酿酒酵母细胞是第一个被全基因组测序的真核生物，常应用于有机酸、核苷酸、醇类、蛋白质等的生产，具有生长速度较快、遗传背景清晰、遗传操作简单、大规模发酵技术成熟等优点，已成为合成生物学和代谢工程技术中重要的底盘细胞之一。

培养基配方、工艺参数控制对菌株的生长和产物表达有很重要的影响，而性能优异的平行生物反应器有助于减少时间成本、提高工艺开发效率。本案例采用迪必尔CloudReady™（1.5L）平行生物反应器培养表达Red mRuby2的酿酒酵母细胞，为其高密度培养提供解决方案和数据支持。

第一批实验尝试筛选适宜菌株生长的pH和补料策略，在9h底物耗尽时开始补料，至48h结束培养，控制条件如表1。

图1-3是第一批次四台罐体R1~R4的DO曲线、OD₆₀₀和湿重数据。从图表可知，pH控制4.0，补料关联时间序列进行控制，并设置搅拌和通气关联DO的双向调节更有利于该菌株的生长。

表1 第一批实验控制条件

图1 第一批次DO曲线

图2 第一批次OD₆₀₀

图3 第一批次湿重

图4 平行生物反应器运行状态

图5 Red mRuby2在绿光下激发出红光

图6 第二批次DO曲线

图7 第二批次OD₆₀₀

图8 第二批次湿重

本案例基于CloudReady^TM（1.5L）平行生物反应器，首先通过对发酵过程pH、补料策略、搅拌转速控制等条件的测试筛选出最适合菌株生长的体系，然后通过优化培养基配比使酿酒酵母最终OD₆₀₀达到180，湿重达到280g/L，两个指标较优化前均提升3倍以上。

未来在其他方面还有较大的优化空间，如以蛋白浓度为响应进行DoE实验，通过对温度、pH、DO、补料速度、通气流量等参数的工艺优化提高蛋白产量，探究更合适的酵母发酵生产工艺。

迪必尔生物 应用技术与工程研究中心（CARE）柴金言 供稿