研究背景

出血性败血症（HS）由多杀性巴氏杆菌引起，导致牛、水牛等反刍动物急性死亡，给畜牧业造成巨大经济损失。接种疫苗是防控关键，其中gdhA基因缺失的减毒多杀性巴氏杆菌B:2型疫苗因能提供8-10个月herd immunity且保护效果优异，成为重要候选。但该疫苗大规模生产依赖昂贵的脑心浸液（BHI）培养基，成本高达11美元/升，制约了在资源匮乏地区的普及。同时，现有培养基生物量产量低，难以满足商业化需求。因此，开发低成本、高效的培养基配方，通过优化营养成分提高菌株生物量，对推动该疫苗产业化、提升HS防控能力至关重要。

研究方法

研究以gdhA缺失的多杀性巴氏杆菌B:2型为对象，首先筛选最优氮源和碳源：测试酵母提取物、蛋白胨、氯化铵、硫酸铵4种氮源（10 g/L），以及葡萄糖、蔗糖、白砂糖、可溶性淀粉4种碳源（2 g/L），通过测定600 nm处光密度（OD）和干细胞重量（DCW）评估生物量。随后优化关键成分浓度：调整酵母提取物（5-20 g/L）、葡萄糖（1-4 g/L）、氯化钠（3-7 g/L）、磷酸钠（2.0-4.0 g/L）浓度，确定适宜范围。最后采用响应面法（RSM）的中心复合设计（CCD），以4种成分为变量，设5个水平，进行30组实验，通过Design-Expert软件分析数据，建立二次多项式模型，确定最优配方并验证。同时进行时间进程研究，监测24 h内生物量变化。

研究结果

氮源和碳源筛选结果显示，酵母提取物作为氮源时生物量最高（2.03±0.15 mg/mL），显著高于蛋白胨（1.30±0.26 mg/mL）和无机氮源（<1.0 mg/mL，p<0.05）；以酵母提取物为氮源时，葡萄糖作为碳源效果最佳（2.03 mg/mL），蔗糖、白砂糖等效果较差（p<0.05）（表2、表3）。

关键成分浓度优化发现，酵母提取物浓度升高（5-20 g/L）显著提升生物量（1.43-2.83 g/L，p<0.05），而过高的葡萄糖、氯化钠和磷酸钠会抑制生长（表4）。

中心复合设计（CCD）分析显示，最优配方为酵母提取物15.64 g/L、葡萄糖1.91 g/L、氯化钠3.06 g/L、磷酸钠2.48 g/L，此时生物量达3.10 mg/mL，较未优化培养基（2.03 mg/mL）提升35%。模型拟合良好（R²=0.8440，p<0.05），响应面图（图1a-c）显示酵母提取物与其他成分的交互作用对生物量影响显著（表5、表6）。

时间进程研究表明，24 h时生物量达峰值（2.83 mg/mL），且细胞活力与OD₆₀₀呈线性相关（图2）。

结论与展望

本研究成功优化出低成本高效的兽用出血性败血症疫苗培养基，生物量提升35%，成本降至2美元/升，较BHI培养基降低81%，为疫苗规模化生产奠定基础。这一成果突破了传统昂贵培养基的限制，利于资源匮乏地区推广，助力提升畜牧业HS防控能力。从农业微生物角度，酵母提取物的高效应用为其他兽用疫苗培养基优化提供了借鉴，证明天然营养物质在微生物培养中的巨大潜力。未来可探索连续发酵等工艺进一步提升产量，测试该配方对其他巴氏杆菌菌株或疫苗生产的适用性，加速产业化转化，推动全球畜牧业健康可持续发展。

参考文献：

OSLAN S N H,LOO J S,MOHAMAD R,et al.Optimization of medium formulations for biomass vaccine production of gdhA derivative Pasteurella multocida B:2 using statistical experimental design [J].Biocatalysis and Agricultural Biotechnology,2025,64:103504.