大腸桿菌屬于革蘭氏陰性菌，屬于安全的重組菌類，因為其分子遺傳學背景清楚，代謝可塑性強，異源蛋白表達效率高，且繁殖迅速、培養(yǎng)工藝簡單成熟，容易實現(xiàn)高密度發(fā)酵等優(yōu)點，長期以來是科學研究與工業(yè)生產的常用重組菌之一。大腸桿菌宿主菌應用較成熟的有：BL21系列、JM109系列、W3110系列和K802系列等，常用的啟動子有Ptrp、Ppho、PL、PR、Plac等，質粒如pET、pBV220、pRK1、pRLK14等(1)。
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影響重組大腸桿菌穩(wěn)定性的因素有重組策略，重組元件即宿主菌、載體質粒與外源基因。是在現(xiàn)有途徑中做代謝流修改還是直接另起爐灶開辟新的代謝流，是重組策略；是將外源基因直接插入染色體還是采用載體質粒攜帶，是重組策略；是采用單一大質粒一次轉入還是采用兩個獨立的小質粒分步轉入，甚至基因間的不同排序與組合，也是重組策略；如何誘導表達也是重組策略。選用哪個已知的外源基因序列，選用哪個載體質粒，選用哪個宿主菌，是重組元件的選擇。一般選用稀有密碼子較少的，GC含量稍低的，表達的蛋白酶專一性合適的外源基因序列；一般選用具有合適拷貝數(shù)，合適啟動子與終止子的載體質粒；一般選用適合酶的內外分泌，利于酶與起始物及中間體接觸的，重組蛋白不易受大腸桿菌內源性蛋白酶降解的底盤作為宿主菌。重組策略與重組元件選擇都屬于分子級內容，這是重組大腸桿菌的根本。不同的重組結果得到表達的酶的活力、穩(wěn)定性完全不同，這也就造就了重組菌不同的代謝效率與代謝穩(wěn)定性。
影響重組大腸桿菌穩(wěn)定性的因素還有發(fā)酵策略，發(fā)酵方式與培養(yǎng)控制條件。在發(fā)酵產物為小分子油性物質時，使用不能代謝的油性類似物作為萃取劑，加入發(fā)酵體系中萃取細胞內產物，降低重組菌細胞內產物積累，促使產物持續(xù)高強度合成屬于發(fā)酵策略；指數(shù)生長期前后采用誘導劑啟動誘導，或者是在產物積累后期采用升溫轉化，也屬于發(fā)酵策略。是采用滲透提取的連續(xù)發(fā)酵還是采用分批（補料）發(fā)酵，是發(fā)酵方式的選擇。發(fā)酵培養(yǎng)過程中的溫度、pH、殘?zhí)?，及種子量、基礎培養(yǎng)基與補料控制屬于培養(yǎng)控制條件范疇。一般溫度過高，比生長速率較高，外源基因片段易變異，外源質粒異丟失，而溫度過低呢，又影響前體的產生與體系整體能量的供給；一般低pH控制體系的乙酸濃度與銨離子濃度都相對較低，利于異源酶的表達與代謝活性，而pH過低呢又不利于多數(shù)酶促反應；一般地在發(fā)酵早期，低葡萄糖濃度條件下，乙酸可以再被利用，但過低的碳氮比又會影響代謝流，且更不利于帶質粒重組菌的生長。種子量、基礎培養(yǎng)基與補料等，通過培養(yǎng)過程中的比生長速率不同而影響重組大腸桿菌的穩(wěn)定性，都需控制在合適范圍內。
發(fā)酵時控制重組大腸桿菌不穩(wěn)定性，重要的是對重組菌的一些選擇策略。如首選將外源基因直接整合到宿主的染色體上，從根本上消除質粒不穩(wěn)定性的重組菌進行放大；如選用在質粒載體中引入質粒丟失細胞的條件致死基因，可有效殺死質粒丟失的空載細胞的重組菌；選用在外源基因表達系統(tǒng)構建過程中引入可控的復制子和啟動子，以減少減少由于重組分子大量擴增及目的產物過量表達對受體細胞正常代謝的干擾的重組菌等。
提高重組大腸桿菌的發(fā)酵水平，需要首先考慮并控制重組大腸桿菌的穩(wěn)定性，在培養(yǎng)過程中通過控制誘導水平和細胞比生長速率而提升重組菌的穩(wěn)定性。再通過提高重組菌生長OD和提高單位菌體生產強度來提高大腸桿菌的發(fā)酵水平(2)，這也是合成生物學菌株改造后篩菌選菌的表觀指標。即在選菌之初就選擇OD生長較高的、單位菌體生產強度較大、穩(wěn)定性較好的重組菌株。再改善影響條件和優(yōu)化發(fā)酵工藝后提高重組大腸桿菌的發(fā)酵產出。
參考文獻：
1. <重組大腸桿菌發(fā)酵表達及代謝調控研究進展.pdf>.
2. <基因工程重組大腸桿菌發(fā)酵生物量產出的影響因素評估.pdf>.
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