大腸桿菌是生物領域最常用的工程菌之一，具有生長速度快、培養成本低、基因克隆表達系統成熟完善等優勢，其質粒常被用作基因工程中的載體，在基因的分子克隆、疫苗研發、重組蛋白類藥物的表達和生產等領域已有廣泛的應用，但同時需要嚴格控制相關生物制品中內毒素的殘留水平。

1、內毒素簡介

內毒素位于革蘭氏陰性菌細胞壁的最外層，覆蓋于細胞壁的黏肽上，化學成分是磷脂-多糖-蛋白質復合物，主要毒性成分是脂多糖(LPS)中的類脂A，只有當菌體死亡溶解或者用人工方法破壞菌體細胞后內毒素才釋放出來。

內毒素能夠直接作用于人體，通過與宿主細胞上的Toll樣受體（TLR）結合激活組織內的炎性細胞及炎癥因子，導致機體發熱并產生全身炎癥性反應，繼而引起彌散性血管內凝血、休克、多臟器功能衰竭等嚴重的病理生理癥狀，又稱之為“熱原”。內毒素具有極強的生物活性，即使是微量也會引起機體的各種炎癥反應和免疫應答。

內毒素還具有較好的耐熱性和穩定性，在60℃的溫度下加熱數小時也不會被破壞，完全滅活需在180℃高溫下加熱3小時以上，一般的化學藥品也不會影響細菌內毒素的活性，只有強酸、強堿或強氧化劑可以破壞其結構。

2、內毒素的檢測方法

內毒素可以與特定的檢測試劑發生反應，基于這一原理開發出內毒素的檢測方法。常見的檢測方法包括凝膠法、重組C因子法、動態比濁法等。

鱟試劑中的C因子是對內毒素敏感的蛋白，能夠與內毒素結合并被激活，從而啟動整個鱟試劑血凝級聯反應，凝膠法根據該原理來檢測內毒素，并通過觀察有無凝集素形成作為反應的終點。該方法簡便易操作且不需要使用光學檢測儀，但檢測范圍存在一定的局限性。

鱟試劑的制備需要捕捉大量的鱟并抽取其血液，隨著對鱟的保護以及重組技術的發展，新一代人工合成的重組C因子開始被用于內毒素的檢測中。重組C因子被內毒素活化后能夠與熒光底物作用產生熒光信號，熒光信號強度與內毒素濃度成正比關系，可據此來測定內毒素含量。該檢測方法不存在G因子旁路干擾，具有較高的特異性，可用于含有β-葡萄糖干擾的樣品檢測。

動態比濁法可通過光學測定儀測定反應混合物達到預定OD值所需時間和濁度變化的速率，檢測數據不僅有利于追蹤產品質量，還能起到風險預警作用。

3、內毒素的去除方法

由于內毒素具有顯著的危害性，FDA等法規也對內毒素控制提出明確要求。首先要從源頭消除外源性內毒素污染，在生物藥物研發及生產過程中，要確保與樣品直接接觸的設備、容器、儲液袋、原輔料、耗材等經過嚴格消毒滅菌處理。其次對于樣品本身就存在的內源性內毒素污染，需要從樣品本身制備工藝角度出發，尋找合適方法，如離子交換層析法、疏水層析法、特異性吸附等。

離子交換層析法：根據目標產物與內毒素在緩沖液中的帶電性質差異，可以利用離子交換層析的方法去除內毒素。陰離子交換層析主要通過改變緩沖液的離子強度使內毒素分子帶大量負電荷，能夠與帶正電荷的配基結合，從而將其去除；陽離子交換層析主要采用吸附模式，通過改變緩沖液的pH使帶正電荷的目的蛋白吸附在離子交換介質上，帶負電荷的內毒素流穿，實現分離。

疏水層析法：內毒素在高鹽條件下會聚集成大多不與疏水填料結合的復合物，上樣時直接穿透而被去除。或者采取目標樣品流穿模式，在一定鹽濃度下使目的蛋白不與填料結合而內毒素分子可與其結合，從而實現分離。

特異性吸附：將多粘菌素B偶聯于層析介質上，通過介質特異性吸附內毒素，蛋白因不會被該層析介質吸附而隨流動相流出，收集該流出蛋白即可。該方法去除內毒素效果較好,但有一定的蛋白損失。

此外，還可以依據內毒素在不同的水溶液中形成的聚集體分子量大小差異，通過凝膠過濾層析和切向流膜過濾技術等方法將其去除。