综述：工程化自溶的新方法：生物制品回收的可扩展替代方案

这篇综述深入探讨了利用自溶（autolysis）技术替代传统细胞裂解方法（如匀浆homogenisation或化学裂解chemical lysis）的潜力，重点解决其在生物工艺（bioprocessing）中面临的三大挑战：基因表达泄漏（leaky expression）、裂解效率不足及规模化难题，为生物制品（如核酸、生物聚合物biopolymers和敏感蛋白）的温和高效回收提供了创新思路。

　　

核心组件与原理

自溶系统的核心由裂解蛋白（lytic protein）和诱导型启动子（inducible promoter）构成。当环境信号触发启动子时，裂解蛋白表达并破坏细菌细胞膜或细胞壁（如革兰氏阴性菌的三层屏障：内膜、肽聚糖壁和外膜），释放胞内产物。这一过程避免了传统方法因剪切力（shear forces）或化学试剂导致的产物损伤，尤其适用于核酸（易被机械力降解）和敏感蛋白（易聚集aggregation）。

现存挑战

1. 基因泄漏问题：基础表达（leaky expression）的裂解蛋白会抑制宿主菌生长，降低发酵性能。

2. 效率瓶颈：自溶的产物释放率常低于匀浆（homogenisation），尤其在复杂产物如包涵体（inclusion bodies）回收中。

3. 规模化障碍：现有研究多局限于实验室规模，缺乏对工业级参数（如比生长速率specific growth rate、诱导剂feed rate）的系统优化。

解决策略

• 抑制泄漏：采用双启动子串联（如T7/lacO复合系统）或蛋白质降解标签（degron tags）严格调控裂解蛋白表达。

• 提升效率：联合使用多种裂解蛋白（如噬菌体ΦX174 E溶素与内溶素endolysin）协同破坏细胞壁，或优化诱导时机（如延迟至发酵后期）。

• 规模适配：通过多变量回归分析（multilinear regression）确定关键参数，如Ehgartner团队证明L-阿拉伯糖（L-arabinose）投加速率显著影响裂解效率。

应用前景

自溶技术可整合发酵与裂解步骤，简化生物工艺（减少单元操作unit operations），降低成本与能耗。其在细菌幽灵疫苗（bacterial ghost adjuvants）、合成微生物群落（synthetic consortia）及靶向给药（targeted drug delivery）中的成功案例，预示了广阔的工业化潜力。未来需结合动态调控（dynamic control）和计算建模（如代谢通量分析flux balance analysis），进一步推动该技术的标准化与普及。