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肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）可引发多种疾病，其荚膜多糖（CPS）是疫苗开发关键分子。研究人员采用 OFAT、Plackett-Burman 和 RSM 设计优化发酵培养基及条件，使 CPS 产量显著提高，为疫苗生产奠定基础。
在微生物的神秘世界里，肺炎链球菌（
Streptococcus pneumoniae）就像隐藏在暗处的 “杀手”，悄无声息地威胁着人类的健康。它是社区获得性肺炎的主要致病菌，不仅如此，还会引发支气管炎、中耳炎、败血症和脑膜炎等严重疾病，让无数患者陷入病痛的折磨。而肺炎链球菌的致病性，和它身上的一层 “铠甲”—— 荚膜多糖（Capsular Polysaccharide，CPS）密切相关。这层 “铠甲” 不仅能帮助细菌抵御人体免疫系统的攻击，还能作为抗原激发人体产生保护性抗体，因此成为了疫苗开发的关键目标分子。
然而，在生产 CPS 的过程中，却遇到了不少难题。传统的发酵培养基配方生产出的 22F 型肺炎链球菌 CPS 产量较低，无法满足日益增长的疫苗生产需求。而且，以往常用的单因素实验法（One Factor At A Time，OFAT）在优化培养基时，存在效率低、成本高、无法考虑各因素间相互作用等问题，很难找到真正的最优条件。在这样的背景下，为了攻克这些难题，来自未知研究机构的研究人员开展了一项意义重大的研究。
研究人员采用质量源于设计（Quality by Design，QbD）的理念，运用集成统计设计方法，对发酵培养基和发酵条件进行优化，旨在提高 22F 型肺炎链球菌的 CPS 产量。这项研究成果发表在《Carbohydrate Polymers》上，为肺炎链球菌疫苗的研发和生产带来了新的曙光。
在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：首先使用 OFAT 法对不同的碳源和氮源进行初步筛选；接着采用 Plackett-Burman（PB）设计对大量因素进行分析，从中找出关键因素，同时排除不重要的因素；最后利用响应面法（Response Surface Methodology，RSM）中的中心复合设计（Central Composite Design，CCD）对筛选出的关键因素进行浓度优化。在整个研究过程中，从摇瓶实验开始，逐步放大到批发酵和补料分批发酵，对温度、pH、搅拌、通气等关键工艺参数进行系统优化。
研究结果主要分为以下几个部分：
- 碳源和氮源筛选：通过 OFAT 实验筛选不同的碳源和氮源，初步确定了对 CPS 产量有影响的碳、氮源种类，为后续实验奠定基础。
- 关键因素确定：利用 PB 设计实验，研究人员对多种宏量和微量营养元素进行筛选，找出了对 CPS 产量影响显著的因素，如酵母提取物、L - 半胱氨酸等，明确了后续优化的重点。
- 浓度优化：运用 CCD 实验设计，对筛选出的关键因素的浓度进行精细调整，得到了这些因素的最佳浓度组合，进一步提高了 CPS 产量。
- 发酵工艺优化：将优化后的培养基应用于批发酵和补料分批发酵，在优化的工艺条件下，CPS 产量大幅提升。最终，批发酵的 CPS 产量达到 819mg/L，补料分批发酵的产量更是高达 1860mg/L，实现了产量的显著增长。
在研究结论和讨论部分，研究人员成功运用集成统计设计优化了发酵培养基和条件，显著提高了 22F 型肺炎链球菌的 CPS 产量。这一成果不仅为 22F 型肺炎链球菌疫苗的生产提供了更高效、更经济的方法，也为其他血清型肺炎链球菌的培养基优化和疫苗生产提供了宝贵的借鉴经验。同时，该研究遵循 QbD 理念，符合监管要求，有助于推动整个肺炎链球菌疫苗产业的发展，对有效预防肺炎链球菌疾病具有重要意义。
