基于响应面方法的猪链球菌 31 型高密度发酵工艺优化与灭活疫苗保护性评价

《BMC Biotechnology》：High-density fermentation of Streptococcus suis serotype 31 for inactivated vaccine production

　　

摘要

猪链球菌31型（SS31）是一种在临床上重要的猪病原体，开发其灭活疫苗需要一个可扩展的培养工艺，并且需要证明由此产生的菌苗具有保护作用。然而，传统的培养工艺往往产生的生物量不足，而高效的高密度发酵可能会干扰决定疫苗质量的生理特性。在此，我们展示了一种基于响应面方法（RSM）的发酵到疫苗的战略，该战略优化了SS31的培养微环境，并评估了在优化条件下生产的菌苗的保护作用。单因素筛选和Box-Behnken建模确定葡萄糖、有机氮和新生牛血清是主要的生长变量，从而得到了一个优化后的配方，其中含有2.19克/升的葡萄糖、43.8克/升的有机氮和5.89%的牛血清。当将该工艺放大到14升的生物反应器中，并将残余糖控制在1-3克/升、pH值维持在7.2时，菌密度达到了1.51×10^10 CFU/毫升，大约是摇瓶培养结果的七倍。在优化培养基中培养的SS31的LD50估计值为2.50×10^6 CFU/小鼠，在Martin培养基中培养的SS31的LD50估计值为2.14×10^7 CFU/小鼠，这表明在实验条件下其毒力相关表型存在差异。这些估计值并未显示疫苗抗原的保留或增强。在测试的四种疫苗配方中，含有3×10^9 CFU等效物/毫升预灭活菌的铝佐剂疫苗在2个LD50剂量挑战后表现出最高的存活率（10/10只小鼠）。器官中的细菌负荷和组织病理学结果也进行了描述性评估。这些发现证明了在14升规模上进行SS31培养工艺的技术可行性，并支持进一步评估这种灭活疫苗对S. suis的效果。

图形摘要

猪链球菌31型（SS31）是一种在临床上重要的猪病原体，开发其灭活疫苗需要一个可扩展的培养工艺，并且需要证明由此产生的菌苗具有保护作用。然而，传统的培养工艺往往产生的生物量不足，而高效的高密度发酵可能会干扰决定疫苗质量的生理特性。在此，我们展示了一种基于响应面方法（RSM）的发酵到疫苗的战略，该战略优化了SS31的培养微环境，并评估了在优化条件下生产的菌苗的保护作用。单因素筛选和Box-Behnken建模确定葡萄糖、有机氮和新生牛血清是主要的生长变量，从而得到了一个优化后的配方，其中含有2.19克/升的葡萄糖、43.8克/升的有机氮和5.89%的牛血清。当将该工艺放大到14升的生物反应器中，并将残余糖控制在1-3克/升、pH值维持在7.2时，菌密度达到了1.51×10^10 CFU/毫升，大约是摇瓶培养结果的七倍。在优化培养基中培养的SS31的LD50估计值为2.50×10^6 CFU/小鼠，在Martin培养基中培养的SS31的LD50估计值为2.14×10^7 CFU/小鼠，这表明在实验条件下其毒力相关表型存在差异。这些估计值并未显示疫苗抗原的保留或增强。在测试的四种疫苗配方中，含有3×10^9 CFU等效物/毫升预灭活菌的铝佐剂疫苗在2个LD50剂量挑战后表现出最高的存活率（10/10只小鼠）。器官中的细菌负荷和组织病理学结果也进行了描述性评估。这些发现证明了在14升规模上进行SS31培养工艺的技术可行性，并支持进一步评估这种灭活疫苗对S. suis的效果。

图形摘要