Abstract
Several culture systems including batch, two-stage CSTR, semi-fed batch, and two-stage cyclic fed-batch were investigated for the efficient production of the Fab fraction of PDC-E2 specific human monoclonal antibody using high cell density recombinant E. coli. A two-phase batch system and a two-stage continuous system were examined to overcome plasmid instability problems, by separating the growth and the production stages. The cell density and productivity of the two-stage continuous culture was better than that of the two-phase batch fermentation. In the two-stage continuous culture system with DO-stat, the cell growth and the productivity were superior to those of the system without the DO control. Also, almost total plasmid stability was maintained in the two-stage continuous culture system. Modified M9 medium was selected as an optimum feeding medium for the fed-batch process, and the optimum C/N ratio determined to be 2:3. The optimum feeding rate was $0.6g/\ell/hr$ for a constant feeding strategy in semi-fed batch system. When the feeding medium was fed by pulsing, it was observed that more frequent pulsing resulted in improved cell growth. The linear feeding method was the most efficient of the various feeding methods tested. Finally, high cell density culture using a two-stage cyclic fed batch system with pH-stat was tried because the linear feeding method showed limitations in terms of obtaining high cell densities, and a cell density of $54 g/\ell$ was achieved. It was concluded that the two-stage cyclic fed batch system was the most efficient system for high cell density culture of the systems tested. However, productivity improvements were lower than expected due to the extremely high accumulations of acetate, although the low levels of residual glucose were maintained.
고농도 유전자 재조합 대장균을 이용하여 pyruvate dehy-drogenase complex-E2 특이성 인간 모노클론 항체의 Fab 부분을 효율적으로 생산하기 위해 회분식, 이단 연속식, 반 유 가식, two-stage cyclic fed-batch 동 여러 가지 배양 방법이 조사되었다. 먼저 플라스미드 안정성 문제를 극복하기 위해 growth stage와 production stage를 분리하는 two-phase 회분식 배양과 이단 연속식 시스템을 시도하였다 그 결과 two-phase 회분식 배양보다는 이단 연속식 배양에서의 세포농도와 항체 생산성이 우수하였다 또한 이단 연속식 배양에서의 세포 성 장과 항처l 생산성은 용존산소를 제어한 경우가 그렇지 않은 경우보다 월등하게 높았다. 그리고 plasmid 안정성에 있어서 는 실험기간 내에 거의 100%를 유지하여 높은 안정도를 보 여주었다. 유가식 공정에 적합한 공급 배지로 변형된 M9 배 지가 최적배지로 선정되었고 이 배지 중 최적의 CjN 비율을 조사한 결파 2:3으로 결정되었다. 반 유가식 시스템에서 constant feeding 전략을 사용할 경우 최적 공급속도는 $0.6g/\ell/hr$이었다. 또한 pulse에 의해 공급배지를 공급할 경우에는 총 공급 량이 같을 경우 소량으로 자주 공급해 주는 것이 공급배지를 한꺼번에 많은 양을 공급해주는 것 보다 바람직하였다. 여러 가지 feeding 전략을 조사해 본 결과 linear feeding 방법이 가장 효과적이었다. 하지만 linear feeding 방법마저도 고농도 세포배양에 한계가 있었기 때문에 pH-stat 방법을 이용한 two-stage cyclic fed-batch 시스템을 시도하여 $54 g/\ell$의 세포 를 얻을 수 있었다. 따라서 이 방법이 일단 생산성 향상을 위한 세포의 고농도 배양에는 조사한 여러 배양 시스템 중에 가장 효율적인 시스템임올 알 수 있었다 하지만 이 시스템 에서 포도당을 낮은 level로 유지할 수 있었으나, 초산의 과도한 축적으로 항체 생산성의 향상은 예상에 비해 크지 않았다.
