İnsan südü oliqosakaridlərinin biosintetik istehsalı
İnsan südü oliqosakaridlərinin (HMOs) fermentasiya və ya enzimatik reaksiyalar vasitəsilə biosintezi mürəkkəb, istehlak edən və çox vaxt aşağı məhsuldar bir prosesdir. Ultrasonication substrat və hüceyrə fabrikləri arasında kütləvi köçürməni artırır və hüceyrə böyüməsini və metabolizmini stimullaşdırır. Beləliklə, sonikasiya fermentasiya və biokimyəvi prosesləri gücləndirir, nəticədə HMO-ların sürətləndirilmiş və daha səmərəli istehsalına səbəb olur.
insan südü oliqosakaridləri
İnsan südü qlikanları kimi də tanınan insan südü oliqosakaridləri (HMOs), oliqosakaridlər qrupunun bir hissəsi olan şəkər molekullarıdır. HMO-ların görkəmli nümunələri arasında 2'-fukosillaktoza (2′-FL), lakto-N-neotetraoza (LNnT), 3'-qalaktosilaktoza (3)′-GL) və difukosillaktoza (DFL).
İnsanın ana südü 150-dən çox müxtəlif HMO strukturundan ibarət olsa da, hazırda kommersiya səviyyəsində yalnız 2′-fukosillaktoza (2′-FL) və lakto-N-neotetraoza (LNnT) istehsal olunur və körpə formulasında qida əlavələri kimi istifadə olunur.
İnsan südü oliqosakaridləri (HMOs) körpə qidalanmasındakı əhəmiyyəti ilə tanınır. İnsan südü oliqosakaridləri körpənin bağırsağında prebiyotiklər, anti-yapışqan antimikroblar və immunomodulyatorlar kimi fəaliyyət göstərən və beyin inkişafına əhəmiyyətli dərəcədə töhfə verən unikal qida növüdür. HMO-lar yalnız insan ana südündə olur; digər məməli südlərində (məsələn, inək, keçi, qoyun, dəvə və s.) oliqosakaridlərin bu spesifik forması yoxdur.
İnsan südü oliqosakaridləri suda həll edilmiş və ya emulsiya edilmiş və ya dayandırılmış formada ola bilən insan südündə üçüncü ən çox yayılmış bərk komponentdir. Laktoza və yağ turşuları insan südündə ən çox rast gəlinən bərk maddələrdir. HMO-lar 0,35-0,88 unsiya (9,9-24,9 q)/L konsentrasiyasında mövcuddur. Təxminən 200 struktur cəhətdən fərqli insan südü oliqosakaridləri məlumdur. Bütün qadınların 80%-də dominant oliqosakarid 2-dir′- insan ana südündə təxminən 2,5 q/l konsentrasiyada olan fukosillaktoza.
HMO-lar həzm olunmadığı üçün qidalanmaya kalorili töhfə vermirlər. Həzm olunmayan karbohidratlar olmaqla, onlar prebiyotik rolunu oynayır və arzu olunan bağırsaq mikroflorasının, xüsusən də bifidobakteriyaların seçici şəkildə fermentasiyasına məruz qalırlar.
- körpələrin inkişafına kömək edir
- beyin inkişafı üçün vacibdir
- antiinflamatuar və var
- mədə-bağırsaq traktında anti-yapışqan təsir göstərir
- böyüklərdə immunitet sistemini dəstəkləyir
The ultrasəs prosessoru UIP2000hdT kütləvi ötürülməni artırır və HMO kimi biosintez edilmiş bioloji molekulların daha yüksək məhsuldarlığı üçün hüceyrə fabriklərini aktivləşdirir.
İnsan südü oliqosakaridlərinin biosintezi
Hüceyrə fabrikləri və enzimatik / kimya-ferment sistemləri HMO-ların sintezi üçün istifadə olunan müasir texnologiyalardır. Sənaye miqyasında HMO istehsalı üçün mikrob hüceyrə fabriklərinin fermentasiyası, biokimyəvi sintez və müxtəlif enzimatik reaksiyalar HMO bio-istehsalının mümkün yollarıdır. İqtisadi səbəblərə görə, mikrob hüceyrə fabrikləri vasitəsilə biosintez hal-hazırda HMO-ların sənaye istehsalı səviyyəsində istifadə olunan yeganə üsuldur.
Mikrob Hüceyrə Fabrikalarından istifadə edərək HMO-ların fermentasiyası
E.coli, Saccharomyces cerevisiae və Lactococcus lactis, HMO kimi bioloji molekulların bio-istehsalında istifadə olunan hüceyrə fabrikləridir. Fermentasiya bir substratı hədəflənmiş bioloji molekullara çevirmək üçün mikroorqanizmlərdən istifadə edən biokimyəvi prosesdir. Mikrob hüceyrə fabrikləri substrat kimi sadə şəkərlərdən istifadə edir və onları HMO-ya çevirirlər. Sadə şəkərlər (məsələn, laktoza) bol, ucuz substrat olduğundan, bu, biosintez prosesini qənaətcil edir.
Böyümə və biokonversiya sürətinə əsasən mikroorqanizmlərə qida maddələrinin (substrat) kütləvi şəkildə ötürülməsi təsir göstərir. Kütlə ötürmə sürəti fermentasiya zamanı məhsulun sintezinə təsir edən əsas amildir. Ultrasonication kütləvi transfer təşviq etmək üçün yaxşı məlumdur.
Fermentasiya zamanı bioreaktordakı şərait daim izlənilməli və tənzimlənməlidir ki, hüceyrələr hədəflənmiş biomolekulları (məsələn, HMOs kimi oliqosakaridlər; insulin; rekombinant zülallar) istehsal etmək üçün mümkün qədər tez böyüyə bilsinlər. Nəzəri cəhətdən məhsulun formalaşması hüceyrə mədəniyyəti böyüməyə başlayan kimi başlayır. Bununla belə, xüsusilə genetik cəhətdən dəyişdirilmiş hüceyrələrdə, məsələn, mühəndis mikroorqanizmlərində, adətən, daha sonra hədəf biomolekulun ifadəsini tənzimləyən substrata kimyəvi maddə əlavə etməklə induksiya olunur. Ultrasəs bioreaktorları (sono-bioreaktor) dəqiq idarə oluna bilər və mikrobların xüsusi stimullaşdırılmasına imkan verir. Bu, sürətlənmiş biosintez və yüksək məhsulla nəticələnir.
Ultrasəs lizis və ekstraksiya: Kompleks HMO-ların fermentasiyası aşağı fermentasiya titrləri və hüceyrədaxili qalan məhsullarla məhdudlaşdırıla bilər. Ultrasonik lizis və ekstraksiya təmizlənmədən və aşağı axın proseslərindən əvvəl hüceyrədaxili materialı buraxmaq üçün istifadə olunur.
Ultrasonik Təşviq Edilən Fermentasiya
Escherichia coli, engineering E.coli, Saccharomyces cerevisiae və Lactococcus lactis kimi mikrobların böyümə sürəti nəzarət edilən aşağı tezlikli ultrasəs tətbiq etməklə kütlə ötürülmə sürətini və hüceyrə divarının keçiriciliyini artırmaqla sürətləndirilə bilər. Yüngül, qeyri-istilik emal üsulu olaraq, ultrasəs fermentasiya bulyonuna sırf mexaniki qüvvələr tətbiq edir.
Akustik kavitasiya: Sonikasiyanın iş prinsipi akustik kavitasiyaya əsaslanır. Ultrasəs prob (sonotrode) mühitə aşağı tezlikli ultrasəs dalğalarını birləşdirir. Ultrasəs dalğaları mayenin içindən keçərək alternativ yüksək təzyiq (sıxılma) / aşağı təzyiq (nadir) dövrlər yaradır. Mayeni alternativ dövrlərdə sıxaraq və uzatmaqla, dəqiqəlik vakuum baloncukları yaranır. Bu kiçik vakuum qabarcıqları daha çox enerji qəbul edə bilməyəcək ölçüyə çatana qədər bir neçə dövr ərzində böyüyür. Maksimum böyümənin bu nöqtəsində vakuum qabarcığı şiddətlə partlayır və kavitasiya fenomeni kimi tanınan yerli ekstremal şərait yaradır. Kavitasiya "qaynar nöqtəsində" yüksək təzyiq və temperatur fərqləri və 280 m/san-ə qədər maye axını ilə intensiv kəsmə qüvvələri müşahidə edilə bilər. Bu kavitasiya təsirləri ilə hərtərəfli kütləvi köçürmə və sonoporasiya (hüceyrə divarlarının və hüceyrə membranlarının perforasiyası) əldə edilir. Substratın qida maddələri canlı bütün hüceyrələrə və onların içərisinə salınır ki, hüceyrə fabrikləri optimal şəkildə qidalanır və böyümə, eləcə də çevrilmə sürəti sürətlənir. Ultrasəs bioreaktorları bir qabda biosintez prosesində biokütləni emal etmək üçün sadə, lakin yüksək effektiv strategiyadır.
Dəqiq idarə olunan, yumşaq sonikasiya fermentasiya proseslərini gücləndirmək üçün yaxşı bilinir.
Sonication "substrat qəbulunun gücləndirilməsi, hüceyrə məsaməliliyini artırmaqla inkişaf etmiş istehsal və ya böyümə və hüceyrə komponentlərinin potensial olaraq gücləndirilmiş sərbəst buraxılması vasitəsilə canlı hüceyrələri əhatə edən bir çox bioprosesin məhsuldarlığını" yaxşılaşdırır. (Naveena et al. 2015)
Ultrasonik yardımlı fermentasiya haqqında daha çox oxuyun!
- Artan Məhsuldarlıq
- Sürətlənmiş fermentasiya
- Hüceyrə Xüsusi Stimulyasiya
- Təkmilləşdirilmiş Substrat Alma
- Hüceyrə məsaməliliyinin artması
- İstifadəsi asan
- Təhlükəsiz
- Sadə Retro-Fitting
- Xətti Ölçəkləmə
- Toplu və ya InIine Emal
- Sürətli ROI
Naveena və başqaları. (2015) ultrasəs intensivləşdirmənin bioproses zamanı bir sıra üstünlüklər, o cümlədən digər gücləndirici müalicə variantları ilə müqayisədə aşağı əməliyyat xərcləri, əməliyyatın sadəliyi və təvazökar güc tələbləri təklif etdiyini aşkar etdi.
MultiSanoReaktor MSR-4 İnsan Südü Oliqosakaridlərinin (HMO) gücləndirilmiş biosintezi üçün uyğun olan sənaye daxili homojenizatordur.
Yüksək Performanslı Ultrasəs Fermentasiya Reaktorları
Fermentasiya prosesləri hüceyrə fabrikləri kimi fəaliyyət göstərən bakteriya və ya maya kimi canlı mikroorqanizmləri əhatə edir. Kütlənin ötürülməsini təşviq etmək və mikroorqanizmin böyüməsini və çevrilmə sürətini artırmaq üçün sonication tətbiq edilsə də, hüceyrə fabriklərinin məhv edilməsinin qarşısını almaq üçün ultrasəs intensivliyinə dəqiq nəzarət etmək çox vacibdir.
Hielscher Ultrasonics, üstün fermentasiya məhsuldarlığını təmin etmək üçün dəqiq şəkildə idarə oluna və izlənilə bilən yüksək performanslı ultrasəs cihazların dizaynı, istehsalı və paylanması üzrə mütəxəssisdir.
Prosesə nəzarət yalnız yüksək məhsuldarlıq və üstün keyfiyyət üçün vacib deyil, həm də nəticələri təkrarlamağa və təkrar istehsal etməyə imkan verir. Xüsusilə hüceyrə fabriklərinin stimullaşdırılmasına gəldikdə, yüksək məhsuldarlığa nail olmaq və hüceyrə deqradasiyasının qarşısını almaq üçün sonikasiya parametrlərinin hüceyrəyə xüsusi uyğunlaşması vacibdir. Buna görə də, Hielscher ultrasəs cihazının bütün rəqəmsal modelləri sonikasiya parametrlərini tənzimləməyə, izləməyə və yenidən nəzərdən keçirməyə imkan verən ağıllı proqram təminatı ilə təchiz edilmişdir. Amplituda, temperatur, təzyiq, sonikasiya müddəti, iş dövrləri və enerji girişi kimi ultrasəs proses parametrləri fermentasiya yolu ilə HMO istehsalını təşviq etmək üçün vacibdir.
Hielscher ultrasəs cihazının ağıllı proqramı inteqrasiya olunmuş SD kartda bütün vacib proses parametrlərini avtomatik olaraq qeyd edir. Sonikasiya prosesinin avtomatik məlumat qeydi Yaxşı İstehsalat Təcrübələri (GMP) üçün tələb olunan prosesin standartlaşdırılması və təkrar istehsal / təkrarlanma üçün əsasdır.
Fermentasiya üçün ultrasəs rektorları
Hielscher müxtəlif ölçülü, uzunluqlu və həndəsi ultrasəs zondları təklif edir, bunlar toplu, eləcə də davamlı axın müalicəsi üçün istifadə edilə bilər. Ultrasəs reaktorları, həmçinin sono-bioreaktorlar kimi tanınan, kiçik laboratoriya nümunələrindən pilot və tam kommersiya istehsal səviyyəsinə qədər ultrasəs bioprosesini əhatə edən istənilən həcm üçün mövcuddur.
Məlumdur ki, ultrasəs sonotrodunun reaksiya qabındakı yeri kavitasiyanın və mühitdə mikro axının paylanmasına təsir göstərir. Sonotrode və ultrasəs reaktoru hüceyrə bulyonunun emal həcminə uyğun olaraq seçilməlidir. Sonikasiya həm toplu, həm də davamlı rejimdə həyata keçirilə bilsə də, yüksək istehsal həcmləri üçün davamlı axın qurğusundan istifadə tövsiyə olunur. Bir ultrasəs axını hüceyrəsindən keçərək, bütün hüceyrə mühiti ən effektiv müalicəni təmin edən sonikasiyaya tam olaraq eyni məruz qalır. Hielscher Ultrasonics geniş spektrli ultrasəs probları və axın hüceyrə reaktorları ideal ultrasəs bioprocessing qurğusunu yığmağa imkan verir.
Hielscher Ultrasonics – Laboratoriyadan Pilotluğa, İstehsalata
Hielscher Ultrasonics, dəzgah üstü və pilot sistemlərə nümunə hazırlamaq üçün kompakt əl ultrasəs homogenizatorları, habelə yük maşınlarını saatda asanlıqla emal edən güclü sənaye ultrasəs qurğuları təklif edən ultrasəs avadanlıqlarının tam spektrini əhatə edir. Quraşdırma və quraşdırma seçimlərində çox yönlü və çevik olan Hielscher ultrasəs cihazları asanlıqla bütün növ toplu reaktorlara, qidalanan partiyalara və ya davamlı axın vasitəsilə quraşdırmalara inteqrasiya oluna bilər.
Müxtəlif aksesuarlar, eləcə də fərdiləşdirilmiş hissələr ultrasəs quraşdırmanızı proses tələblərinizə ideal uyğunlaşdırmağa imkan verir.
Tam yük və ağır iş şəraitində 24/7 əməliyyat üçün qurulmuş Hielscher ultrasəs prosessorları etibarlıdır və yalnız aşağı texniki xidmət tələb edir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal qabiliyyətinin göstəricisini verir:
| Partiya Həcmi | Axın | Tövsiyə olunan Cihazlar |
|---|---|---|
| 1 ilə 500 ml | 10-200 ml/dəq | UP100H |
| 10 ilə 2000 ml | 20 - 400 ml/dəq | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2 ilə 4L/dəq | UIP2000hdT |
| 10-100 l | 2 ilə 10 L / dəq | UIP4000hdT |
| na | 10-100 l/dəq | UIP16000 |
| na | daha böyük | klaster UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizdən soruşun!
Yüksək güclü ultrasəs homojenizatorları laboratoriya üçün pilot və sənaye miqyası.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- Muschiol, Jan; Meyer, Anne S. (2019): A chemo-enzymatic approach for the synthesis of human milk oligosaccharide backbone structures. Zeitschrift für Naturforschung C, Volume 74: Issue 3-4, 2019. 85-89.
- Birgitte Zeuner, David Teze, Jan Muschiol, Anne S. Meyer (2019): Synthesis of Human Milk Oligosaccharides: Protein Engineering Strategies for Improved Enzymatic Transglycosylation. Molecules 24, 2019.
- Yun Hee Choi, Bum Seok Park, Joo‐Hyun Seo, Byung‐Gee Ki (2019): Biosynthesis of the human milk oligosaccharide 3‐fucosyllactose in metabolically engineered Escherichia coli via the salvage pathway through increasing GTP synthesis and β‐galactosidase modification. Biotechnology and Bioengineering Volume 116, Issue 12. December 2019.
- Balakrishnan Naveena, Patricia Armshaw, J. Tony Pembroke (2015): Ultrasonic intensification as a tool for enhanced microbial biofuel yields. Biotechnology of Biofuels 8:140, 2015.
- Shweta Pawar, Virendra K. Rathod (2020): Role of ultrasound in assisted fermentation technologies for process enhancements. Preparative Biochemistry & Biotechnology 50(6), 2020. 1-8.
Bilməyə Dəyər Faktlar
Hüceyrə fabriklərindən istifadə edərək biosintez
Mikrob hüceyrə fabriki, mikrob hüceyrələrindən istehsal müəssisəsi kimi istifadə edən biomühəndislik üsuludur. Mikrobların genetik mühəndisliyi ilə bakteriya, mayalar, göbələklər, məməlilər hüceyrələri və ya yosunlar kimi mikroorqanizmlərin DNT-si dəyişdirilərək mikrobları hüceyrə fabriklərinə çevirir. Hüceyrə fabrikləri substratları qiymətli bioloji molekullara çevirmək üçün istifadə olunur, məsələn, qida, əczaçılıq, kimya və yanacaq istehsalında istifadə olunur. Hüceyrə fabriki əsaslı biosintezin müxtəlif strategiyaları yerli metabolitlərin istehsalına, heteroloji biosintetik yolların ifadəsinə və ya zülal ifadəsinə yönəlmişdir.
Hüceyrə fabrikləri ya yerli metabolitləri sintez etmək, heteroloji biosintetik yolları ifadə etmək və ya zülalları ifadə etmək üçün istifadə edilə bilər.
Doğma metabolitlərin biosintezi
Doğma metabolitlər hüceyrə fabriki kimi istifadə edilən hüceyrələrin təbii olaraq istehsal etdiyi bioloji molekullar kimi müəyyən edilir. Hüceyrə fabrikləri bu bioloji molekulları ya hüceyrədaxili, ya da ifraz olunmuş bir maddə istehsal edir. Məqsədli birləşmələrin ayrılmasını və təmizlənməsini asanlaşdırdığı üçün sonuncuya üstünlük verilir. Doğma metabolitlərə nümunələr amin və nuklein turşuları, antibiotiklər, vitaminlər, fermentlər, bioaktiv birləşmələr və hüceyrənin anabolik yollarından əmələ gələn zülallardır.
Heterologus Biosintetik Yollar
Maraqlı bir birləşmə istehsal etməyə çalışarkən, ən vacib qərarlardan biri yerli hostda istehsal seçimi və bu hostun optimallaşdırılması və ya yolun başqa bir tanınmış hosta köçürülməsidir. Əgər orijinal ev sahibi sənaye fermentasiya prosesinə uyğunlaşdırıla bilirsə və bunu edərkən sağlamlıqla bağlı risklər yoxdursa (məsələn, zəhərli əlavə məhsulların istehsalı), bu, üstünlük verilən strategiya ola bilər (məsələn, penisilin üçün olduğu kimi). ). Bununla belə, bir çox müasir hallarda, sənaye baxımından üstünlük verilən hüceyrə fabrikindən və əlaqəli platforma proseslərindən istifadə potensialı yolun ötürülməsinin çətinliyini üstələyir.
protein ifadəsi
Zülalların ifadəsi homoloji və heteroloji yollarla əldə edilə bilər. Homoloji ifadədə orqanizmdə təbii olaraq mövcud olan gen həddindən artıq ifadə olunur. Bu həddən artıq ifadə vasitəsilə müəyyən bir bioloji molekulun daha yüksək məhsulu istehsal edilə bilər. Heteroloji ifadə üçün, gen təbii olaraq mövcud olmadığı üçün xüsusi bir gen ev sahibi hüceyrəyə köçürülür. Hüceyrə mühəndisliyi və rekombinant DNT texnologiyasından istifadə edərək, gen ev sahibinin DNT-sinə daxil edilir ki, ana hüceyrə təbii olaraq istehsal etməyəcəyi (böyük) miqdarda protein istehsal etsin. Protein ifadəsi bakteriyalardan, məsələn, E. coli və Bacillis subtilis, mayalar, məsələn, Klyuveromyces lactis, Pichia pastoris, S. cerevisiae, filamentli göbələklər, məsələn, A. niger kimi və çoxhüceyrəli orqanizmlərdən əldə edilən hüceyrələrdə müxtəlif hostlarda həyata keçirilir. məməlilər və həşəratlar kimi. Saysız-hesabsız zülallar, o cümlədən toplu fermentlərdən, kompleks biofarmasevtikadan, diaqnostikadan və tədqiqat reagentlərindən böyük kommersiya maraq kəsb edir. (müq. AM Davy et al. 2017)