Rekommenderade startkoncentrationer för E. coli high-cell-density-fermentering – en litteraturöversikt

Bakgrund

Det finns inte en enda litteraturkälla som anger en universell 'bästa' startkoncentration för samtliga komponenter i E. coli high-cell-density-fermentering. Istället är det mer praktiskt att utgå från etablerade recept för definierade eller semidefinierade medier som används i högdensitetsodlingar. Main culture medium innehåller vanligen antingen ammoniumsulfat eller ammoniumklorid som oorganisk kvävekälla – de två salterna används sällan samtidigt. Om pH regleras med ammoniumhydroxid kan en betydande del av kvävebehovet tillgodoses via baslösningen, vilket minskar behovet av hög startkoncentration i bulkmediet.

Sammanfattande tabell

Komponent	Medium/exempel	Arbetskoncentration (g/L)	Ungefärlig mM	Kommentar
MgSO₄	M9/M63 minimalmedier; vanligen 1 mM	MgSO₄ (vattenfritt) ca 0,12 g/L; MgSO₄·7H₂O ca 0,25 g/L	ca 1 mM	Standardstartvärde; även semidefinierade medier använder 0,24 g/L
MgSO₄	Semidefinierat högdensitetsmedium för E. coli DH5α	0,24 g/L	ca 0,97–2,0 mM (beroende på hydratform)	Litteraturen anger ofta inte hydratiseringsgraden – mM måste beräknas utifrån vald form
(NH₄)₂SO₄	M63 minimalmedium (1×)	2,0 g/L (5× M63 innehåller 10 g/L)	ca 15,1 mM (NH₄)₂SO₄; ca 30,3 mM NH₄⁺	Representativt minimalmedium med ammoniumsulfat
NH₄Cl	M9 minimalmedium (1×)	1,0 g/L (5× M9 innehåller 5 g/L)	ca 18,7 mM NH₄Cl/NH₄⁺	Representativt minimalmedium med ammoniumklorid
NH₄Cl	Semidefinierat högdensitetsmedium för E. coli	1,5 g/L	ca 28,0 mM	Formuleringen inkluderar glukos, fosfatbuffert, NaCl, MgSO₄, NH₄Cl och jästextrakt
Vitaminer: tiamin-HCl	E. coli high-density fed-batch (applikationsnot) – endast stocklösning angiven	Otillräcklig information i sökresultaten	Otillräcklig information	Tiamin-HCl stock 5 g/L nämns, men slutkoncentration i medium saknas
Vitaminer: jästextrakt (komplex källa)	Semidefinierat högdensitetsmedium	12 g/L	Inte tillämpligt	Jästextrakt är en komplex blandning och kan inte omvandlas till mM för en enskild vitamin

Viktiga observationer

• Val av kvävekälla: M9-typmedium använder NH₄Cl, medan M63-typmedium använder (NH₄)₂SO₄. Dessa är alternativa kvävekällor, inte en kombination .
• Högdensitetsfed-batch: Vid fed-batch-processer är startkoncentrationen av kväve i batchmediet inte nödvändigtvis avgörande, eftersom kväve ofta tillsätts kontinuerligt via baslösning (NH₄OH) eller i feed-lösningen. Standardstrategin för högdensitetsodling är just fed-batch, inte enbart batchmedium .
• Praktiska startintervall:
  • MgSO₄: ca 1–2 mM.
  • NH₄Cl: ca 19–28 mM.
  • (NH₄)₂SO₄: ca 15 mM.
  • Vitaminer: Om en komplex källa används, kan jästextrakt i intervallet 5–12 g/L vara en bra startpunkt. För ett helt definierat medium (t.ex. tiamin-HCl) krävs en specifik litteraturgenomgång eller Design of Experiments (DOE) för att fastställa en optimal koncentration, eftersom de tillgängliga källorna inte ger ett entydigt intervall .