Sənaye İstehsalında Biyomühəndislik Hüceyrələrinin Ultrasəs Lizisi

E. coli kimi biomühəndislik üsulu ilə hazırlanmış bakteriya növləri, həmçinin genetik cəhətdən dəyişdirilmiş məməlilər və bitki hüceyrə tipləri molekulları ifadə etmək üçün biotexnologiyada geniş istifadə olunur. Bu sintez edilmiş biomolekulları buraxmaq üçün etibarlı hüceyrə parçalanması texnikası tələb olunur. Yüksək performanslı ultrasəs effektiv və etibarlı hüceyrə lizisi üçün sübut edilmiş bir üsuldur – asanlıqla böyük ötürmə qabiliyyətinə qədər genişləndirilə bilər. Hielscher Ultrasonics böyük həcmdə yüksək keyfiyyətli biomolekullar istehsal etmək üçün sizə effektiv hüceyrə lizisi üçün yüksək performanslı ultrasəs avadanlığı təklif edir.

Hüceyrə fabriklərindən molekulların çıxarılması

Geniş spektrli biomolekulların istehsalı üçün müxtəlif mühəndislik mikrobları və bitki hüceyrələri mikrob hüceyrə fabrikləri kimi istifadə edilə bilər, o cümlədən Escherichia coli, Bacillus subtilis, Pseudomonas putida, Streptomyces, Corynebacterium glutamicum, Lactococcus lacti, Cyanobacterias pasteriace, Pianobakteriyalar, Yarrowia lipolytica, Nicotiana benthamiana və yosunlar, digərləri arasında. Bu hüceyrə fabrikləri sənaye tətbiqləri üçün qida və ya xammal kimi istifadə olunan zülallar, lipidlər, biokimyəvi maddələr, polimerlər, bioyanacaq və oleokimyəvi maddələr istehsal edə bilər. Hüceyrə fabrikləri kimi istifadə edilən hüceyrələr qapalı bioreaktorlarda becərilir, burada yüksək səmərəlilik, spesifiklik və aşağı enerji tələblərinə nail olurlar.
Hədəf molekulları biomühəndisləşdirilmiş hüceyrə mədəniyyətlərindən təcrid etmək üçün hüceyrələr pozulmalıdır ki, hüceyrədaxili material sərbəst buraxılsın. Ultrasonik hüceyrə pozucuları hüceyrə parçalanması və birləşmənin sərbəst buraxılması üçün yüksək etibarlı və səmərəli texnika kimi yaxşı qurulmuşdur.

Mikrob hüceyrə fabrikləri müxtəlif qiymətli birləşmələrin sintezi üçün istifadə edilən, metabolik olaraq yaradılmış hüceyrələrdir. Ultrasəs hüceyrənin pozulması qiymətli birləşmələri hüceyrə daxilindən azad etmək üçün səmərəli və etibarlı bir üsuldur.
tədqiqat və qrafik: ©Villaverde, 2010.

Ultrasonik Hüceyrə Dağıtıcılarının Üstünlükləri

Qeyri-istilik, yumşaq, lakin yüksək effektiv texnologiya olaraq, ultrasəs pozucuları laboratoriya və sənayedə hüceyrələrin parçalanması və yüksək keyfiyyətli ekstraktların istehsalı üçün istifadə olunur, məsələn, hüceyrə fabriklərindən molekulların təcrid edilməsi üçün istifadə olunur.

Mikrob Hüceyrə Fabriklərinin Səmərəli pozulması üçün Güc-Ultrasəs

Ultrasonik Hüceyrə pozucularının Mexanizmi və Təsirləri:
Ultrasonik hüceyrənin pozulması ultrasəs dalğalarının gücündən istifadə etdi. Ultrasonik homojenizator / hüceyrə pozucusu, təxminən yüksək tezlikdə salınan titan ərintisindən hazırlanmış bir zond (aka sonotrode) ilə təchiz edilmişdir. 20 kHz. Bu o deməkdir ki, ultrasəs zondu saniyədə 20.000 vibrasiyanı sonik mayeyə birləşdirir. Maye ilə birləşən ultrasəs dalğaları alternativ yüksək təzyiq / aşağı təzyiq dövrləri ilə xarakterizə olunur. Aşağı təzyiq dövrü zamanı maye genişlənir və dəqiqəlik vakuum qabarcıqları yaranır. Bu çox kiçik baloncuklar daha çox enerji qəbul edə bilməyənə qədər bir neçə alternativ təzyiq dövrü ərzində böyüyürlər. Bu nöqtədə, kavitasiya qabarcıqları şiddətlə partlayır və yerli olaraq fövqəladə enerji ilə sıx bir mühit yaradır. Bu fenomen akustik kavitasiya kimi tanınır və yerli olaraq çox yüksək temperaturlar, çox yüksək təzyiqlər və kəsmə qüvvələri ilə xarakterizə olunur. Bu kəsmə gərginlikləri hüceyrə divarlarını effektiv şəkildə qırır və hüceyrənin daxili hissəsi ilə ətrafdakı həlledici arasında kütlə ötürülməsini artırır. Sırf mexaniki bir texnika olaraq, ultrasəslə yaradılan kəsici qüvvələr geniş şəkildə istifadə olunur və bakterial hüceyrənin pozulması, həmçinin protein izolyasiyası üçün tövsiyə olunan prosedurdur. Sadə və sürətli hüceyrə pozulma üsulu olaraq, sonication kiçik, orta və böyük ölçülü həcmlərin izolyasiyası üçün idealdır. Hielscher-in rəqəmsal ultrasəs cihazları dəqiq sonication nəzarəti üçün aydın parametrlər menyusu ilə təchiz edilmişdir. Bütün sonikasiya məlumatları avtomatik olaraq daxili SD kartda saxlanılır və sadəcə əlçatandır. Ultrasəs parçalanma prosesi zamanı xarici soyutma, puls rejimində sonikasiya və s. kimi istilik yayılmasının mürəkkəb variantları ideal proses temperaturunun saxlanmasını və bununla da çıxarılan istiliyə həssas birləşmələrin toxunulmazlığını təmin edir.

Tədqiqat Ultrasəs Hüceyrəsinin pozulmasının və çıxarılmasının güclü tərəflərini vurğulayır

Prof. Chemat və b. (2017) öz araşdırmalarına davam edir ki, “ultrasəs yardımlı ekstraksiya qida və təbii məhsullar üçün ənənəvi üsullara yaşıl və iqtisadi cəhətdən əlverişli alternativdir. Əsas üstünlüklər hasilat və emal vaxtının azalması, istifadə olunan enerji və həlledicilərin miqdarı, vahid əməliyyatları və CO₂ emissiyalar."
Gabig-Ciminska et al. (2014) DNT-ni sərbəst buraxmaq üçün sporların parçalanması üçün öz tədqiqatlarında yüksək təzyiqli homogenizator və ultrasəs hüceyrə dsintegratorundan istifadə etdilər. Hüceyrələrin parçalanmasının hər iki üsulunu müqayisə edərək, tədqiqat qrupu spora DNT-si üçün hüceyrə lizisi ilə bağlı belə nəticəyə gəlir ki, “yüksək təzyiqli homogenləşmədən hüceyrə lizatlarından istifadə etməklə analiz aparılıb. Daha sonra biz anladıq ki, ultrasəs hüceyrənin pozulması bu məqsəd üçün çox üstün üstünlüklərə malikdir. Bu, kifayət qədər sürətlidir və kiçik nümunə həcmləri üçün emal edilə bilər. (Gabig-Ciminska et al., 2014)

Qida istehsalı üçün hüceyrə fabriklərindən biomolekullar

Mikrob hüceyrə fabrikləri bakteriya, mayalar, göbələklər və s. kimi mikrob mikroorqanizmlərinin metabolik bio-mühəndisliyi yolu ilə yerli və qeyri-doğma metabolitlərin yüksək məhsuldarlığını əldə etmək üçün mikrob orqanizmlərindən istifadə edərək həyat qabiliyyətli və səmərəli istehsal metodologiyasıdır. Kütləvi fermentlər, məsələn, mikroorqanizmlərdən istifadə etməklə istehsal olunur. Aspergillus oryzae, göbələklər və bakteriyalar kimi. Həmin toplu fermentlər qida və içki istehsalı, eləcə də kənd təsərrüfatı, bioenerji və məişət baxımı üçün istifadə olunur.
Acetobacter xylinum və Gluconacetobacter xylinus kimi müəyyən bakteriyalar fermentasiya prosesində sellüloza istehsal edir, burada nanoliflər aşağıdan yuxarıya doğru sintez olunur. Bakterial sellüloza (həmçinin mikrobial sellüloza kimi tanınır) kimyəvi cəhətdən bitki sellülozasına bərabərdir, lakin yüksək kristallıq dərəcəsinə və yüksək saflığa (liqnin, hemiselüloz, pektin və digər biogen komponentlərdən azaddır), həmçinin sellüloza nanolifinin unikal strukturuna malikdir. toxunmuş üçölçülü (3D) şəbəkəli şəbəkə. (müq. Zhong, 2020) Bitki mənşəli sellüloza ilə müqayisədə bakterial sellüloza daha davamlıdır və istehsal olunan sellüloza kompleks təmizlənmə mərhələləri tələb etmir. NaOH və ya SDS (natrium dodesil sulfat) istifadə edərək ultrasəs və həlledici ekstraksiya bakteriya hüceyrələrindən bakterial sellülozun təcrid edilməsi üçün çox təsirlidir.

Əczaçılıq və Peyvənd İstehsalı üçün Hüceyrə Fabriklərindən Biomolekullar

Hüceyrə fabriklərindən əldə edilən ən görkəmli əczaçılıq məhsullarından biri insan insulinidir. Biomühəndisləşdirilmiş insulin istehsalı üçün əsasən E. coli və Saccharomyces cerevisiae istifadə olunur. Biosintezləşdirilmiş nanoölçülü molekullar yüksək biouyğunluq təklif etdiyi üçün ferritin kimi bioloji nanohissəciklər çoxsaylı bioistehsal proqramları üçün əlverişlidir. Bundan əlavə, metabolik olaraq hazırlanmış mikroblarda istehsal çox vaxt əldə edilən məhsullarda əhəmiyyətli dərəcədə daha təsirli olur. Məsələn, artemisinik turşusu, resveratrol və likopenin istehsalı on dəfədən bir neçə yüz dəfəyə qədər artmışdır və artıq sənaye miqyasında istehsal üçün yaradılmış və ya inkişaf etdirilməkdədir. (müq. Liu və başqaları; Microb. Cell Fact. 2017)
Məsələn, ferritin və virusa bənzər hissəciklər kimi öz-özünə yığılan xassələrə malik zülal əsaslı nanoölçülü biomolekullar peyvəndin inkişafı üçün xüsusilə maraqlıdır, çünki onlar patogenlərin həm ölçüsünü, həm də strukturunu təqlid edirlər və antigenlərin səthi konjuqasiyasına uyğundurlar. immun hüceyrələri ilə qarşılıqlı əlaqə. Belə molekullar müəyyən hədəf molekulu istehsal edən sözdə hüceyrə fabriklərində (məsələn, mühəndis E. coli ştammlarında) ifadə edilir.

Ultrasonik Lizis və Ferritin Buraxılışı üçün E. coli BL21 Protokolu

Ferritin əsas funksiyası dəmirin saxlanması olan bir proteindir. Ferritin vaksinlərin çatdırılma vasitəsi kimi istifadə edildiyi (məsələn, SARS-Cov-2 sünbül zülalları) peyvəndlərdə öz-özünə yığılan nanohissəciklər kimi perspektivli imkanlar göstərir. Sun et.-nin elmi araşdırması. al. (2016) rekombinant ferritinin aşağı NaCl konsentrasiyalarında (≤50 mmol/L) Escherichia coli-dən həll olunan forma kimi buraxıla biləcəyini göstərir. E. coli BL21-də ferritini ifadə etmək və ferrtini buraxmaq üçün aşağıdakı protokol uğurla tətbiq edilmişdir. Rekombinant pET-28a/ferritin plazmidi E coli BL21 (DE3) ştammına çevrildi. Ferritin E coli BL21 (DE3) hüceyrələri 37°C-də 0,5% kanamisin ilə LB böyümə mühitində becərildi və 37°C-də 3 saat ərzində 0,4% izopropil-β-D-tioqalaktopiranosid ilə 0,6 OD600-də induksiya edildi. Son kultura 4°C-də 10 dəqiqə ərzində 8000 q-da sentrifuqasiya yolu ilə yığıldı və qranul toplandı. Sonra pellet LB mühitində (1% NaCl, 1% Typone, 0,5% maya ekstraktı)/lizis tamponunda (20 mmol/L Tris, 50 mmol/L NaCl, 1 mmol/L EDTA, pH 7,6) və müxtəlif NaCl məhlulunun konsentrasiyaları (0, 50, 100, 170 və 300 mmol/L) müvafiq olaraq. Bakterial hüceyrə lizisi üçün sonikasiya nəbz rejimində tətbiq edilmişdir: məsələn, istifadə edərək Ultrasonikator UP400St 100% amplituda iş dövrü ilə 5 saniyə ON, 10 saniyə OFF, 40 dövr üçün) və sonra 10 000 q-da 4°C-də 15 dəqiqə sentrifuqa edilmişdir. Supernatant və çöküntü natrium dodesil sulfat poliakrilamid gel elektroforezi (SDS-PAGE) ilə təhlil edilmişdir. Bütün natrium dodesil sulfatla ləkələnmiş gellər yüksək ayırdetməli skanerlə skan edilib. Gel şəkilləri Magic Chemi 1D proqramından istifadə edilərək təhlil edilib. Optimal aydınlıq üçün zülal zolaqları parametrləri tənzimləməklə aşkar edilmişdir. Qruplar üçün məlumatlar texniki üç nüsxədən yaradılmışdır. (müq. Sun et al., 2016)

Hüceyrə fabriklərinin sənaye lizisi üçün ultrasəs hüceyrə pozucuları

Ultrasonik lizis və ekstraksiya hüceyrə fabriklərindən metabolitləri buraxmaq üçün etibarlı və rahat bir üsuldur və bununla da hədəf molekulların effektiv istehsalına kömək edir. Ultrasəs hüceyrə pozucuları laboratoriyadan sənaye ölçüsünə qədər mövcuddur və proseslər tamamilə xətti şəkildə ölçülə bilər.
Hielscher Ultrasonics yüksək performanslı ultrasəs pozucuları üçün səlahiyyətli tərəfdaşınızdır və dəzgah üstü və sənaye parametrlərində ultrasəs sistemlərinin implantasiyası sahəsində uzunmüddətli təcrübəyə malikdir.
Mürəkkəb aparat və proqram təminatına gəldikdə, Hielscher Ultrasonics hüceyrənin pozulması sistemləri optimal prosesə nəzarət, asan əməliyyat və istifadəçi dostu üçün bütün tələbləri yerinə yetirir. Hielscher ultrasəs cihazının müştəriləri və istifadəçisi Hielscher ultrasəs hüceyrə pozucularının və ekstraktorlarının prosesin dəqiq monitorinqi və nəzarətinə imkan verdiyi faydanı qiymətləndirirlər. – rəqəmsal sensor displey və brauzerin uzaqdan idarə edilməsi vasitəsilə. Bütün vacib sonikasiya məlumatları (məsələn, xalis enerji, ümumi enerji, amplituda, müddət, temperatur, təzyiq) avtomatik olaraq inteqrasiya olunmuş SD kartda CSV faylı kimi saxlanılır. Bu, təkrarlana bilən və təkrarlana bilən nəticələr əldə etməyə kömək edir və prosesin standartlaşdırılmasını, həmçinin Yaxşı İstehsalat Təcrübələrinin (cGMP) yerinə yetirilməsini asanlaşdırır.
Əlbəttə ki, Hielscher ultrasəs prosessorları tam yük altında 24/7 əməliyyat üçün qurulmuşdur və buna görə də sənaye istehsalı parametrlərində etibarlı şəkildə istifadə edilə bilər. Yüksək möhkəmlik və aşağı texniki xidmət sayəsində ultrasəs avadanlığının dayanma müddəti həqiqətən azdır. CIP (yerində təmiz) və SIP (yerində sterilizasiya) xüsusiyyətləri zəhmətli təmizliyi minimuma endirir, xüsusən də bütün yaş hissələr hamar metal səthlər olduğundan (gizli ağızlar və burunlar yoxdur).

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal qabiliyyətinin göstəricisini verir: