微生物發(fā)酵項目放大是把實(shí)驗室研究探索階段的菌株及對應的工藝，經(jīng)過(guò)或者不經(jīng)過(guò)中間放大，選擇合適的設備、管道布局及環(huán)境，應用于工業(yè)化生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程。技術(shù)層面，這個(gè)過(guò)程是非線(xiàn)性放大過(guò)程，實(shí)驗室研究成果僅為基礎，與最終工業(yè)化的工藝可能相差甚遠；系統層面，這個(gè)過(guò)程是一個(gè)各要素協(xié)同與逐步形成系統的過(guò)程，工業(yè)化生產(chǎn)涉及的寬度較大，故此微生物發(fā)酵項目放大對負責人的要求較高。
在項目選題時(shí)，負責人需了解法規，并有準確的判斷能力
曾經(jīng)碰到一個(gè)項目負責人，拿著(zhù)一個(gè)限制類(lèi)的維生素菌種，以為其技術(shù)指標比較先進(jìn)，租賃廠(chǎng)房放大生產(chǎn)，最后項目沒(méi)有成功。這樣的老項目新菌種，如果在國家的產(chǎn)業(yè)目錄中屬于限制類(lèi)，需要有以前的產(chǎn)能對應縮減轉移許可才有可能立項?？煽紤]作為技術(shù)升級比較合適，而再另起爐灶就不太合適了。
近年隨著(zhù)合成生物學(xué)蓬勃發(fā)展，各項法規也逐步放開(kāi)。有個(gè)植物提取生產(chǎn)工藝的某個(gè)萜烯曾經(jīng)是國家二類(lèi)抗癌藥物，近年通過(guò)合成生物學(xué)“不種而獲”的創(chuàng )新工藝，利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的產(chǎn)物作為注射主成分，已有企業(yè)獲得國家藥品審評中心的臨床申請，有望成為國內第一個(gè)合成生物學(xué)來(lái)源的植物天然產(chǎn)物新藥。這樣的新項目新工藝發(fā)展前景就很大。筆者手頭上就有產(chǎn)量很高、轉化率較高的菌株。
筆者認為，可以從技術(shù)成熟度、產(chǎn)業(yè)規?；?、商業(yè)替代性三個(gè)維度判斷選題是否成功，其中技術(shù)成熟度考慮的是改造菌種的穩定性與發(fā)酵工藝的可行性，產(chǎn)業(yè)規?；紤]的是工藝放大參數化與產(chǎn)品純化可控性，商業(yè)替代性考慮的是新需求的孵化性與產(chǎn)品本身難替代。在時(shí)間維度下，這些都考驗項目負責人的判斷能力。
在項目確定后，負責人需有很深的專(zhuān)業(yè)功底支撐起發(fā)酵工藝評價(jià)
發(fā)酵工藝評價(jià)包括項目工藝完整性與發(fā)酵指標綜合性評價(jià)，項目工藝完整性指除了發(fā)酵穩定性外，還有前端的菌種及后端的提取純化；發(fā)酵指標綜合性評價(jià)指除了最高產(chǎn)量外，還有對應的發(fā)酵周期、產(chǎn)物轉化率等。
也有個(gè)項目負責人，拿著(zhù)一個(gè)氨基酸菌種做項目，最后項目沒(méi)有成功。當時(shí)市場(chǎng)上成熟的工業(yè)產(chǎn)量在20-30g/l，其菌株小試得50g/l目標產(chǎn)物，自以為其技術(shù)指標“先進(jìn)”，缺乏前置的工藝完整性評價(jià)與發(fā)酵指標的綜合性評價(jià)。事后對比，一是菌株比原菌株穩定性差，因質(zhì)粒的不穩定性導致放大時(shí)出現批間高低起伏太大，發(fā)酵重復性差；二是提取純化工藝未考慮除鹽步驟，導致最后成品的灼燒殘渣及重金屬兩項指標穩定性差，出現不合格產(chǎn)品頻次高，在工藝完整性評價(jià)方面沒(méi)有優(yōu)勢。再有，一是原來(lái)成熟工藝對應的發(fā)酵周期是35h左右，而新菌株工藝對應的發(fā)酵周期50h甚至更長(cháng)至90h；二是原成熟菌株工藝補料用的是50%的糖化液，而新菌株工藝補料用的是70%的葡萄糖溶液，即使新菌株工藝得50g/l的產(chǎn)量，但其糖轉化率與成熟菌株的糖轉化率相當，單位產(chǎn)品的動(dòng)力成本也相當，在發(fā)酵指標綜合性評價(jià)方面沒(méi)有明顯的優(yōu)勢。
近年合成生物學(xué)中的一些雙相發(fā)酵工藝，如果通過(guò)基因改造構建了一個(gè)新菌株后，未有考量菌種的穩定性、耐受性，未有對下游的分離純化工藝的配套研究，未多維度考量比對其他一些質(zhì)量技術(shù)成本指標，這將給放大帶來(lái)很高的風(fēng)險。這就要求放大負責人有很深的專(zhuān)業(yè)功底，支撐項目工藝完整性評價(jià)與發(fā)酵指標綜合性評價(jià)。
在項目實(shí)施后，負責人需有豐富實(shí)踐經(jīng)驗便于及時(shí)應對異常
由于基礎的菌體生理特性研究和工業(yè)放大特性數據的線(xiàn)性不對應，造就基礎研究與最終的工業(yè)放大脫節。微生物發(fā)酵項目每一步放大都是理論與實(shí)踐的一次探索，在項目實(shí)施過(guò)程中，工藝的欠缺可以通過(guò)改善反應器、附屬件及管道布局來(lái)彌補，反應器的不足與放大效應也可以通過(guò)微調整工藝來(lái)適應。
這其中的關(guān)鍵就是及時(shí)發(fā)現異常、應對異常。涉及設備、工藝、物料等多維度，也涉及分子、發(fā)酵、物化膠化等多層面，還涉及到意識、能力與經(jīng)驗。比如確保無(wú)雜菌時(shí)的綜合分析與解決，比如不同發(fā)酵工藝對應的雜質(zhì)時(shí)的比較與考量，比如解決發(fā)酵液粘度與乳化問(wèn)題等等。
微生物發(fā)酵項目放大是一門(mén)科學(xué)，也可能是一門(mén)藝術(shù)，涉及多學(xué)科的綜合與多維度的考量。微生物發(fā)酵項目放大對負責人要求較高，需要有生物、工程、分析等學(xué)科的廣度基礎，也需要有一定的法規、工藝、設備等多維度的把控能力，還需要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗。
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