低成本疫苗量产破局：统计学设计优化培养基，牲畜疫苗成本直降81%

引言：

在畜牧业中，出血性败血症（Hemorrhagic Septicemia, HS）是一种由多杀性巴氏杆菌（Pasteurella multocida）引起的急性、高致死性传染病，尤其对水牛和黄牛造成严重威胁，每年导致巨大的经济损失。疫苗接种是控制该病最有效的手段，然而传统疫苗生产成本高、保护期短，限制了其广泛应用。

近期，发表于《生物催化与农业生物技术》的一项研究带来突破性进展。由马来西亚沙巴大学与普特拉大学合作的研究团队，利用先进的统计实验设计方法，成功优化出适用于gdhA减毒多杀性巴氏杆菌B:2疫苗生产的高效低成本培养基，不仅显著提升菌体产量，更将生产成本大幅降低八成以上，为疫苗商业化与普及化注入强心剂。

关键发现：

1、传统疫苗生产的成本之困

目前，用于生产gdhA减毒活疫苗的常规培养基多为商业化的脑心浸出液（BHI）等复杂培养基，每升成本高达11美元。这使得疫苗生产成本居高不下，尤其对于资源有限的畜牧业地区而言，难以承担。如何在不影响疫苗效力的前提下，降低生产成本，成为推动该疫苗走向市场的关键瓶颈。

2、统计学方法引领的培养基“精准配方”

图1 多杀性巴氏杆菌B:2中 gdhA 衍生品生物量生成的相互作用响应面图

图 2 采用响应面法优化的培养基成分对多杀性巴氏杆菌B:2的 gdhA 衍生品的生物量浓度进行时间进程研究 

研究团队摒弃传统的“一次一因素”试错法，转而采用响应面法（RSM） 结合中心复合设计（CCD），对培养基中四种关键成分-酵母提取物、葡萄糖、氯化钠和磷酸二氢钠-进行系统优化。

通过30组精心设计的实验，团队深入分析了各成分及其交互作用对菌体生物量的影响。结果发现：

（1）酵母提取物是最关键的氮源，其浓度在5-20 g/L范围内与生物量产量正相关。

（2）葡萄糖作为最佳碳源，与酵母提取物协同作用，显著促进菌体生长。

（3）氯化钠和磷酸二氢钠则需精确控制，浓度过高反而会抑制生长。

优化成果：产量提升35%，成本降低81%

经过模型预测与实验验证，最优培养基配方确定为：

酵母提取物：15.64 g/L

葡萄糖：1.91 g/L

氯化钠：3.06 g/L

磷酸二氢钠：2.48 g/L

使用该配方，菌体生物量从优化前的2.03 mg/mL提升至3.10 mg/mL，增幅达35%。时序研究进一步显示，在培养24小时后生物量达到峰值，证明该培养基支持菌体高效、快速生长。

更重要的是，新配方的原材料成本估算仅为每升2美元，相较于商用BHI培养基的11美元，成本直降81%。这种基于廉价成分的培养基，不仅经济效益显著，也确保了生产过程的可持续性与稳定性。

3、对疫苗产业与畜牧健康的深远影响

该研究的成功，不仅在于提供了一个具体的优化配方，更展示了一种可复制、高效率的培养基开发策略。RSM-CCD的运用，使得培养基设计从“经验主导”走向“数据驱动”，极大提升了开发效率与精准度。

对于疫苗产业而言，这意味着：

（1）规模化生产成为可能：低成本与高产量使得大规模疫苗生产在经济上可行。

（2）疫苗可及性提升：尤其有助于在发展中国家及乡村地区推广接种，保障牲畜健康。

（3）质量一致性增强：成分明确、比例优化的培养基有助于保证疫苗批间一致性，提升产品可靠性。

4、结语：从实验室走向市场的关键一步

这项研究通过巧妙的统计学工具，将基础微生物培养转化为一门精准的“营养设计学”，成功破解了gdhA减毒疫苗生产成本高昂的难题。它不仅为控制出血性败血症提供了切实可行的生产方案，也为其他兽用乃至人用活疫苗的培养基优化提供了宝贵范式。

随着该配方在未来中试与大规模发酵中的进一步验证，我们有望见证一款高效、廉价、易得的HS疫苗走向市场，为全球畜牧业筑起一道坚实的健康防线。

参考来源：

Siti Nur Hazwani Oslan, Jiun Shen Loo, Rosfarizan Mohamad, Siti Khairani Bejo, Mohd Zamri Saad, Optimization of medium formulations for biomass vaccine production of gdhA derivative Pasteurella multocida B:2 using statistical experimental design, Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, Volume 64, 2025, 103504, ISSN 1878-8181, https://doi.org/10.1016/j.bcab.2025.103504.