技术领域
[0001] 本
发明涉及
生物与医药技术领域,具体涉及一种高含量12α-羟基类固醇脱氢酶发酵液的发酵方法。
背景技术
[0002] 酶是由活细胞产生的,对其底物具有高度特异性和高度催化效能的
蛋白质或RNA。酶是一种极为重要的生物催化剂,它们支配着生物的新陈代谢、营养和
能量转换等许多催化过程,与生命过程关系密切的反应大多是酶催化反应。
[0003] 生物催化技术是利用酶或
微生物细胞或动
植物细胞作为生物催化剂进行催化反应的技术。酶作为生物催化剂比化学催化剂有许多优点:酶催化反应一般在常温、常压和近于中性条件下进行,所以投资少、能耗少且操作安全高;生物催化剂具有极高的催化效率和反应速度,比化学催化反应的催化效率可高107-1013倍。
[0004] 鹅去
氧胆酸(CDCA)为无色针状结晶,无臭、味苦。几乎不溶于
水,易溶于
乙醇、
冰乙酸、微溶于氯仿,是目前世界上用量最大的
治疗胆结石药物之一。主要作用是降低胆汁内胆固醇的
饱和度,绝大多数患者服用CDCA后(当CDCA占胆汁中胆盐的70%时),脂类恢复微胶粒状态,胆固醇就处于不饱和状态,从而使结石中的胆固醇溶解、脱落。大剂量的CDCA(每日10-15mg/kg)可以抑制胆固醇的合成,并增加胆石症患者胆汁的分泌,但其中的胆盐和磷脂分泌量维持不变,又是合成熊去氧胆酸(UDCA)和其他甾体化合物的原料。
[0005] 通过酶法将胆酸12位羟基转化为
酮基,再经过黄鸣龙反应得到鹅去氧胆酸,由于胆酸是鸡、鸭、猪、
牛、羊、兔等动物胆汁酸的主要成分,所以半合成法得到鹅去氧胆酸将大大提高其生产优势。
[0006] 授权公告号CN102007210B公开了12α-羟类固醇脱氢酶、用于编码其的核酸序列、表达盒及载体;包含适当编码核酸序列的重组微生物;产生所述12α-羟类固醇脱氢酶的方法;使用所述酶进行酶促氧化12α-羟类固醇的方法,使用所述酶进行酶还原12-类固酮的方法,使用所述12α-羟类固醇脱氢酶定性或定量确定12-类固酮或12α-羟类固醇的方法;和制备熊去氧胆酸的方法,包括使用所述12α-羟类固醇脱氢酶酶催化胆酸氧化。12α-羟类固醇脱氢酶的活性仅有20-100U/mg。
[0007]
现有技术中12α-羟基类固醇脱氢酶(12α-HSDH)的酶活仅有50U/mL左右,活性较低,导致高胆酸转化效率低下,无法使鹅去氧胆酸实现规模化生产,使鹅去氧胆酸的生产成本高昂。
发明内容
[0008] 针对上述现有的12α-羟基类固醇脱氢酶的酶活仅有50U/mL,活性较低的
缺陷,本发明提供一种高含量12α-羟基类固醇脱氢酶发酵液的发酵方法。
[0009] 一种高含量12α-羟基类固醇脱氢酶发酵液的发酵方法,取备用的12α-羟基类固醇脱氢酶表达基因的重组大肠杆菌为菌种按体积份数为2-6%的接种量接种到新型无菌发酵培养基中进行培养,2h后流加诱导培养基,共计流加8h。
[0010] 本
申请的技术方案中,该发酵方法是在含12α-羟基类固醇脱氢酶表达基因的重组大肠杆菌为菌种发酵生产12α-羟基类固醇脱氢酶(12α-HSDH)的过程中,以高营养低成本的新型培养基替代传统的LB培养基以及采用过程流加诱导培养基,通过培养,使培养菌菌体
密度OD(600)达到50~60,同时12α-羟基类固醇脱氢酶的酶活达到700~900U/L。
[0011] 优选的,所述12α-羟基类固醇脱氢酶表达基因的重组大肠杆菌为二级发酵菌种,保存在甘油管,按体积分数为1-5%接种量接入含所述LB液体无菌培养基三
角摇瓶中,置于37℃,40-50RH%,240rpm的摇床中培养12h备用。
[0012] 优选的,所述新型无菌发酵培养基,按重量百分比,包括玉米粉0.1-0.5%、玉米浆2-6%,
硝酸盐0.05-0.2%、铵盐0.05-0.2%、
氨水0.1-1%、
磷酸盐0.1-0.5%、
氯化钠0.2-
0.5%、
硫酸镁0.02-0.05%、硫酸锌0.02-0.05%、消泡剂0.05%、余量为水。
[0013] 更为优选的,所述新型无菌发酵培养基,按重量百分比,包括玉米粉0.3%、玉米浆4%,硝酸盐0.075%、铵盐0.075%、氨水0.45%、磷酸盐0.3%、氯化钠0.15%、
硫酸镁0.015%、硫酸锌0.015%、消泡剂0.05%、余量为水。
[0014] 优选的,所述诱导培养基,按重量百分比,包括乳酸0.1-0.5%,乳糖5-10%,甘油2-10%,
葡萄糖0.5-2%,铵盐0.05-0.2%,氯化钠0.2-0.5%、硫酸镁0.02-0.05%、硫酸锌
0.02-0.05%、消泡剂0.05%,余量为水。
[0015] 更为优选的,所述诱导培养基,按重量百分比,包括乳酸0.3%,乳糖7.5%,甘油6%,葡萄糖1.2%,铵盐0.12%,氯化钠0.35%、硫酸镁0.03%、硫酸锌0.04%、消泡剂
0.05%,余量为水。
[0016] 优选的,接种到新型无菌发酵培养基中进行培养时的培养条件为0-3小时
温度37℃,3小时后温度25-33℃,0-8小时pH为6-7,8小时后pH为7-8,通入无菌空气同时开启搅拌反应,通过调节通气比0.3~2.0和搅拌功率20~50HZ使溶解氧量0-6小时不低于15%,6小时以后保持在15-30%即可;诱导培养基按照第一个2小时流加流量为5ml/(L*H),第二个2小时流加流量为15ml/(L*H),第三个2小时流加流量为35ml/(L*H),第四个2小时流加流量为20ml/(L*H),共计流加8h即可。
[0017] 更为优选的,接种到新型无菌发酵培养基中进行培养时的培养条件为0-3小时温度37℃,3小时后温度29℃,0-8小时pH为6.5,8小时后pH为7.5,通入无菌空气同时开启搅拌反应,通过调节通气比0.3~2.0和搅拌功率20~50HZ使溶解氧量0-6小时不低于15%,6小时以后保持在22%即可;诱导培养基按照第一个2小时流加流量为5ml/(L*H),第二个2小时流加流量为15ml/(L*H),第三个2小时流加流量为35ml/(L*H),第四个2小时流加流量为20ml/(L*H),共计流加8h即可。
[0018] 优选的,发酵15.5-16.5小时放罐。
[0019] 更为优选的,发酵16小时放罐。
[0020] 本申请的技术方案中,12α-羟基类固醇脱氢酶表达基因的重组大肠杆菌为菌种来自市售。
[0021] 相较于现有技术,本发明的有益效果是:
[0022] (1)该发酵方法是在含12α-羟基类固醇脱氢酶表达基因的重组大肠杆菌为菌种发酵生产12α-羟基类固醇脱氢酶(12α-HSDH)的过程中,以高营养低成本的新型培养基替代传统的LB培养基以及采用过程流加诱导培养基,通过培养,使培养菌菌体密度OD(600)达到50~60,同时12α-羟基类固醇脱氢酶的酶活达到700~900U/L。
[0023] (2)二级发酵菌种活性强,繁殖迅速,配制的菌体密度合理,同时产生的12α-羟基类固醇脱氢酶的酶活性高。
[0024] (3)本申请的新型无菌发酵培养基有机氮源来自玉米类,有机
碳源来源于玉米浆,玉米浆中含较高的有机磷和无机磷,氮源、碳源、磷源足,成本低廉,此外各成分营养搭配合理,各营养成分足,有利于重组大肠杆菌生长和产生次生代谢产物。
[0025] (4)流加诱导培养基中,因甘油、乳糖为最好的大肠杆菌工程菌诱导碳源,本发明特点是分四段进行诱导,重组大肠杆菌的密度合理,产生的12α-羟基类固醇脱氢酶活性高。
[0026] (5)接种到新型无菌发酵培养基中进行培养时的培养条件为0-3小时温度37℃,3小时后温度25-33℃,0-8小时pH为6-7,8小时后pH为7-8,通入无菌空气同时开启搅拌反应,通过调节通气比0.3~2.0和搅拌功率20~50HZ使溶解氧量0-6小时不低于15%,6小时以后保持在15-30%即可;诱导培养基按照第一个2小时流加流量为5ml/(L*H),第二个2小时流加流量为15ml/(L*H),第三个2小时流加流量为35ml/(L*H),第四个2小时流加流量为20ml/(L*H),共计流加8h的发酵体系,该体系符合微生物S型对数生长期的生长营养需求,使得菌体密度OD(600)达到50~60,同时12α-羟基类固醇脱氢酶的酶活达到700~900U/mL。
具体实施方式
[0027] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合具体
实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0028] 实施例1
[0029] 一种高含量12α-羟基类固醇脱氢酶发酵液的发酵方法,取备用的12α-羟基类固醇脱氢酶表达基因的重组大肠杆菌为菌种按体积份数为2%的接种量接种到新型无菌发酵培养基中进行培养,2h后流加诱导培养基,共计流加8h;所述12α-羟基类固醇脱氢酶表达基因的重组大肠杆菌为二级发酵菌种,保存在甘油管,按体积分数为1-5%接种量接入含所述LB液体无菌培养基三角摇瓶中,置于37℃,40RH%,240rpm的摇床中培养12h备用;所述新型无菌发酵培养基,按重量百分比,包括玉米粉0.1%、玉米浆2%,硝酸盐0.05%、铵盐0.05%、氨水0.1%、磷酸盐0.1%、氯化钠0.2%、硫酸镁0.02%、硫酸锌0.02%、消泡剂0.05%、余量为水;所述诱导培养基,按重量百分比,包括乳酸0.1%,乳糖5%,甘油2%,葡萄糖0.5%,铵盐0.05%,氯化钠0.2%、硫酸镁0.02%、硫酸锌0.02%、消泡剂0.05%,余量为水;接种到新型无菌发酵培养基中进行培养时的培养条件为0-3小时温度37℃,3小时后温度25℃,0-8小时pH为6,8小时后pH为7,通入通气比为0.3的无菌空气同时开启搅拌功率为20HZ的搅拌进行反应,通过调节通气比0.3~2.0和搅拌功率20~50HZ使溶解氧量0-6小时不低于15%,6小时以后保持在15%即可;诱导培养基按照第一个2小时流加流量为5ml/(L*H),第二个2小时流加流量为15m1/(L*H),第三个2小时流加流量为35ml/(L*H),第四个2小时流加流量为20ml/(L*H),共计流加8h即可;发酵15.5小时放罐,发酵液中细胞密度OD(600)达到54,12α-羟基类固醇脱氢酶的酶活达到803U/mL。
[0030] 实施例2
[0031] 一种高含量12α-羟基类固醇脱氢酶发酵液的发酵方法,取备用的12α-羟基类固醇脱氢酶表达基因的重组大肠杆菌为菌种按体积份数为4%的接种量接种到新型无菌发酵培养基中进行培养,2h后流加诱导培养基,共计流加8h;所述12α-羟基类固醇脱氢酶表达基因的重组大肠杆菌为二级发酵菌种,保存在甘油管,按体积分数为1-5%接种量接入含所述LB液体无菌培养基三角摇瓶中,置于37℃,45RH%,240rpm的摇床中培养12h备用;所述新型无菌发酵培养基,按重量百分比,包括玉米粉0.3%、玉米浆4%,硝酸盐0.075%、铵盐0.075%、氨水0.45%、磷酸盐0.3%、氯化钠0.15%、硫酸镁0.015%、硫酸锌0.015%、消泡剂0.05%、余量为水;所述诱导培养基,按重量百分比,包括乳酸0.3%,乳糖7.5%,甘油
6%,葡萄糖1.2%,铵盐0.12%,氯化钠0.35%、硫酸镁0.03%、硫酸锌0.04%、消泡剂
0.05%,余量为水;接种到新型无菌发酵培养基中进行培养时的培养条件为0-3小时温度37℃,3小时后温度29℃,0-8小时pH为6.5,8小时后pH为7.5,通入通气比为0.3的无菌空气同时开启搅拌功率为20HZ的搅拌进行反应,通过调节通气比0.3~2.0和搅拌功率20~50HZ使溶解氧量0-6小时不低于15%,6小时以后保持在22%即可;诱导培养基按照第一个2小时流加流量为5ml/(L*H),第二个2小时流加流量为15ml/(L*H),第三个2小时流加流量为35m1/(L*H),第四个2小时流加流量为20ml/(L*H),共计流加8h即可;发酵16小时放罐,发酵液中细胞密度OD(600)达到57,12α-羟基类固醇脱氢酶的酶活达到890U/mL。
[0032] 实施例3
[0033] 一种高含量12α-羟基类固醇脱氢酶发酵液的发酵方法,取备用的12α-羟基类固醇脱氢酶表达基因的重组大肠杆菌为菌种按体积份数为6%的接种量接种到新型无菌发酵培养基中进行培养,2h后流加诱导培养基,共计流加8h;所述12α-羟基类固醇脱氢酶表达基因的重组大肠杆菌为二级发酵菌种,保存在甘油管,按体积分数为1-5%接种量接入含所述LB液体无菌培养基三角摇瓶中,置于37℃,50RH%,240rpm的摇床中培养12h备用;所述新型无菌发酵培养基,按重量百分比,包括玉米粉0.5%、玉米浆6%,硝酸盐0.2%、铵盐0.2%、氨水1%、磷酸盐0.5%、氯化钠0.5%、硫酸镁0.05%、硫酸锌0.05%、消泡剂0.05%、余量为水;所述诱导培养基,按重量百分比,包括乳酸0.5%,乳糖10%,甘油10%,葡萄糖2%,铵盐0.2%,氯化钠0.5%、硫酸镁0.05%、硫酸锌0.05%、消泡剂0.05%,余量为水;接种到新型无菌发酵培养基中进行培养时的培养条件为0-3小时温度37℃,3小时后温度33℃,0-8小时pH为7,8小时后pH为8,通入通气比为0.3的无菌空气同时开启搅拌功率为20HZ的搅拌进行反应,通过调节通气比0.3~2.0和搅拌功率20~50HZ使溶解氧量0-6小时不低于15%,6小时以后保持在30%即可;诱导培养基按照第一个2小时流加流量为5ml/(L*H),第二个2小时流加流量为15ml/(L*H),第三个2小时流加流量为35ml/(L*H),第四个2小时流加流量为
20m1/(L*H),共计流加8h即可;发酵16.5小时放罐,发酵液中细胞密度OD(600)达到56,12α-羟基类固醇脱氢酶的酶活达到781U/mL。
[0034] 以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请技术方案构思的前提下,还可以做出若干
变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。