研究背景与意义

出血性败血症（HS）是牛、水牛等反刍动物的“闪电杀手”，由 Pasteurella multocida B:2 引起，致死率近 100%，每年给东南亚及非洲畜牧业造成数亿美元损失。传统铝胶或油乳疫苗保护期短，且需加强免疫，野外使用受限。

马来西亚博特拉大学与沙巴大学联合团队 2010 年构建的 gdhA 缺失减毒株，经田间试验证实可提供 8–10 个月免疫期，是迄今最有希望的活疫苗候选株。然而，该菌工业化生产仍依赖昂贵的脑心浸液（BHI）培养基，成为落地“卡脖子”环节。如何用最便宜的碳氮源养出最多、最活的菌体，是全球兽医疫苗界的共同难题。

研究方法

研究者先以“单因素筛选”锁定酵母粉、葡萄糖、NaCl、NaH₂PO₄ 四个关键组分，再采用中心复合设计（CCD）构建 5 水平 4 因素响应面模型，共 30 组实验；以干重（DCW）为响应值，Design-Expert 6.0.6 拟合二次多项式，通过失拟检验、R² 与预测值/实测值比对验证模型可靠性。

研究结果分析

1.碳氮源筛选——“酵母粉 + 葡萄糖”黄金组合

表 2、3 显示：10 g/L 酵母粉组 DCW 达 2.03 mg/mL，比蛋白胨提升 56%，而 NH₄Cl、(NH₄)₂SO₄ 等无机氮源均 <1 mg/mL；碳源中，2 g/L 葡萄糖与酵母粉协同可达 2.03 mg/mL，蔗糖、白糖、可溶性淀粉仅 1.3–1.4 mg/mL，差异显著（p＜0.05）。

2.单因素浓度梯度——“高酵母、低糖盐”趋势初现

表 4 揭示：酵母粉 5→20 g/L，DCW 由 1.43 升至 2.83 mg/mL；葡萄糖 >3 g/L、NaCl >5 g/L 或 NaH₂PO₄ >2.5 g/L 均出现平台甚至下降，提示高渗透压或代谢副产物抑制。

3.CCD 响应面优化——模型预测 vs 实测高度吻合

图 1 a-c 的三维曲面直观呈现：

酵母粉与葡萄糖呈“抛物线”交互，峰值区 15–16 g/L 酵母、1.5–2 g/L 糖；酵母粉与 NaCl 呈“一升一降”格局，高酵母（20 g/L）+ 低盐（3 g/L）时 DCW 突破 2.5 mg/mL；酵母粉与磷酸盐同样“高-低”搭配最佳。30 号验证实验（中心点）实测 DCW 3.10 mg/mL，与模型预测 3.03 mg/mL 相差仅 2.3%（p>0.05），R²=0.844，失拟 F=1.02（p=0.526），证明模型可信。

4.时序曲线——24 h 达峰，活菌与干重同步增长

图 2 显示，优化基质量 12 h 进入对数期末（2.23 mg/mL），24 h 达最高 2.83 mg/mL；同步 OD600 与 log₁₀CFU 线性相关（R>0.98），表明菌体活性与密度同步提升，无“空囊”现象。

结论与展望

本研究首次将 RSM-CCD 引入 gdhA 缺失 P. multocida B:2 疫苗 biomass 工艺优化，确立“酵母粉 15.64 g/L + 葡萄糖 1.91 g/L + NaCl 3.06 g/L + NaH₂PO₄ 2.48 g/L”的低成本配方，实现：生物量由 2.03 提升至 3.10 mg/mL（+35%）；培养基成本下降 81%（11→2 USD/L）；二次模型可靠预测，为放大生产提供数字孪生依据。

未来工作将聚焦三点：50–500 L 发酵罐逐级放大，验证溶氧、补料策略对活菌数与免疫原性的影响；以连续或分批补料方式进一步挖掘 20%–30% 产量潜力；结合冻干保护剂与无动物源替代碳氮源，打造全素食、可常温储运的“新一代 HS 活疫苗”，助力东南亚与非洲广大小农户“用得起、打得赢”出血性败血症。

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参考来源：

https://doi.org/10.1016/j.bcab.2025.103504