Produksi DNA plasmid (pDNA) bergantung pada rekombinasi genetik, yang melibatkan penyambungan gen target dan elemen lain untuk membentuk struktur melingkar yang tertutup secara kovalen. Fermentasi dengan kepadatan sel tinggi Escherichia coli dan pemurnian adalah cara utama untuk menghasilkan pDNA.

Perkembangan terapi sel dan gen (CGT) dan mRNA telah membawa lebih banyak kemungkinan untuk mencegah penyakit epidemi dan mengobati penyakit langka. Produksi industri CGT dan mRNA memerlukan pDNA berkualitas tinggi. Oleh karena itu, fermentasi yang dioptimalkan E. coli dan hasil pDNA yang tinggi sangat penting untuk efektivitas biaya vaksin/obat CGT dan mRNA.

1. Meningkatnya permintaan pDNA

Menurut Laporan Pasar Manufaktur Plasmid DNA AS, pasar CGT diperkirakan akan tumbuh dari USD 7.2 miliar pada tahun 2023 menjadi USD 23.3 miliar pada tahun 2028. Selain itu, terapi gen akan menjadi arah dominan CGT. Semakin banyak terapi CGT yang disetujui untuk diluncurkan ke pasar, dan lebih banyak jalur produksi yang memasuki fase klinis. Akibatnya, permintaan pDNA melonjak.

Selain terapi CGT, pDNA merupakan bahan baku penting untuk produksi vaksin mRNA. Dengan inovasi berkelanjutan teknologi mRNA di bidang vaksin penyakit menular, vaksin kanker, dan pengobatan penyakit langka, permintaan pDNA juga akan tumbuh pesat.

2. Metode untuk meningkatkan hasil pDNA

Dengan meningkatnya permintaan DNA plasmid, fokus pengembangan teknologi saat ini adalah mengoptimalkan strategi fermentasi untuk meningkatkan hasil pDNA. Kondisi utama untuk pengembangan proses hulu meliputi komponen media kultur, suhu, pH, oksigen terlarut (DO), laju produksi spesifik, dan strategi fed-batch.

Media budaya: Media kultur untuk fermentasi E. coli yang digunakan dalam produksi plasmid biasanya adalah medium semi-sintetik. Medium ini terdiri dari sumber karbon, sumber nitrogen, garam anorganik, dan elemen jejak. Di antara sumber-sumber tersebut, jenis sumber karbon dan nitrogen sangat penting untuk pertumbuhan E. coli dan akumulasi produk. Sumber karbon yang umum digunakan adalah glukosa dan gliserol, sedangkan sumber nitrogen meliputi sumber nitrogen organik dan anorganik. Selain itu, rasio karbon-nitrogen (C/N) yang terlalu tinggi dapat memperlambat pertumbuhan strain bakteri, sedangkan rasio C/N yang terlalu rendah dapat mendorong pertumbuhan cepat tetapi membatasi akumulasi produk.

Suhu:Suhu optimal untuk pertumbuhan E. coli adalah 37°C. Namun, suhu yang lebih rendah (30-37°C) dapat digunakan dalam fermentasi batch untuk mengurangi laju produksi spesifik maksimum, sehingga meningkatkan replikasi plasmid. Untuk plasmid yang sensitif terhadap panas, peningkatan suhu hingga 42°C dapat menyebabkan penggandaan jumlah salinan plasmid.

pH: pH optimal untuk pertumbuhan E. coli adalah 7±0.2. pH kaldu fermentasi biasanya dijaga melalui pompa asam-basa.

DO:Kisaran konsentrasi oksigen terlarut kritis untuk E. coli adalah 20%-30%. Kekurangan oksigen terlarut dapat menyebabkan produksi asam asetat yang berlebihan, yang memengaruhi pertumbuhan bakteri dan bahkan menyebabkan autolisis bakteri. Kelebihan oksigen terlarut dapat menyebabkan keracunan oksigen. Faktor-faktor yang memengaruhi oksigen terlarut meliputi kecepatan pengadukan, laju aerasi, dll.

Strategi Fed-batch: Fermentasi Fed-batch sering dipilih untuk produksi plasmid. Pertama, hal ini kondusif untuk mencapai fermentasi kepadatan sel yang tinggi E. coli, menghasilkan lebih banyak biomassa, yang berfungsi sebagai dasar untuk hasil yang tinggi. Kedua, pertumbuhan Escherichia coli yang sangat cepat mempengaruhi stabilitas plasmid. Penambahan nutrisi restriktif menggunakan fed-batch secara rasional dapat mengendalikan laju pertumbuhan E. coli, dengan demikian meningkatkan hasil plasmid. Strategi pengendalian DO-stat umumnya digunakan untuk mengatur fed-batch selama fermentasi plasmid. Ada pula penelitian yang menunjukkan kelayakan strategi pH-stat.

3. Layanan yang disediakan oleh Yaohai Bio-Pharma

Yaohai Bio-Pharma telah mengembangkan platform yang matang untuk produksi plasmid. Selain itu, Yaohai Bio-Pharma mengoptimalkan media kultur dasar, media pakan, dan strategi pengendalian fermentasi. Dalam siklus kultivasi 30 jam, hasil plasmid melebihi 1g/L.

Selain itu, Yaohai Bio-Pharma mampu menyediakan solusi pengoptimalan proses berdasarkan metode faktor tunggal atau Desain Eksperimen (DoE) untuk berbagai plasmid dan bakteri inang. Yaohai Bio-Pharma bertujuan untuk memenuhi persyaratan klien akan hasil dan kualitas plasmid yang tinggi.

Yaohai Bio-Pharma juga secara aktif mencari mitra global baik institusional maupun individu dan menawarkan kompensasi paling kompetitif di industri ini. Jika Anda memiliki pertanyaan, jangan ragu untuk menghubungi: [email protected]