮培養(yǎng)基用分批補料來加以滿足。

而消泡劑等試劑也是*的，因為在進(jìn)行發(fā)酵實驗時，微生物必定會產(chǎn)生代謝產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物會引起菌液中pH的變化，并且隨著發(fā)酵的進(jìn)行，肯定會產(chǎn)生大量的氣泡，從而使菌液的溶氧下降，導(dǎo)致菌體無法正常生長繁殖。這時就需要酸堿來調(diào)節(jié)其pH，用消泡劑來消除大量氣泡，使其達(dá)到適宜的生長環(huán)境。

解決方案

由于實驗室規(guī)模的發(fā)酵罐會進(jìn)行多種多樣的實驗，經(jīng)常需要更換添加液體種類，而蘭格蠕動泵傳輸?shù)囊后w只接觸軟管，只需要簡單的更換軟管就可以滿足這種需求，是這類應(yīng)用的選擇。

實驗室用小型發(fā)酵罐，通常可以采用蘭格OEM蠕動泵，體積小巧結(jié)構(gòu)緊湊。中試規(guī)模的發(fā)酵罐需要的流量較大，可以采用蘭格標(biāo)準(zhǔn)臺式蠕動泵，既可手動調(diào)節(jié)，也可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程閉環(huán)控制。

生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐，由于工藝參數(shù)已經(jīng)固定，一般不會更換添加液體種類，會有其它液體添加方式的選擇，但蠕動泵依然是其中一種重要的方式，尤其是對剪切力敏感的液體，這類應(yīng)用一般會選擇大流量的蠕動泵。

蘭格擁有完整的蠕動泵產(chǎn)品線，包括：臺式蠕動泵標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品、固定轉(zhuǎn)速型蠕動泵OEM產(chǎn)品、用戶調(diào)速型蠕動泵OEM產(chǎn)品、用戶驅(qū)動型蠕動泵OEM產(chǎn)品，滿足客戶的各種需求。