发酵生产中噬菌体污染与防治

Industrial Sensors ｜ 工品在线

If you  can manage it, you can improve it

“能管理，才能提高”

导  读 

噬菌体是感染细菌、真菌、藻类 、放线菌或螺旋体等微生物的病毒的总称，因部分能引起宿主菌的裂解，故称为噬菌体。噬菌体特别之处是专以细菌为宿主。跟别的病毒一样，噬菌体只是一团由蛋白质外壳包裹的遗传物质，大部分噬菌体还长有“尾巴”，用来将遗传物质注入宿主体内。噬菌体是侵袭细菌的病毒，也是赋予宿主菌生物学性状的遗传物质。噬菌体必须在活菌内寄生，有严格的宿主特异性，其取决于噬菌体吸附器官和受体菌表面受体的分子结构和互补性。噬菌体浸染就是发酵人的噩梦！一旦被噬菌体浸染，真是劳身伤神，浪费发酵原料，耽误正常生产工作。

噬菌体简介

噬菌体是自然存在于侵害细菌的病毒。数量惊人，据估计，地球上的噬菌体粒子数量约为 1031。噬菌体没有细胞结构，只有蛋白质外壳和核心遗传物质-DNA或RNA，部分噬菌体含有脂肪。不能独立生活．不能在人工培养基上生长，只能在特定寄生在特定宿主细菌中进行繁殖，并在此过程中对宿主细菌造成害。噬菌体的形态有三种：蝌蚪形，球形，纤线形。大小-20-200nm，可通过0.2µm的细胞过滤膜。

噬菌体对宿主的入侵模式是遗传物质（DNA/RNA）进入宿主细胞，噬菌体其他结构只是起到识别/粘附/帮助将DNA/RNA注入宿主细胞的作用。噬菌体与宿主的关系有两种：裂解性噬菌体和温和性噬菌体。裂解性噬菌体利用宿主细胞复制和装配子代噬菌体，并导致宿主细胞裂解死亡。温和性噬菌体是将其遗传物质整合到宿主遗传物质中，成为宿主遗传物质的一部分，与宿主细胞共存。温和噬菌体在一定条件下转变成裂解性噬菌体。

工业发酵中的噬菌体

噬菌体

噬菌体浸染就是发酵人的噩梦！一旦被噬菌体浸染，真是劳身伤神，浪费发酵原料，耽误正常生产工作。裂解性噬菌体摧毁发酵菌种，停止发酵作用。温和性噬菌体潜伏在发酵菌种细胞中，延缓菌种生长，延长发酵时间。由于噬菌体数量众多，所有依赖细菌活动的行业，包括工业发酵，始终面临着噬菌体感染的风险。由于噬菌体的污染，每年导致发酵行业损失估计几百亿，但由于企业保密的原因，真实的损失无法统计。预防噬菌体感染和在感染发生后能快速解决并迅速恢复生产，对于利用细菌进行生产的发酵企业的成功至关重要。

噬菌体染菌

一旦发酵菌浸染噬菌体后，就要从菌种，培养基，环境，发酵系统管路，地沟，污水池，排风口等进行全面的消毒排查，物理消毒方式通常很难将噬菌体消除，通常需要物理和化学方式相结合处理噬菌体污染。

设施中噬菌体的爆发始于初级污染，这与源于来源是设施外部的二次污染不同。细菌培养液OD值降低和起泡是生产菌株被噬菌体污染并裂解的特征。防止噬菌体从受感染的发酵罐中释放是避免二次污染的关键。噬菌体污染每年10月-次年3月是高发季节。干燥的气候有利于噬菌体的传播从而使噬菌体污染更容易爆发。

如果不能防止初次污染产生的噬菌体扩散，也不能有效地对设备进行消杀，极有可能发生二次污染。发酵设备中的噬菌体通常会不断进化，以提高在更短时间内产生更大爆发的能力，并在感染周期之间存活下来。二次污染中最严重的问题是设施受到污染。设施受到污染后即使是最小的泄漏也可能将数十亿个后代噬菌体带入设施环境，如果不能有效清洁会导致设施内的噬菌体负荷大幅增加，降低发酵成功的几率。设施污染后的所有后续发酵失败都是由初次污染时释放的噬菌体造成的。实施并优化噬菌体存在的检测方法和过程监控，以识别噬菌体引起的发酵异常。

噬菌体染菌表现

发酵菌体感染了噬菌体导致发酵不正常进行，甚至倒灌。其主要症状有:

1）菌体生长受到影响，发酵液(OD值)光密度不上升或回降；

2）pH逐渐上升；

3）氨利用停止；

4）糖耗、温升缓慢或停止；

5）产生大量泡沫，是发酵液呈黏胶状；

6）镜检时菌体数量显著减少，甚至找不到完整的菌体；

7）发酵周期延长、产物生成量减少或停止