腺苷是一種遍布人體細(xì)胞且具有重要生理功能的內(nèi)源性嘌呤核苷,對(duì)心血管系統(tǒng)和肌體其它系統(tǒng)及組織均有生理作用。目前,腺苷的生產(chǎn)方法主要有RNA水解法、化學(xué)合成法和生物發(fā)酵法。日本早在70年代就開(kāi)始了發(fā)酵法生產(chǎn)腺苷的研究,并取得了一系列成果,已進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)階段。國(guó)內(nèi)發(fā)酵法生產(chǎn)腺苷的起步較晚,隨著腺苷的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,有必要對(duì)其進(jìn)行更深入的研究。
目前,國(guó)內(nèi)腺苷微生物發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)主要集中于研究菌種選育、發(fā)酵工藝。如中國(guó)專利CN200510063223.3公開(kāi)了一種微生物發(fā)酵法生產(chǎn)腺苷的生產(chǎn)工藝,生產(chǎn)工藝為:用腺苷生產(chǎn)菌作為生產(chǎn)菌種,經(jīng)過(guò)斜面菌種培養(yǎng)及種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)后,接入發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)得到發(fā)酵液,發(fā)酵液通過(guò)無(wú)機(jī)膜過(guò)濾、濃縮、結(jié)晶、離心、重結(jié)晶、離心、干燥、粉碎整粒工序制得成品。CN200510055696.9提供了一種腺苷產(chǎn)生菌枯草芽孢桿菌 (Bacillus subtilis)JSIM-1025,還提供一種生產(chǎn)高產(chǎn)量腺苷的發(fā)酵方法,利用包括1.8%的最適濃度酵母膏的最佳培養(yǎng)基組分,最適pH6.5和40%的最適溶氧控制范圍的發(fā)酵條件,在37℃下發(fā)酵60 h后的產(chǎn)苷能穩(wěn)定在23 g/L以上。CN201310301844.5公開(kāi)了一種通過(guò)流加有機(jī)氮源提高腺苷發(fā)酵產(chǎn)量的方法。該方法以枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)XGL為生產(chǎn)菌株,通過(guò)在產(chǎn)苷階段補(bǔ)充氮源的補(bǔ)料策略實(shí)現(xiàn)了枯草芽孢桿菌XGL發(fā)酵生產(chǎn)腺嘌呤核苷的高產(chǎn)。該發(fā)明的方法優(yōu)勢(shì)在于,在腺嘌呤核苷發(fā)酵生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程中,氮源的濃度不斷降低,發(fā)酵過(guò)程中流加氮源可以保持氮源的充足,在減少反饋抑制的同時(shí),使腺嘌呤核苷的產(chǎn)量達(dá)到42.4 g/L,產(chǎn)量提高26%,發(fā)酵周期壓縮至50 h左右。CN201310097396.1公開(kāi)了一種采用梯度pH順序控制發(fā)酵生產(chǎn)腺苷的方法。該方法以枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)XGL為生產(chǎn)菌株,以梯度pH的順序控制方式分批發(fā)酵生產(chǎn)腺苷,在菌體生長(zhǎng)階段控制pH為6.7~7.0,在達(dá)到一定菌體量后控制pH為6.0~6.3,發(fā)酵60 h,腺苷產(chǎn)量為18.2 g/L。該方法可以提高腺苷的產(chǎn)量,發(fā)酵過(guò)程無(wú)需增加額外設(shè)備,適合于工業(yè)化生產(chǎn)。CN201310561917.4公開(kāi)了一種膜生物反應(yīng)器菌株誘變培養(yǎng)及腺苷發(fā)酵方法,其采用酶抑制劑利巴韋林、甲氨喋呤、別嘌呤和乙嘧酚磺酸脂協(xié)同誘變枯草芽胞桿菌,在膜生物反應(yīng)器中高密度培養(yǎng),經(jīng)過(guò)一到兩次誘變得到產(chǎn)腺苷8 g/L,尿苷6 g/L的枯草芽胞桿菌菌株。劉劍(2012)對(duì)腺苷發(fā)酵過(guò)程中不同溶解氧濃度進(jìn)行研究,通過(guò)對(duì)發(fā)酵終點(diǎn)丙酮酸的檢測(cè),發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌在低溶氧狀態(tài)下比高溶氧狀態(tài)下積累更多的丙酮酸,在此基礎(chǔ)上,提出兩階段控制策略,最終腺苷積累量達(dá)到20.1 g/L,為腺苷工業(yè)生產(chǎn)提供理論參考。李金鑫(2015)以B.subtilis DI3-243為出發(fā)菌株,利用N+離子束注入和硫酸二乙酯(DES)為誘變劑進(jìn)行單因子以及復(fù)合誘變處理,進(jìn)行高產(chǎn)腺苷菌株的選育和發(fā)酵條件的優(yōu)化等研究。從中篩選出產(chǎn)苷水平高且性狀穩(wěn)定的菌株,其中的DI4-24R-37菌株產(chǎn)苷15.84 g/L,其回復(fù)突變率明顯下降。在500 L發(fā)酵罐放大試驗(yàn),發(fā)酵72 h產(chǎn)苷28.9 g/L。張命龍等(2016)通過(guò)搖瓶液體培養(yǎng)的方法,以菌絲體生物量為主要考察指標(biāo),篩選蝙蝠蛾擬青霉PH-2菌株液體發(fā)酵的培養(yǎng)基成分和條件。進(jìn)一步采用正交試驗(yàn),以菌絲體生物量和腺苷含量為聯(lián)合指標(biāo),確定PH-2菌株液體發(fā)酵高產(chǎn)菌絲體和腺苷的培養(yǎng)基配方。通過(guò)試驗(yàn)獲得的最佳配方為:玉米淀粉40 g/L,葡萄糖5 g/L,玉米漿25 g/L,硫酸鎂·7H2O 1 g/L,磷酸二氫鉀1 g/L,硫酸鋅1.5 g/L,維生素B125 mg/L;培養(yǎng)條件為:初始pH 6.0,裝液量150 mL/500 mL,接種量8%(V/V),溫度26℃,轉(zhuǎn)速120 r/min,培養(yǎng)7 d。在該工藝下菌絲體生物量達(dá)到25.2 g/L。應(yīng)用高效液相色譜(HPLC)法,檢測(cè)到菌絲體中腺苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.76 mg/g。
腺苷生物發(fā)酵法具有生產(chǎn)成本低、反應(yīng)條件溫和、原料來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn),因此將會(huì)是今后生產(chǎn)的發(fā)展方向。針對(duì)現(xiàn)有腺苷生產(chǎn)菌生產(chǎn)水平低、副產(chǎn)物高的突出問(wèn)題,研究人員應(yīng)在代謝工程理論指導(dǎo)下,對(duì)腺苷的合成代謝網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面分析和研究,從中心代謝、支路代謝和能量代謝等多個(gè)角度對(duì)腺苷生產(chǎn)菌進(jìn)行多途徑的協(xié)同修飾和調(diào)控,構(gòu)建出生產(chǎn)能力更高的腺苷生產(chǎn)菌;并對(duì)腺苷生物合成途徑進(jìn)行代謝流分析,以此為依據(jù)對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化,確定最佳的發(fā)酵配方和控制條件。