CN112410212B - 一种细菌膜囊泡的生产系统和分离纯化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种细菌膜囊泡的生产系统及方法,该生产系统依次设有发酵罐、紫外分光光度设备和辐照设备,细菌通过在发酵罐中发酵增殖,然后通过紫外分光光度设备控制菌液中的含菌量在一定限度内,再采用辐照设备对菌液进行射线辐照,促进细菌大量分泌膜囊泡,从而提高膜囊泡的含量。相应地,本发明还提供了一种细菌膜囊泡的分离纯化系统及纯化方法。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术领域,具有涉及一种细菌膜囊泡的生产系统及方法,以及一种细菌膜囊泡的分离纯化系统及方法。
背景技术
膜囊泡(MVs,membrane vesicles)是细菌细胞(包括革兰氏阳性菌和阴性菌)外膜分泌的囊泡状结构产物,多数为球形,直径大约20–250nm。细菌膜囊泡含有多种生物活性大分子如核酸、脂多糖、外膜蛋白等成分,以及金属离子、酶、信号分子等。它在细菌的多种生命活动中扮演着重要角色,如分泌毒力因子、压力应激反应、营养摄取,及作为细菌间、细菌与宿主细胞间进行信息交流的载体等。
膜囊泡的分泌发生在细菌的任何生长阶段,不同于细胞裂解及凋亡,是一条独立的分泌途径,研究发现在压力刺激、缺氧、抗生素压迫等情况能够促进细菌产生膜囊泡。然而自然生成的膜囊泡产量低,往往需要培养大量的菌体才能收获一定量的膜囊泡,并且后续还需要额外的纯化工艺才能得到一定质量的膜囊泡。
现代工艺技术在生产制备及纯化细菌膜囊泡时存在以下问题:1)利用抗生素、去污剂、氧化剂等手段虽然能促进膜囊泡分泌,但也伴随着有毒残留问题,给其应用带来了不确定性。2)上述干预因素刺激细菌产生膜囊泡的效率也相对较低,且该制备工艺不能实现标准化生产。3)上述方法会使菌体本身的外膜抗原性、构象等可能发生变化,进而影响囊泡,限制其后续应用。
基于此,本发明提供了一套提高细菌MVs产量的系统及方法,和一套纯化细菌MVs的系统及方法。本发明采用国际领先的工艺技术,不添加化学刺激物质,因此无不良作用,同时工艺流程简单、囊泡产量高,高效、放大效果好,可以用于囊泡的大量制备。
发明内容
针对上述存在的技术问题,本发明的目的在于提供一种细菌膜囊泡的生产系统。
一种细菌膜囊泡的生产系统,所述生产系统依次设有发酵单元1和辐照单元2,所述发酵单元1由细菌发酵罐3和紫外分光光度计4构成,所述辐照单元2由辐照设备5构成。
进一步,所述发酵罐3为通风发酵罐、鼓泡发酵罐、气升式发酵罐,或喷嘴环流式发酵罐。
进一步,所述辐照设备5中的射线发射器为X射线发生器、γ射线发生器,或Co60同位素发生器。
本发明的目的还在于提供一种细菌膜囊泡的生产方法。
采用上述的生产系统生产细菌膜囊泡的方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)培养细菌至对数生长期,发酵,使菌体进一步富集;
2)收集菌体,将菌体用适量的磷酸盐缓冲液或无菌生理盐水重悬;
3)用低于灭活阙值的电离射线辐照处理。
本发明所述细菌包括革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。所述细菌具体包括如下种类:
进一步,步骤1)中所述对数生长期的细菌的OD600值为0.3-0.8;步骤2)中所加磷酸盐缓冲液或无菌生理盐水的量与菌体总量的比例为每1ml溶液含有的菌量为OD600值20-80。
优选的,步骤1)中所述对数生长期的细菌的OD600值为0.5-0.8;步骤2)中所加磷酸盐缓冲液或无菌生理盐水的量与菌体总量的比例为每1ml溶液含有的菌量OD600值为40-60。
进一步,步骤3)中辐照处理用的射线为X-ray射线;辐照剂量范围为100-2000Gy。所述辐照剂量具体包括:100-200Gy,200-300Gy,300-400Gy,400-500Gy,500-600Gy,600-700Gy,700-800Gy,800-900Gy,900-1000Gy,1000-1100Gy,1100-1200Gy,1200-1300Gy,1300-1400Gy,1400-1500Gy,1500-1600Gy,1600-1700Gy,1700-1800Gy,1800-1900Gy,1900-2000Gy。
本发明的目的还在于提供一种细菌膜囊泡的纯化系统。
一种用于细菌膜囊泡的纯化系统,所述纯化系统依次设有发酵单元1、辐照单元2和离心单元6,所述发酵单元1由细菌发酵罐3和紫外分光光度计4构成,所述辐照单元2由辐照设备5构成,所述离心设备6由离心单元7构成。
进一步,所述发酵罐3为通风发酵罐、鼓泡发酵罐、气升式发酵罐,或喷嘴环流式发酵罐。
进一步,所述辐照设备5中的射线发射器为X射线发生器、γ射线发生器,或Co60同位素发生器。
进一步,所述离心单元7为普通离心机、高速离心机,或超高速离心机。
本发明的目的还在于提供一种细菌膜囊泡的纯化方法。
采用上述的纯化系统纯化细菌膜囊泡的方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)培养细菌至对数生长期,发酵,使菌体进一步富集;
2)收集菌体,将菌体用适量的磷酸盐缓冲液或无菌生理盐水重悬并用低于灭活阙值的电离射线辐照处理;
3)收集辐照处理后的菌液,离心并弃上清液,上清液用0.3-0.5μM滤器过滤除菌;
4)将过滤后的上清液用高速离心机离心,收集上清液,去除鞭毛;
5)将去除鞭毛后的上清超高速离心,沉淀膜囊泡;
6)收集纯化后的膜囊泡。
进一步,步骤1)中所述对数生长期的细菌的OD600值为0.3-0.8;步骤2)中所加磷酸盐缓冲液或无菌生理盐水的量与菌体总量的比例为每1ml溶液含有的菌量为OD600值20-80。
优选的,步骤1)中所述对数生长期的细菌的OD600值为0.5-0.8;步骤2)中所加磷酸盐缓冲液或无菌生理盐水的量与菌体总量的比例为每1ml溶液含有的菌量OD600值为40-60。
进一步,步骤3)中辐照处理用的射线为X-ray射线;辐照剂量范围为100-2000Gy。所述辐照剂量具体包括:100-200Gy,200-300Gy,300-400Gy,400-500Gy,500-600Gy,600-700Gy,700-800Gy,800-900Gy,900-1000Gy,1000-1100Gy,1100-1200Gy,1200-1300Gy,1300-1400Gy,1400-1500Gy,1500-1600Gy,1600-1700Gy,1700-1800Gy,1800-1900Gy,1900-2000Gy。
进一步,步骤3)中辐照后菌液离心的速率为100-10000g;离心时间为10-60min。
优选的,步骤3)的离心的速率为400-8000g;离心时间为10-30min。
进一步,步骤4)中高速离心的速率为5000-25000g;离心时间为10-100min。
优选的,步骤4)的高速离心速率为10000-20000g;离心时间为30-60min。
进一步,步骤5)中超高速离心的速率为5000-150000g;离心时间为60-600min。
优选的,步骤5)的超高速离心速率为15000-150000g;离心时间为60-180min。
本发明的有益之处在于:
本发明首次采用电离射线X射线辐照细菌分离并纯化其分泌的MVs,工艺技术国际领先。不添加抗生素及其他化学刺激物质,因此避免了刺激物残留及刺激物本身对囊泡导致的不良作用。同时工艺流程简单、适合工业放大化、标准化生产;囊泡产量高,高效、放大效果及纯化效果好,可以用于囊泡的大量制备。
附图说明
图1细菌膜囊泡生产系统结构示意图。
图2细菌膜囊泡纯化系统结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图,对本发明的优选实施例进行详细描述。所举实施例是为了更好地对本发明的内容进行说明,但并不是本发明的内容仅限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整,仍属于本发明的保护范围。
实施例1
参见图1,细菌膜囊泡生产系统结构示意图。
具体地,本实施例的生产系统依次设有发酵单元1和辐照单元2,所述发酵单元1由细菌发酵罐3和紫外分光光度计4构成,所述辐照单元2由辐照设备5构成。所述发酵罐3为通风发酵罐、鼓泡发酵罐、气升式发酵罐,或喷嘴环流式发酵罐。所述辐照设备5中的射线发射器为X射线发生器、γ射线发生器,或Co60同位素发生器。
本实施例中,革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌首先在发酵罐3中进行发酵,然后通过该紫光分光光度计4精确控制发酵菌液的含菌量在一定限度内,再利用辐照设备5对发酵后的菌液进行射线辐照处理,从而促进细菌大量分泌MVs。
采用上述生产系统生产细菌膜囊泡的方法,包括如下步骤:
1)培养细菌至对数生长期,对数生长期的细菌的OD600值为0.3-0.8;然后发酵,使菌体进一步富集;
2)收集菌体,将菌体用适量的磷酸盐缓冲液或无菌生理盐水重悬,所加磷酸盐缓冲液或无菌生理盐水的量与菌体总量的比例为每1ml溶液含有的菌量OD600值为20-80;
3)用X-ray射线辐照菌液,辐照剂量范围为100-2000Gy,可具体选择的限度包括100-200Gy,200-300Gy,300-400Gy,400-500Gy,500-600Gy,600-700Gy,700-800Gy,800-900Gy,900-1000Gy,1000-1100Gy,1100-1200Gy,1200-1300Gy,1300-1400Gy,1400-1500Gy,1500-1600Gy,1600-1700Gy,1700-1800Gy,1800-1900Gy,1900-2000Gy。
实施例2
参见图2,细菌膜囊泡纯化系统结构示意图。
具体的,本实施例的纯化系统依次设有发酵单元1、辐照单元2和离心单元6,所述发酵单元1由细菌发酵罐3和紫外分光光度计4构成,所述辐照单元2由辐照设备5构成,所述离心单元6由离心机7构成。
本实施例中,革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌首先在该发酵罐3中进行发酵,然后通过紫外分光光度计4精确控制发酵菌液的含菌量在一定限度内,再利用辐照设备5对发酵后的菌液进行射线辐照处理,最后利用离心设备6对辐照处理后的菌液进行进一步的离心处理,依次除去发酵废液、细菌鞭毛、细菌分泌物等,最后沉淀获得的膜囊泡即为纯化后的膜囊泡。
本实施例中,该射线辐照设备的射线发生器为X射线发生器、γ射线发生器,或Co60同位素发生器。
本实施例中,发酵罐3为通风发酵罐、鼓泡发酵罐、气升式发酵罐,或喷嘴环流式发酵罐。
本实施例中,离心单元7包括离心机、高速离心机或超高速离心机。
采用上述纯化系统纯化细菌膜囊泡的方法,包括如下步骤:
1)培养细菌至对数生长期,对数生长期的细菌的OD600值为0.3-0.8;发酵,使菌体进一步富集;
2)收集菌体,将菌体用适量的磷酸盐缓冲液或无菌生理盐水重悬,所加磷酸盐缓冲液或无菌生理盐水的量与菌体总量的比例为每1ml溶液含有的菌量为OD600值20-80;重悬后的菌液用X-ray射线辐照处理,辐照剂量范围为100-2000Gy;
3)收集辐照处理后的菌液离心,离心的速率为100-10000g,离心时间为10-60min;离心完毕后弃上清液,上清液用0.45μM滤器过滤除菌;
4)将除菌后的上清液用高速离心机离心,高速离心的速率为5000-25000g,离心时间为10-100min;收集上清液,去除鞭毛;
5)将去除鞭毛后的上清超高速离心,超高速离心的速率为5000-150000g,离心时间为60-600min;沉淀膜囊泡;
6)收集优化生产后的膜囊泡。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种生产细菌膜囊泡的方法,其特征在于,采用一种细菌膜囊泡的生产系统,所述生产系统依次设有发酵单元1和辐照单元2,所述发酵单元1由细菌发酵罐3和紫外分光光度计4构成,所述辐照单元2由辐照设备5构成;所述辐照设备5中的射线发射器为X射线发生器,所述方法具体包括如下步骤:
1)培养细菌至对数生长期,发酵,使菌体进一步富集,所述细菌能在X射线的辐照作用下产生膜囊泡;
2)收集菌体,将菌体用适量的磷酸盐缓冲液或无菌生理盐水重悬;
3)用辐照剂量范围为100-2000Gy的X-ray射线辐照处理。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述发酵罐3为通风发酵罐、鼓泡发酵罐、气升式发酵罐,或喷嘴环流式发酵罐。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤1)中所述对数生长期的细菌的OD600值为0.3-0.8;步骤2)中所加磷酸盐缓冲液或无菌生理盐水的量与菌体总量的比例为每1ml溶液含有的菌量为OD600值20-80。
4.一种纯化细菌膜囊泡的方法,其特征在于,采用一种细菌膜囊泡的纯化系统,所述纯化系统依次设有发酵单元1、辐照单元2和分离设备6,所述发酵单元1由细菌发酵罐3和紫外分光光度计4构成,所述辐照单元2由辐照设备5构成,所述分离设备6由离心单元7构成;所述辐照设备5中的射线发射器为X射线发生器;所述离心单元7为普通离心机、高速离心机,或超高速离心机;所述方法具体包括如下步骤:
1)培养细菌至对数生长期,发酵,使菌体进一步富集,所述细菌能在X射线的辐照作用下产生膜囊泡;
2)收集菌体,将菌体用适量的磷酸盐缓冲液或无菌生理盐水重悬并用辐照剂量范围为100-2000Gy的X-ray射线辐照处理;
3)收集辐照处理后的菌液,离心并取上清液,上清液用0.3-0.5μM滤器过滤除菌;
4)将过滤后的上清液用高速离心机离心,收集上清液,去除鞭毛;
5)将去除鞭毛后的上清超高速离心,沉淀膜囊泡;
6)收集纯化后的膜囊泡。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述发酵罐3为通风发酵罐、鼓泡发酵罐、气升式发酵罐,或喷嘴环流式发酵罐。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤1)中所述对数生长期的细菌的OD600值为0.3-0.8;步骤2)中所加磷酸盐缓冲液或无菌生理盐水的量与菌体总量的比例为每1ml溶液含有的菌量为OD600值20-80。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤3)中辐照后菌液离心的速率为100-10000g;离心时间为10-60min。
8.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤4)中高速离心的速率为5000-25000g;离心时间为10-100min。
9.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤5)中超高速离心的速率为5000-150000g;离心时间为60-600min。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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