Khi nuôi cấy E. coli trong máy lên men, các phương tiện lên men cụ thể thường được sử dụng, được tối ưu hóa cho nhu cầu tăng trưởng và mục đích sản xuất của E. coli. Dưới đây là một số môi trường lên men thường được sử dụng và công thức của chúng: Môi trường lên men thường được sử dụng bởi E. coli chủ yếu bao gồm các loại sau:

Môi trường LB (Lysogeny broth)

Môi trường LB là môi trường thường được sử dụng cho E. coli, thích hợp cho sự phát triển, duy trì và nuôi cấy quy mô lớn của E. coli.

Thành phần chính:

·Tryptone: 10 g/L

·Chiết xuất nấm men (Yeast Extract): 5 g/L

·Natri clorua (NaCl): 10 g/L

Tính năng:

·Dinh dưỡng phong phú, thích hợp cho sự phát triển nhanh chóng của E. coli.

·Agar có thể được thêm vào để tạo môi trường rắn.

Môi trường TB (terrific broth)

Môi trường TB chứa nhiều chất dinh dưỡng hơn môi trường LB và thích hợp cho quá trình lên men mật độ cao.

Thành phần chính:

·Tryptone: 12 g/L

·Chiết xuất nấm men (Yeast Extract): 24 g/L

·Glycerol: 4 mL/L

·Dipotassium Hydrogen Phosphate (KH2PO4): 12,54 g/L

·Kali dihydrogen phosphate (K2H2PO4): 8,56 g/L

·Amoni clorua (NH4Cl): 3,4 g/L

Tính năng:

·Cung cấp chất dinh dưỡng cao hơn, thích hợp cho nuôi cấy tế bào mật độ cao.

·Thường được sử dụng trong biểu hiện protein và sản xuất hàng loạt.

3. Môi trường SOB:

Thích hợp cho biểu hiện protein E. coli, có khả năng tăng sản lượng protein và cũng được sử dụng để xây dựng môi trường SOC.

Thành phần chính:

·2% Glycoprotene

·Chiết xuất nấm men 0,5%

·10 mM NaCl

·2,5 mM KCl

·10 mM MgCl2

·10 mM MgSO4

·pH 7,5

Tính năng:

·Thành phần phức tạp hơn, giàu dinh dưỡng hơn và hàm lượng nitơ cao, phù hợp cho các thí nghiệm sinh học phân tử.

4. Môi trường SOC:
Chủ yếu được sử dụng trong việc chuẩn bị và chuyển đổi các tế bào thụ thể của E. coli, có khả năng cải thiện hiệu quả chuyển đổi, cũng như biểu hiện protein.

Thành phần chính:

·2% Glycoprotene

·Chiết xuất nấm men 0,5%

·10 mM NaCl

·2,5 mM KCl

·10 mM MgCl2

·10 mM MgSO4

·20 mM D-glucose

·pH 7,5

Tính năng:

·Việc bổ sung glucose vào môi trường SOB cung cấp một nguồn carbon trực tiếp có lợi cho sự phát triển của E. coli.

5. Môi trường M9

Môi trường M9 là một môi trường cơ bản thường được sử dụng cho các nhu cầu thử nghiệm cụ thể, chẳng hạn như nuôi cấy các chủng vi khuẩn thiếu hụt dinh dưỡng.

Thành phần chính:

·葡萄糖 (Glucose): 4 g/L

·Amoni clorua (NH4Cl): 1 g/L

·Natri clorua (NaCl): 0,5 g/L

·Dipotassium Hydrogen Phosphate (KH2PO4): 3g/L

·Natri dihydrogen phosphate (Na2H2PO4): 6,78 g/L

·Magnesium Sulphate (MgSO4): 0,241 g/L

·Canxi clorua (CaCl2): 0,011 g/L

Tính năng:

·Thành phần dinh dưỡng tương đối đơn giản và thường được sử dụng trong nghiên cứu cơ bản hoặc trong các thí nghiệm đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ các điều kiện dinh dưỡng.

6. Môi trường 2xYT

Môi trường 2xYT là một biến thể của môi trường LB, chứa hàm lượng dinh dưỡng cao hơn và phù hợp với môi trường mật độ cao.

Thành phần chính:

·Tryptone: 16 g/L

·Chiết xuất nấm men (Yeast Extract): 10 g/L

·Natri clorua (NaCl): 5 g/L

Tính năng:

·Dinh dưỡng phong phú, thích hợp cho nuôi cấy E. coli mật độ cao.

Bổ sung:

Trong quá trình lên men E. coli, các chất bổ sung sau đây cũng có thể cần được thêm vào:

·Kháng sinh: Được sử dụng để lựa chọn các chủng kháng sinh.

·Các chất cảm ứng: chẳng hạn như IPTG, được sử dụng để gây ra sự biểu hiện của protein tái tổ hợp.

·Các nguyên tố vi lượng và dung dịch vitamin: được sử dụng để hỗ trợ tăng trưởng tế bào.

Trong quá trình lên men, công thức và điều kiện của môi trường (ví dụ: pH, nhiệt độ, oxy hòa tan, v.v.) cần được điều chỉnh theo mục đích thí nghiệm cụ thể và yêu cầu sản xuất. Ví dụ: nếu bạn cần lên men mật độ cao, bạn cần tăng lượng magiê sulfat, bổ sung thêm bột men thích hợp có thể tăng chu kỳ lên men, thêm amoni sulfat có thể cải thiện nồng độ nấm. Quá trình lên men phải được thực hiện trong điều kiện vô trùng nghiêm ngặt và các thông số khác nhau của quá trình lên men được theo dõi để đảm bảo quá trình lên men đạt được kết quả mong muốn.

Quá trình phát triển quá trình lên men E. coli thường bao gồm một số bước chính sau:

1. Xây dựng chủng vi khuẩn:

Trước hết cần lựa chọn một chủng vi khuẩn tốt, bao gồm thiết kế tuyến đường công trình gen, cải tạo và sàng lọc chủng vi khuẩn, tìm tòi điều kiện lắc bình......

2. Ưu hóa cơ sở bồi dưỡng:

Môi trường là một phần quan trọng của quá trình lên men E. coli. Cần điều chỉnh công thức môi trường theo các chủng và yêu cầu sản phẩm khác nhau, hiểu biết so sánh về thành phần môi trường, có thể tiến hành sàng lọc DOE, thành phần chính bao gồm tỷ lệ phối hợp của nguồn carbon, nguồn nitơ, muối vô cơ và yếu tố tăng trưởng, v.v.

3. Tối ưu hóa và kiểm soát các thông số công nghệ:

Nhiệt độ: Nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của E. coli thường là 37 ° C, nhưng tùy thuộc vào mục đích lên men và đặc tính nấm, phạm vi nhiệt độ có thể được điều chỉnh thích hợp.

Giá trị pH: Giá trị pH tốt nhất để E. coli phát triển là 7 ± 0,2. Độ pH của chất lỏng lên men cần được duy trì ổn định thông qua chiến lược bổ sung axit và kiềm trong quá trình lên men.

Oxy hòa tan (DO): Nồng độ oxy hòa tan quan trọng trong E. coli dao động từ 20%~30%. Thiếu oxy hòa tan có thể dẫn đến sự tích tụ axit axetic, ảnh hưởng đến sự phát triển của nấm; Oxy tan quá cao có thể gây ra hiện tượng ngộ độc oxy. Do đó, mức độ oxy hòa tan cần được kiểm soát bằng cách điều chỉnh các thông số như tốc độ khuấy và thông lượng không khí.

Chiến lược bổ sung: Chọn lên men hàng loạt bổ sung để đạt được quá trình lên men mật độ cao của E. coli và thu được nhiều sinh khối hơn. Trong quá trình bổ sung cần theo dõi tình hình tiêu thụ chất dinh dưỡng trong dịch lên men trong thời gian thực, tiến hành khai thác công nghệ bổ sung, xác định chủng loại bổ sung và thời gian bổ sung và lượng bổ sung.

Thiết kế phương pháp thử nghiệm DOE có thể được thực hiện trong quá trình phát triển quy trình lên men bằng cách sử dụng phần mềm tương tự như minitab hoặc JMP để đẩy nhanh quá trình thử nghiệm và tìm ra các thông số quy trình tốt hơn và mạnh mẽ hơn.