Ултразвуково лизиране на биоинженерни клетки в промишленото производство

Биоинженерните бактерии видове като E. coli, както и генетично модифицирани видове бозайници и растителни клетки се използват широко в биотехнологичните за изразяване на молекули. За да се освободят тези синтезирани био-молекули, е необходима надеждна техника за разрушаване на клетките. Ултразвукът с висока производителност е доказан метод за ефективен и надежден клетъчен лизис – лесно мащабируеми до големи пропускателни продукти. Hielscher Ultrasonics ви предлага високопроизводително ултразвуково оборудване за ефикасен клетъчен лизис с цел производство на големи обеми висококачествени био-молекули.

Извличане на молекули от клетъчни фабрики

За производството на широка гама от биомолекули могат да се използват различни инженерни микроби и растителни клетки като микробни клетъчни фабрики, Включително Escherichia coli, Bacillus subtilis, Pseudomonas putida, Streptomyces, Corynebacterium glutamicum, Lactococcus lacti, Цианобактерии, Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, Yarrowia lipolytica, Nicotiana benthamiana и водорасли, наред с много други. Тези клетъчни фабрики могат да произвеждат протеини, липиди, биохимикъли, полимери, биогорива и олеохимици, които се използват като храна или суровина за промишлени приложения. Клетките, използвани като клетъчни фабрики, се култивират в затворени биореактори, където могат да постигнат висока ефективност, специфичност и ниски енергийни изисквания.
За да изолират целевите молекули от биоинженерните клетъчни култури, клетките трябва да бъдат нарушени, така че вътреклетъчният материал да бъде освободен. Ултразвуковите прекъсвачи на клетките са добре установени като високо надеждна и ефикасна техника за клетъчна деинтеграция и съединение освобождаване.

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


Ултразвуковата клетъчна десинтеграция се използва за изолиране на съединения от заводите за бактериални клетки.

Ултразвукови клетъчни десинтегратори като UIP2000hdT се използват за изолиране на съединения от микробни клетъчни фабрики.

Микробните клетъчни фабрики са метаболитно инженерни клетки, използвани за синтеза на различни съединения като биоактивни вещества, активни фармацевтични съставки (API), биогорива, полимери и протеини. Ултразвуковите клетъчни десинтегратори са надеждни, бързи и ефективни, когато става въпрос за изолиране на тези ценни съединения от клетъчния интериор.

Микробните клетъчни фабрики са метаболитно създадени клетки, използвани за синтеза на различни ценни съединения. Ултразвуковото прекъсване на клетките е ефикасен и надежден метод за освобождаване на ценните съединения от клетъчния интериор.
проучване и графика: ©Villaverde, 2010.

Предимства на ултразвуковите клетъчни нарушители

Като нетермична, лека, но въпреки това високоефективна технология, ултразвуковите нарушители се използват в лабораторията и промишлеността за лъзване на клетки и за производство на висококачествени екстракти, например използвани за изолиране на молекули от клетъчни фабрики.

Защо ultrasonicators за прекъсване на клетките?

  • Високоефективни
  • Нетермично, идеално за температурно чувствителни вещества
  • Надеждни, повтаряеми резултати
  • Прецизен контрол на обработката
  • Линейни мащабируеми до по-големи пропускателни пътища
  • Предлага се за промишлени производствени мощности

Мощност-ултразвук за ефективно нарушаване на микробни клетъчни фабрики

Механизъм и ефекти на ултразвукови клетъчни нарушители:
Ултразвуково прекъсване на клетките се използва в пейка-отгоре и промишлен мащаб за нарушаване на метаболитно инженерни микробни клетки, така наречените клетъчни фабрики, за освобождаване на ценни съединения.Ултразвуковото прекъсване на клетките използва силата на ултразвуковите вълни. Ултразвуковият хомогенизатор / клетъчен разрушител е оборудван със сонда (известен още като сонотрод), направена от титанова сплав, която осцилира с висока честота от приблизително 20 kHz. Това означава ултразвуковата сонда двойки 20 000 вибрации в секунда в ултразвуковата течност. Ултразвуковите вълни, съчетани в течността, се характеризират с редуващи се цикли с високо налягане / ниско налягане. По време на цикъл с ниско налягане течността се разширява и възникват минута вакуумни мехурчета. Тези много малки мехурчета растат в продължение на няколко редуващи се цикъла на налягане, докато не могат да абсорбират никаква по-нататъшна енергия. В този момент кавитационните мехурчета имплодират бурно и създават на местно ниво необикновена енергийно гъста среда. Това явление е известно като акустична кавитация и се характеризира с локално много високи температури, много високи налягания и сили на срязване. Тези срязване подчертава счупи ефективно клетъчни стени и увеличаване на масовия трансфер между клетъчния интериор и околния разтворител. Като чисто механична техника, ултразвуково генерираните сили на срязване се използват широко и препоръчителната процедура за бактериално клетъчното разрушаване, както и за изолиране на протеини. Като прост и бърз метод за разрушаване на клетките, ултразвукът е идеален за изолиране на малки, средни и големи големи обеми. Цифровите ултразвукови апарати на Hielscher са оборудвани с ясно меню от настройки за прецизен контрол на ултразвука. Всички данни за ултразвук се съхраняват автоматично на вградена SD-карта и са просто достъпни. Изтънчените опции за разсейване на топлината като външно охлаждане, ултразвук в режим импулси и т.н. по време на ултразвуковия процес на разпадане гарантират поддържането на идеалната температура на процеса и по този начин непокътнатите на извлечени топлинно чувствителни съединения.

Изследвания подчертава силните страни на ултразвуково прекъсване на клетките и извличане

Проф. Chemat et al. (2017) възобновява в своето проучване, че "екстракцията, подпомагана с ултразвук, е зелена и икономически жизнеспособна алтернатива на конвенционалните техники за храни и естествени продукти. Основните ползи са намаляване на времето за екстракция и обработка, количеството на използваната енергия и разтворители, операциите на единицата, както и CO2 емисиите."
Gabig-Ciminska et al. (2014) използва хомогенизатор с високо налягане и ултразвуков клетъчен dsintegrator в проучването си за лизиса на спори с цел освобождаване на ДНК. Сравнявайки двата метода на разрушаване на клетките, изследователският екип заключава, че по отношение на клетъчния лизис за споро ДНК", "анализът е направен чрез наемане на клетъчни лизати от хомогенизацията с високо налягане. След това разбрахме, че ултразвуковото прекъсване на клетките има изключителни предимства за тази цел. Тя е по-скоро бърза и може да бъде обработена за малки обеми проби." (Габиг-Чиминска и др., 2014)

4000 вата мощен ултразвуков процесор UIP4000hdT се използва за нарушаване на биоинженерните клетки (т.е., клетъчни фабрики) с цел освобождаване на целеви молекули.

Промишлен ултразвуков клетъчен дезинтегратор UIP4000hdT (4000 w, 20kHz) за непрекъсната инлайн изолация и пречистване на синтезирани съединения от микробни клетъчни фабрики.

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


Биомолекули от клетъчни фабрики за производство на храни

Микробните клетъчни фабрики са жизнеспособна и ефикасна производствена методика, използваща микробни организми за производство на високи добиви на родни и неродни метаболити чрез метаболитно био-инженерство на микробни микроорганизми като бактерии, дрожди, гъбички и др. Насипни ензими са например произведени с помощта на микроорганизми auch като Aspergillus oryzae, гъбички, и бактерии. Тези насипни ензими се използват за производство на храни и напитки, както и в селското стопанство, биоенергията и домакинските грижи.
Определени бактерии като Acetobacter xylinum и Глюконацетобактерия ксилинус произвеждат целулоза по време на процес на ферментация, където нанофибърите се синтезират в процес отдолу нагоре. Бактериалната целулоза (известна още като микробна целулоза) е химически еквивалентна на растителна целулоза, Но има висока степен на кристалност и висока чистота (без лигнин, хемицелулоза, пектин, и други биогенни компоненти), както и уникална структура на целулозно нанофибър-тъканата триизмерна (3D) ретикулирана мрежа. (срв. Жонг, 2020 г.) В сравнение с растителнодобитата целулоза, бактериалната целулоза е по-устойчива и произвежданата целулоза е чиста, не изискваща сложни стъпки за пречистване. Ултразвуковата обработка и екстракцията с разтворител с помощта на NaOH или SDS (натриев додецилов сулфат) са много ефективни за изолиране на бактериалната целулоза от бактериалните клетки.

Биомолекули от клетъчни фабрики за фармацевтично и ваксинално производство

Един от най-видните фармацевтични продукти, получени от клетъчни фабрики е човешки инсулин. За биоинженерното производство на инсулин се използват предимно E. coli и Saccharomyces cerevisiae. Тъй като биосинтезираните наноразмерни молекули предлагат висока биологична съвместимост, биологичните наночастици като феритин са изгодни за множество приложения за биопроизводство. Освен това производството в метаболитно създадени микроби често е значително по-ефикасно в получените добиви. Например производството на артемизинова киселина, ресвератрол и ликопен се е увеличило десетократно до няколко стократно, и вече е установено или е в развитие до производството на промишлен мащаб. (срв. Liu et al.; Микроб. Клетъчен факт. 2017)
Например, базираните на протеин наноразмерни биомолекули със самосглобяващи се свойства като феритин и вирусоподобни частици са особено интересни за развитието на ваксините, тъй като имитират както размера, така и структурата на патогените и са податливи на повърхностно конюгиране на антигени за насърчаване на взаимодействието с имунните клетки. Такива молекули се изразяват в така наречените клетъчни фабрики (напр., инженерни щамове E. coli), които произвеждат определена целева молекула.

Протокол за ултразвуков лизис и на E. coli BL21 за освобождаване на феритин

Феритинът е протеин, който първична функция е съхранението на желязо. Феритин показва обещаващи възможности като самосглобяеми наночастици във ваксините, където се използва като превозно средство за доставка на ваксини (напр. протеини от шипове SARS-Cov-2). Научните изследвания на Sun et. al. (2016) показва, че рекомбинантният феритин може да бъде освободен като разтворима форма от Escherichia coli при ниски концентрации на NaCl (≤50 mmol/L). За да се изрази феритинът в E. coli BL21 и да се освободи фертинът, успешно се прилага следният протокол. Рекомбинантният pET-28a/феритин плазмид е трансформиран в щама E coli BL21 (DE3). Клетките на феритин E coli BL21 (DE3) са култивирани в LB растежни среди с 0,5% канамицин при 37°C и индуцирани при OD600 от 0,6 с 0,4% изопропил-β-D-тиогалактопиранозид в продължение на 3 часа при 37°C. След това крайната култура е добита чрез центрофугиране при 8000g за 10 минути при 4°C, а пелетата е събрана. След това пелетът е ресуспендиран в LB среда (1% NaCl, 1% Типон, 0,5% екстракт от дрожди)/лизис буфер (20 mmol/L Tris, 50 mmol/L NaCl, 1 mmol/L EDTA, pH 7.6) и различни концентрации на NaCl разтвор (съответно 0, 50, 100, 170 и 300 mmol/L). За бактериален клетъчен лизис ултразвукът е приложен в импулсен режим: напр. ултразвукова машина UP400St при 100% амплитуда с цикъл на митото от 5 секунди ON, 10 секунди OFF, за 40 цикъла) и след това центрофугира на 10 000g за 15 минути при 4°C. Супернатантът и утайката са анализирани чрез натриев додецил сулфат полиакриламид гел електрофореза (SDS-PAGE). Всички натриев додецил сулфат-оцветени гелове са сканирани със скенер с висока разделителна способност. Гел изображения бяха анализирани с помощта на Magic Chemi 1D софтуер. За оптимална яснота протеинови ленти бяха открити чрез регулиране на параметрите. Данните за лентите са генерирани от технически три екземпляра. (срв. Слънце и др., 2016)

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


Ултразвукови клетъчни нарушители за промишлено лизиране на клетъчни фабрики

Ултразвуковият лизис и екстракция е надежден и комфортен метод за освобождаване на метаболити от клетъчните фабрики, като по този начин се подпомага ефикасното производство на целеви молекули. Ултразвуковите клетъчни нарушители са достъпни от лаборатория до промишлен размер и процесите могат да бъдат мащабирани напълно линейни.
Hielscher Ultrasonics е вашият компетентен партньор за високопроизводителни ултразвукови нарушители и има дългогодишен опит в областта на имплантиране на ултразвукови системи в bench-top и индустриални настройки.
Hielscher ultrasonicators могат да бъдат дистанционно контролирани чрез управление на браузъра. Параметрите на ултразвук могат да бъдат наблюдавани и регулирани именно към изискванията за процеса.Когато става въпрос за изискан хардуер и софтуер, системите за разрушаване на клетките Hielscher Ultrasonics изпълняват всички изисквания за оптимален контрол на процеса, лесна работа и удобно за ползване. Клиентите и потребителят на Hielscher ultrasonicators ценят ползата, която Hielscher ултразвукови клетъчни нарушители и екстрактори позволяват прецизното наблюдение и контрол на процеса – чрез цифрово сензорно-дисплейно и дистанционно управление на браузъра. Всички важни данни за ултразвук (например нетна енергия, обща енергия, амплитуда, продължителност, температура, налягане) автоматично се съхраняват като CSV файл на интегрирана SD-карта. Това помага да се получат възпроизводими и повтаряеми резултати и улеснява стандартизацията на процесите, както и изпълнението на Добрите производствени практики (cGMP).
Разбира се, Hielscher ултразвукови процесори са построени за 24 / 7 работа при пълно натоварване и следователно могат да бъдат надеждно експлоатирани в промишлени производствени настройки. Поради висока здравина и ниска поддръжка, престоите на ултразвуковото оборудване са наистина ниски. Функции cIP (чисто на място) и SIP (стерилизирайте на място) минимизират трудоемкото почистване, особено след като всички мокри-части са гладки метални повърхности (без скрити произходи или дюзи).

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,


Ултразвукови хомогенизатори с висока срязване се използват в лаборатория, пейка-топ, пилотна и промишлена обработка.

Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори за смесване на приложения, дисперсия, емулгиране и екстракция на лаборатория, пилот и промишлен мащаб.



Литература / Препратки

Факти заслужава да се знае

Соно-биореактори

Ултразвукът се използва от една страна, за да се нарушат клетките, за да се освободят вътреклетъчни съединения, но се прилага с по-мек амплитуди и / или като пулсиращи ултразвукови изблици, ултразвукът може значително да засили метаболитната продуктивност на микробните, растителните и животинските клетки в биореакторите, като по този начин повишава биотехнологичните процеси. Ултразвуковите сонди могат да бъдат просто интегрирани в биореактори (така наречените соно-биореактори), за да се засили ефективността на живите биокаталисти. Hielscher ultrasonicators позволяват точно контролирани ултразвукови условия, които могат да бъдат оптимално фино настроени към висока каталитична конверсия на живи клетки. Научете повече за ултразвуковите сонди Hielscher за сонобиореактори и ефектите на ултразвуково усилената биокатализа!

Клетъчни фабрики и синтеза на метаболити

Различни микроорганизми могат да синтезират подобни метаболити, например, за производството на аминокиселини Corynebacterium, Brevibacterium, и Escherichia coli са били успешно използвани; витамини хе е синтезиран с помощта на Propionibacterium и Pseudomonas; органични киселини са получени от Aspergillus, Lactobacillus, Ризопус; докато ензимите могат да бъдат направени от Aspergillus и Bacillus; антибиотици могат да бъдат произведени от Streptomyces и Пеницилиум; докато за производството на биосърфактанти, често образувани Pseudomonas, Bacillus, и Lactobacillus се използват като клетъчни фабрики.

E. Coli като микробни клетъчни фабрики

Бактериите E. coli и многобройните му щамове са широко използвани молекулярна биология ans се превърна като един от първите ефективни клетъчни модели, използвани asmicrobial клетъчни фабрики за производство на рекомбинантни протеини, биогорива, и различни други химикали. E. coli се отличава с естествена способност да произвежда няколко съединения, което е подобрено чрез био-инженеринг и генетични модификации. Например чрез прехвърляне на хетероложни ензими е модифицирана способността на E.coli да произвежда множество продукти с цел разработване на нови биосинтетични пътища.
(Antonio Valle, Jorge Bolívar: Chapter 8 – Escherichia coli, the workhorse cell factory for the production of chemicals. In: Editor(s): Vijai Singh, Microbial Cell Factories Engineering for Production of Biomolecules, Academic Press, 2021. 115-137.)

Стрептомици като микробни клетъчни фабрики

Стрептомицесите е най-голямата група актиномицети; Streptomyces видове са широко разпространени във водни и сухоземни екосистеми. Членовете на Streptomyces род са от търговски интерес поради капацитета си да произвеждат огромен брой биомолекули и биоактивни вторични метаболити. Той произвежда клинично полезни антибиотици като тетрациклини, аминогликозиди, макролиди, хлорамфеникол, и рифамицини. В допълнение към антибиотиците, Streptomyces произвеждат и други високо ценни фармацевтични продукти, включително противораков, имуностимулаторни, имуносупресивни, антиоксидантни агенти, инсектициди, и антипаразитни лекарства, които имат широки медицински и селскостопански приложения.
Streptomyces видове произвеждат гама от ензими, които са медицински важни, включително L-аспарагиназа, уриказа, и холестерол оксидаза. Много актиномицети могат да произвеждат индустриално важни ензими като целули, хитинази, хитозанази, α-амилаза, протеази, и липази. Много актиномицети могат да произвеждат различни пигменти, които са потенциално добра алтернатива на синтетични цветове. Streptomyces видове имат голям капацитет да произвеждат активни повърхностни биомолекули, включително биоемулгатори и биосърфактанти. Антидиабетна акарбоза е произведена от щамове на Streptomyces чрез микробна ферментация. Видовете Streptomyces са показали способността да синтезират инхибитори на синтеза на холестерол, като правастатин. Наскоро видовете Streptomyces могат да се използват като екологично чисти "нанофактории" за синтез на наночастици. Някои видове Streptomyces са обещаващ за производството на витамин В12.
(Noura El-Ahmady El-Naggar: Chapter 11 – Streptomyces-based cell factories for production of biomolecules and bioactive metabolites, In: Editor(s): Vijai Singh, Microbial Cell Factories Engineering for Production of Biomolecules, Academic Press, 2021. 183-234.)


Ултразвук с висока производителност! Продуктовата гама на Hielscher обхваща пълния спектър от компактния ултразвуков апарат на лабораторията над пейка-топ единици до пълноиндустриални ултразвукови системи.

Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да се промишлени размери.