Hielscher ултразвукова технология

Биосинтетично производство на олигозахариди за човешкото мляко

Биосинтезата на олигозахаридите при човека (HMOs) чрез ферментация или ензимни реакции е сложен, консумиращ и често процес на нискододобив. Ultrasonication увеличава масовия трансфер между субстрат и клетъчните заводи и стимулира растежа на клетките и метаболизма. По този начин, ултразвукът усилва ферментацията и биохимичните процеси, водещи до ускорено и по-ефективно производство на HMOs.

Олигозахариди за кърмата

Олигозахаридите за човешко мляко (HMOs), известни също като гликани от човешката кърма, са захарни молекули, които са част от групата на олигозахаридите. Видни примери за HMOs включват 2-fucosyllactose (2′-FL), лакто-N-неотетраоза (LNnT), 3'-галактозиллактоза (3′(2000-1000) и дифокослелактоза (ДФЛ).
Докато човешкото кърма isco наложени от повече от 150 HMO структури, само 2′-fucosllactose (2′-FL) и лакто-N-неотетраоза (LNnT) в момента се произвеждат на търговско ниво и се използват като хранителни добавки в храните за кърмачета.
Олигозахаридите за кърма (HMOs) са известни със значимостта си при храненето на бебето. Олигозахаридите за човешкото мляко са уникален вид хранителни вещества, които действат като пребиотици, анти-лепилните антимикробни средства и имуномодулаторите в червата на бебето и допринасят значително за развитието на мозъка. HMOs се намират изключително в кърмата; други млеко-млеко-млекопитаещи (например крава, кози, овце, камила и др.) нямат тези специфични форми на олигозахариди.
Олигозахаридите за човешката кърма са третият най-обилен твърд компонент в кърмата, който може да присъства или в разтворена или емулгирана или суспендирана форма във вода. Лактозата и мастните киселини са най-разпространените твърди вещества, открити в кърмата. HMOs присъстват в концентрация от 0,35–0,88 унции (9,9–24,9 g)/L. Известни са приблизително 200 структурно различни олигозахариди за човешкото мляко. Доминиращият олигозахарид при 80% от всички жени е 2′-фукозиллактоза, който се съдържа в кърмата при концентрация приблизително 2, 5 g/ l.
Тъй като HMOs не се смила, те не правят калорично да се храни. Като несмилаеми въглехидрати, те функционират като пребиотици и селективно ферментирали от желано чревната микрофлора, особено бифидобактерии.

Ползи за здравето на човешкото мляко олигозахариди (HMOs)

  • насърчаване на развитието на кърмачетата
  • са важни за развитието на мозъка
  • има противовъзпалително и
  • анти-адхезивни ефекти в стомашно-чревния тракт
  • подкрепя имунната система при възрастни
Ultrasonication and the use of ultrasonic bioreactors (sono-bioreactors) are highly effective to promote mass transfer between substrate and living cells used as cell factories

Най- Ултразвуков процесор UIP2000hdT увеличава масовия трансфер и активира клетъчните фабрики за по-високи добиви на биосинтезирани биологични молекули като HMOs

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


Биосинтеза на олигозахаридите на човешкото мляко

Клетъчните фабрики и ензимните / химио-ензимните системи са съвременни технологии, използвани за синтеза на HMOs. За производството на HMO в промишлен мащаб ферментацията на микробни клетъчни фабрики, биохимичния синтез и различните ензимни реакции са възможни начини за биопроизводство на HMO. Поради икономически причини биоизпитваната био-синтеза чрез микробни клетъчни фабрики понастоящем е единствената техника, използвана за промишленото производство на HMOs.

Ферментация на HMOS с микробни клетъчни фабрики

E.coli, Saccharomyces cerevisiae и Lactococcus lactis са често използвани клетъчни фабрики, използвани за биопроизводството на биологични молекули като HMOs. Ферментацията е биохимичен процес, използващ микроорганизми, за да превърне субстрата в целеви биологични молекули. Микробните клетъчни фабрики използват прости захари като субстрат, които те превръщат в HMOs. Тъй като простите захари (например лактоза) са изобилна, евтин субстрат, това поддържа процеса на био-синтеза ефективен.
Темпът на растеж и биоконверсия се влияе главно от масовия трансфер на хранителни вещества (субстрат) към микроорганизмите. Скоростта на масовия трансфер е основен фактор, който влияе върху синтеза на продукта по време на ферментацията. Ultrasonication е добре известно, че насърчава масов трансфер.
По време на ферментацията условията в биореактора трябва да бъдат постоянно наблюдавани и регулирани, така че клетките да могат да растат възможно най-бързо, за да могат след това да произведат целевите биомолекули (например олигозахариди като HMOs; инсулин; рекомбинантни протеини). Теоретично, образуването на продукта започва веднага след като клетъчната култура започне да расте. Въпреки това, особено в генно модифицирани клетки, като например микроорганизми, обикновено се индуцира по-късно чрез добавяне на химично вещество към субстрата, което upregulates израза на целевите биомолекула. Ултразвуковите биореактори (соно-биореактор) могат да бъдат точно контролирани и да позволяват специфичната стимулация на микробите. Това води до ускорена биосинтеза и по-високи добиви.
Ултразвукова лизис и екстракция: Ферментацията на сложни HMOs може да бъде ограничена от ниски титри на ферментацията и продукти, останали вътреклетъчни. Ултразвукова лизис и екстракция се използва за освобождаване на вътреклетъчни материали преди пречистване и низходящи процеси.

Ултразвуково насърчаване на ферментацията

Скоростта на растеж на микроби като Escherichia coli, инженер E.coli, Saccharomyces cerevisiae и Lactococcus lactis може да бъде ускорен чрез увеличаване на скоростта на масов трансфер и клетъчната стена пропускливост чрез прилагане на контролирана нискочестотна ultrasonication. Като мека, нетермична техника за обработка, ultrasonication прилага чисто механични сили в ферментационния бульон.
Акустична кавитация: Принципът на работа на ултразвука се основава на акустична кавитация. Ултразвуковата сонда (сонотрод) двойки нискочестотни ултразвукови вълни в средата. Ултразвуковите вълни преминават през течността, създавайки редуващи се цикли с високо налягане (компресия) / ниско налягане (рядко срещане). Чрез компресиране и разтягане на течността в редуващи се цикли, възникват мехурчета с минутен вакуум. Тези малки вакуумни мехурчета растат в няколко цикъла, докато достигнат размер, където не могат да абсорбират никаква по-нататъшна енергия. В този момент на максимален растеж вакуумният балон се разбунтува рязко и генерира локално екстремни условия, известни като феномена кавитация. В кавитационните "горещи точки" се наблюдават високите налягания и температурни диференциали и интензивните сили на срязване с течни струи до 280m / сек. Чрез тези кавитационни ефекти се постига задълбочено масово пренасяне и сонопорация (перфорация на клетъчните стени и клетъчните мембрани). Хранителните вещества на субстрата се носят към и в живите цели клетки, така че клетъчните фабрики са оптимално подхранени и растеж, както и процентите на превръщане се ускоряват. Ултразвуковите биореактори са проста, но високо ефективна стратегия за обработка на биомаса в един поточен биосинтезен процес.
Прецизно контролираната, лека ултразвукова обработка е добре известна за засилване на ферментационните процеси.
Sonication подобрява "производителността на много биопроцеси, включващи живи клетки чрез подобряване на поемането на субстрат, засилено производство или растеж чрез увеличаване клетъчната порьозност, и потенциално засилено освобождаване на клетъчни компоненти." (Навиена и др. 2015 г.)
Прочетете повече за ултразвуково подпомаганата ферментация!
Предимства на ултразвукова засилена ферментация

  • увеличен добив
  • Ускорена ферментация
  • Специфично за клетката стимулиране
  • Подобрено поемане на субстрат
  • Повишена клетъчна порьозност
  • лесен за работа
  • сейф
  • Просто ретро-монтаж
  • линейна скала нагоре
  • Партида или Iniine обработка
  • бързо RoI

Naveena et al. (2015) установи, че ултразвуковата интензификация предлага няколко предимства по време на биопроцес, включително ниски оперативни разходи в сравнение с други опции за подобряване на лечението, простота на работа и скромни изисквания за мощност.

Agitated ultrasonic tank (sono-bioreactor) for batch processing

Резервоар с 8kW ултразвукови апарати и бъркалки

Високоефективни ултразвукови реактори за ферментация

Процесите на ферментация включват живи микроорганизми като бактерии или дрожди, които функционират като клетъчни фабрики. Докато sonication се прилага за насърчаване на масовия трансфер и увеличаване на скоростта на растеж и конверсия на микроорганизмите, от решаващо значение е да се контролира ултразвуковата интензивност точно за да се избегне разрушаването на клетъчните фабрики.
Hielscher Ultrasonics е специалист в проектирането, производството и разпространението на високопроизводителни ултразвукови апарати, които могат да бъдат точно контролирани и наблюдавани, за да се гарантират превъзходни ферменти за ферментация.
Прецизен контрол върху ултразвуковите параметри на процеса от Hielscher Ultrasonics' интелигентен софтуерПроцесният контрол е не само от съществено значение за високите добиви и високото качество, но позволява да се повтарят и възпроизвеждат резултати. Особено когато се стигне до стимулиране на клетъчните фабрики, специфичната клетъчно адаптиране на параметрите на ултразвука е от съществено значение за постигане на високи добиви и за предотвратяване на клетъчното разграждане. Следователно, всички цифрови модели на ултразвукови ултразвук hielscher са оборудвани с интелигентен софтуер, който ви позволява да регулирате, наблюдавате и ревизирате параметрите на ултразвука. Ултразвуковите параметри на процеса като амплитуда, температура, налягане, продължителност на ултразвук, дежурства и входящи енергийни източници са от съществено значение за насърчаване на производството на HMO чрез ферментация.
Интелигентният софтуер на Hielscher ultrasonicators записва автоматично всички важни параметри на процеса на интегрираната SD-карта. Автоматичното записване на данни от процеса на ултразвук е основата за стандартизация на процеса и възпроизводимост / повторяемост, които са необходими за добри производствени практики (ДПП).

Hielscher ултразвук Cascatrode

cascatrodeTm в ултразвуков реактор за поточна клетка

Ултразвукови ректори за ферментация

Hielscher ултразвук CascatrodeHielscher предлага ултразвукови сонди с различни размери, дължина и геометрия, които могат да се използват за партида, както и непрекъснати flow-through процедури. Ултразвуковите реактори, известни също като sono-bioreactors, са на разположение за всеки обем, покриващ ултразвуковото биопроцесване от малки лабораторни проби до пилотно и напълно търговско ниво на производство.
Добре известно е, че местоположението на ултразвуковия сонотрода в реакционния съд влияе върху разпределението на кавитацията и микро-стрийминг в средата. Сонотродът и ултразвукови реактор трябва да бъдат избрани в съответствие с обема на обработка на клетъчния бульон. Докато sonication може да се извърши в партида, както и в непрекъснат режим, за големи производствени обеми се препоръчва използването на непрекъсната инсталация на потока. Преминавайки през ултразвукова поточна клетка, цялата клетъчна среда получава точно същото излагане на ултразвук, което гарантира най-ефективното лечение. Hielscher Ultrasonics широк спектър от ултразвукови сонди и реактори поток клетъчни позволява да се съберат идеална ултразвукова настройка на биопроцесора.

Hielscher Ultrasonics – От лаборатория до пилотен към производство

Hielscher Ultrasonics покрива пълния спектър от ултразвуково оборудване, предлагащо компактни ръчни ултразвукови хомогенизатори за подготовка на проби за пейка-отгоре и пилотни системи, както и мощни промишлени ултразвукови единици, които лесно обработват товари на час. Като гъвкави и гъвкави в монтажни и монтажни опции, Hielscher ultrasonicators могат лесно да бъдат интегрирани във всички видове реактори партида, течащи партиди или непрекъснати поток-чрез настройка.
Различни аксесоари, както и персонализирани части позволяват идеалната адаптация на ултразвуковата настройка към вашите изисквания за процеса.
Построен за 24/7 работа при пълно натоварване и тежкотоварни условия, Hielscher ултразвукови процесори са надеждни и изискват само ниска поддръжка.
Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators:

Партида том Дебит Препоръчителни Devices
1 до 500mL 10 до 200 ml / мин UP100H
10 до 2000mL 20 до 400 ml / мин Uf200 ः т, UP400St
00,1 до 20L 00,2 до 4 л / мин UIP2000hdT
10 до 100L 2 до 10 л / мин UIP4000hdT
п.а. 10 до 100 L / мин UIP16000
п.а. по-голям струпване на UIP16000

Свържете се с нас! / Попитай ни!

Поискайте повече информация

Моля, използвайте формата по-долу, за да поискате допълнителна информация за ултразвукови процесори, приложения и цена. Ще се радваме да обсъдим процеса с вас и да ви предложим ултразвукова система, която отговаря на вашите изисквания!









Моля, обърнете внимание, че нашите Правила за поверителност,


Hielscher ултразвук произвежда Високопроизводителните ултразвукови хомогенизатори за дисперсия, емулгиране и извличане на клетки.

Висока мощност ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да се пилот и индустриален мащаб.

Литература / Препратки



Факти заслужава да се знае

Биосинтеза с помощта на клетъчни фабрики

Микробната клетъчна фабрика е метод за биоинженеринг, който използва микробни клетки като производствено съоръжение. Чрез генетично инженерни микроби ДНК на микроорганизми като бактерии, дрожди, гъбички, клетки на бозайници или водорасли се модифицира, превръщайки микробите в клетъчни фабрики. Клетъчните фабрики се използват за превръщане на субстратите в ценни биологични молекули, които се използват например в храни, фарма, химия и производство на гориво. Различните стратегии на клетъчната биосинтеза на базата на фабриката целят производството на местни метаболити, изразяване на хетероложни биосинтетични пътища или протеинови експресия.
Клетъчните фабрики могат да се използват или за синтезиране на естествени метаболити, за да се изразят хетероложни биосинтетични пътища, или да се изрази протеини.

Биосинтеза на местните метаболити

Естествени метаболити се определят като биологични молекули, които клетките, използвани като клетъчен завод произвеждат естествено. Клетъчните фабрики произвеждат тези биологични молекули вътреклетъчно или секретно вещество. Последното е предпочитано, тъй като улеснява отделянето и пречистването на целевите съединения. Примери за местни метаболити са аминокиселини и нуклеинови киселини, антибиотици, витамини, ензими, биоактивни съединения и протеини, произведени от анаболни пътища на клетките.

Хетерологус биосинтетични пътеки

Когато се опитвате да произведете интересно съединение, едно от най-важните решения е изборът на производство в родния хост и оптимизиране на този хост или прехвърляне на пътя към друг добре известен хост. Ако първоначалният домакин може да бъде адаптиран към промишлен процес на ферментация и няма рискове, свързани със здравето, при това (например производство на токсични странични продукти), това може да бъде предпочитана стратегия (какъвто беше случаят например с пеницилин). В много съвременни случаи обаче потенциалът за използване на промишлено предпочитана клетъчна фабрика и свързаните с тях процеси на платформи тежи трудността на прехвърлянето на пътя.

Протеин израз

Експресията на протеини може да се постигне чрез хомоложни и хетероложни начини. При хомоложна експресия, ген, който присъства естествено в организма, е прекалено изразителен. Чрез тази свръхизразход може да се получи по-висок добив на определена молекула. За хетероложната експресия, специфичен ген се пренася в клетка-приемник, при което гена не присъства по естествен път. Използвайки клетъчна технология и рекомбинантна ДНК технология, гена се вкарва в ДНК на гостоприемника, така че клетката домакин произвежда (големи) количества от протеин, който не би произлял по естествен път. Протеиновата експресия се прави в различни гостоприемници от бактерии, например E. coli и Bacillis субтилис, дрожди, например Klyuveromyces lactis, Pichia pastoris, S. cerevisiae, нишковидни гъби, например като A. niger, и клетки, получени от многоклетъчни организми като насекоми бозайници и насекоми. Инцимерните протеини са от голям търговски интерес, включително от насипни ензими, сложни биофармацевтични средства, диагностични и изследователски реагенти. (срв. А.М. Дейви и др. 2017 г.)