工业中的大肠杆菌
一、大肠杆菌的简介
大肠杆菌（Escherichia coli，缩写：E. coli），属于是肠杆菌科--埃希氏菌属的一个物种，为人和动物肠道中的一种细菌，主要寄生于大肠内而得名。
大肠杆菌是一种两端钝圆、能运动、无芽孢的革兰氏阴性、兼性厌氧、杆状细菌，它是一种化学营养型，其化学成分确定的培养基必须包含碳源和能源。大肠杆菌是研究最广泛的原核模式生物（model organism），也是生物技术和微生物学领域的重要物种，在重组 DNA的大部分工作中，它都是宿主生物。（摘自维基）
通过添加异源反应（heterologous reactions），在以葡萄糖为底物，理论上可以在大肠杆菌中生产总共 1777 种非天然产物，其中论文的笔者认为，279 种非天然产物具有商业应用。我们快译下FDA公布的通过大肠杆菌研究生产的药物品种的数据，就知道，仅药物就有这些：
如果仅利用大肠杆菌自身代谢途径。天然的就可以生产丁二酸、丙酮酸、L-苏氨酸、L-缬氨酸等代谢产物。但毕竟大肠杆菌自身基因有限，引入异源基因将获得自身代谢途径之外的产物。比如，在产1,3-丙二醇大肠杆菌细胞工厂中引入了来源于酿酒酵母的甘油-3-磷酸脱氢酶、甘油-3-磷酸酶以及肺炎克雷伯氏菌的甘油脱水酶。下面的酶，查证了下，也都能通过大肠杆菌实现工业化生产。
除了上面已经工业化生产的产品，当然，还有很多热门，包括：可降解材料聚羟基脂肪酸酯 (Polyhydroxyalkanoates，PHA)，生物刺激素5-氨基乙酰丙酸 (5-Aminolevulinic acid，5-ALA) ，等等。由于知识有限，不能逐一列出，但从中可以看出，通过大肠杆菌或者改造后的大肠杆菌进行商业化生产的空间和潜力，还大有空间。
大肠杆菌廉价、高效，组织下它的特性数据，可能可以加深对它的了解。
1、细胞通常呈杆状，长约 2.0 μm，直径约 0.25–1.0 μm，细胞体积为 0.6–0.7 μm。
2、在有利的条件下，复制只需 20 分钟。
3、大肠杆菌具有三种天然糖酵解途径：EMPP、EDP和OPPP。OPPP是Pentose phosphate pathway的缩写，戊糖磷酸途径（也称为磷酸葡萄糖酸盐途径）；EDP是Entner–Doudoroff pathway的缩写，在革兰氏阴性菌、某些革兰氏阳性菌和古细菌中最为显着，它和EMPP（Glycolysis，糖酵解）一样，将葡萄糖分解代谢为丙酮酸，下图为EMPP的步骤：
在大肠杆菌中，葡萄糖代谢主要依赖于 EMPP （红色）和 OPPP（橙色），而 EDP （蓝色）主要保持无活性，除非在与葡萄糖酸盐一起生长期间。下图是三种葡萄糖分解代谢途径之间通量的分布，图中表格是三种途径之间的估计通量比。
4、大肠杆菌可以在多种底物上生存，并在厌氧条件下使用混合酸发酵，产生乳酸、琥珀酸、乙醇、乙酸和二氧化碳。
5、分解代谢抑制。细胞通常会首先消耗产生最高生长速率的糖，然后是产生次高生长速率的糖，依此类推。细胞确保它们有限的代谢资源被用于最大化生长速度。大肠杆菌的一个常用例子涉及细菌在葡萄糖和乳糖上的生长，其中大肠杆菌会在消耗乳糖之前消耗葡萄糖。
6、大肠杆菌的最佳生长温度为 37 °C，但有发现一些菌株可以在49℃存活；
四、工业大肠杆菌产品的一些注意事项
基因编辑以及合成生物技术的涌现，发酵罐产水平越来越高，对生产管理和装备技术的要求也越来越高，对此，我们提几点建议，供参考：
1、大肠杆菌复制快，需要更多的碳源、氮源和压缩空气等，这时候，如果能开发廉价的原材料作为培养基，又或者提高氧气的体积传质系数KLa，将大大降低生产成本。据说下面的空气分布器的使用效果，减少了近20%的功率损耗；
2、大肠杆菌可以被一些原生生物吃掉，也可以被噬菌体瓦解掉。工业中，尤其应该注意对噬菌体的防范。这其实也并不难，管好压缩空气和用对连消系统等等，源头受控，做好发酵罐本体的灭菌，这样就确保整个发酵过程无菌边界的安全无忧了；
3、对于已经在运行的生物发酵工厂，如果存在污染严重的问题（从朋友那里听说，某工厂的某产品居然有超过20%的污染率），应当有壮士断腕的决心，从头到脚，运用更高的技术和检测手段，找到问题，并让专业的公司进行修正，尽快确保生产的正常运行。如果连分辨一家公司专业与否的能力都已经丧失，只剩下了政治和官僚，那就只有活该被超越了。
注：文章中只不过是从众多课程资源和教材中整理的部分信息，更多的资源，我们愿与企业一起分享、学习，助力企业的壮大。
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