Hielscher Ultralydsteknologi

Biosyntetisk produktion af human mælk Oligosaccharider

Biosyntesen af human mælk oligosaccharider (HmOs) via gæring eller enzymatiske reaktioner er en kompleks, forbrugende og ofte lavtydende proces. Ultralydbehandling øger masseoverførslen mellem substrat og cellefabrikter ans stimulerer cellevækst og stofskifte. Derved intensiverer sonikering gæring og biokemiske processer, hvilket resulterer i en accelereret og mere effektiv produktion af HMOS' er.

Human Mælk Oligosaccharider

Human mælk oligosaccharider (HmOs), også kendt som modermælkglykannødder, er sukker molekyler, der er en del af oligosaccharider gruppe. Fremtrædende eksempler på HMOS'er omfatter 2'-fucosyllactose (2′-FL), lacto-N-neotetraose (LNnT), 3'-galactosyllactose (3′-GL) og difucosyllactose (DFL).
Mens modermælk iscomposed af mere end forskellige 150 HMO strukturer, kun 2'-fucosyllactose (2′-FL) og lacto-N-neotetraose (LNnT) er i øjeblikket produceres på kommercielt plan og anvendes som ernæringsmæssige tilsætningsstoffer i modermælkserstatning.
Human mælk oligosaccharider (HmOs) er kendt for deres betydning i baby ernæring. Modermælk oligosaccharider er en unik type næringsstoffer, der fungerer som prebiotics, anti-klæbende antimikrobielle stoffer, og immunmodulatorer i barnets tarm og bidrage væsentligt til hjernens udvikling. Hmos findes udelukkende i modermælken til mennesker; andre mælkeprodukter (f.eks. ko, ged, får, kameler osv.) har ikke denne særlige form for oligosaccharider.
Humanmælk oligosaccharider er den tredje mest rigelige faste bestanddel i modermælk, som kan være til stede enten i opløst eller emulgeret eller suspenderet form i vand. Laktose og fedtsyrer er de mest rigelige faste stoffer findes i modermælk. Hmos er til stede i en koncentration på 0,35-0,88 ounce (9,9– 24,9 g)/ L. Ca. 200 strukturelt forskellige human mælk oligosaccharider er kendt. Den dominerende oligosaccharid hos 80 % af alle kvinder er 2′-fucosylaktik, som findes i modermælk i mennesker i en koncentration på ca. 2,5 g/ L.
Da Hmos ikke er fordøjet, de ikke kalligtisk bidrage til ernæring. At være ufordøjelige kulhydrater, de fungerer som prebiotics og er selektivt gæret af ønskelige gut mikroflora, især bifidobakterier.

Sundhedsmæssige fordele af human mælk Oligosaccharider (HmOs)

  • fremme udviklingen af spædbørn
  • er vigtige for hjernens udvikling
  • har anti-inflammatoriske og
  • antiklæbende virkninger i mave-tarmkanalen
  • understøtter immunsystemet hos voksne
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

Det Ultrasonic processor UIP2000hdT øger masseoverførsel og aktiverer cellefabrikker for højere udbytter af biosyntede biologiske molekyler som HMOS

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


Biosyntese af human mælk Oligosaccharider

Celle fabrikker og enzymatisk / kemo-enzymatiske systemer er aktuelle teknologier, der anvendes til syntese af HMOS. For HMO-produktion i industriel skala er gæring af mikrobielle cellefabrikker, biokemisk syntese og forskellige enzymatiske reaktioner gennemførlige måder at producere HMO på. Af økonomiske årsager er biosyntesen via mikrobielle cellefabrikker i øjeblikket den eneste teknik, der anvendes på industrielt produktionsniveau for Hmos.

Gæring af Hmos ved hjælp af mikrobielle cellefabrikker

E.coli, Saccharomyces cerevisiae og Lactococcus lactis er almindeligt anvendte cellefabrikker, der anvendes til bioproduktion af biologiske molekyler som Hmos. Fermentering er en biokemisk proces ved hjælp af mikroorganismer til at omdanne et substrat til målrettede biologiske molekyler. Mikrobielle cellefabrikker bruger simple sukkerarter som substrat, som de omdanner til Hmos. Da simple sukkerarter (f.eks. laktose) er et rigeligt, billigt substrat, holder dette biosynteseprocessen omkostningseffektiv.
Vækst og biokonvertering påvirkes hovedsageligt af masseoverførsel af næringsstoffer (substrat) til mikroorganismerne. Masseoverførselshastigheden er en hovedfaktor, der påvirker produktsyntesen under gæringen. Ultralydbehandling er velkendt for at fremme masseoverførsel.
Under gæringen skal betingelserne i bioreaktoren konstant overvåges og reguleres, så cellerne kan vokse så hurtigt som muligt for derefter at producere de målrettede biomolekyler (f.eks. oligosaccharider såsom HMOS; insulin; rekombinant proteiner). Teoretisk begynder produktdannelsen, så snart cellekulturen begynder at vokse. Men især i genetisk modificerede celler såsom manipuleret mikroorganismer er det normalt induceret senere ved at tilføje et kemisk stof til substratet, som upregulater udtryk for den målrettede biomolekyle. Ultralydbioreaktorer (sono-bioreaktor) kan styres præcist og give mulighed for specifik stimulering af mikrober. Dette resulterer i en accelereret biosyntese og højere udbytter.
Ultralydlysis og ekstraktion: Gæring af komplekse HMOs kan være begrænset af lav gæring titers og produkter forbliver intracellulære. Ultralydlysis og ekstraktion bruges til at frigive intracellulært materiale før rensning og ned-stream processer.

Ultralyd fremmet gæring

Vækstraten for mikrober som Escherichia coli, manipuleret E.coli, Saccharomyces cerevisiae og Lactococcus lactis kan fremskyndes ved at øge masseoverførselshastigheden og cellevæggen permeabilitet ved at anvende kontrolleret lavfrekvent ultralydbehandling. Som en mild, ikke-termisk forarbejdningsteknik anvender ultralydbehandling rent mekaniske kræfter i gæringsbouillon.
Akustisk kavitation: Arbejdsprincippet om sonikering er baseret på akustisk kavitation. Ultralydsonden (sonotrode) par lavfrekvente ultralyd d bølger ind i mediet. Ultralydbølgerne bevæger sig gennem væsken og skaber skiftevis højtrykscyklusser /kompression. Ved at komprimere og strække væsken i skiftende cyklusser opstår der små vakuumbobler. Disse små vakuumbobler vokser over flere cyklusser, indtil de når en størrelse, hvor de ikke kan absorbere yderligere energi. På dette punkt af maksimal vækst, vakuum boble imploderer voldsomt og genererer lokalt ekstreme forhold, kendt som fænomenet kavitation. I kavitationelle "hot-spot", højt tryk og temperatur forskelle og intense forskydning kræfter med flydende stråler på op til 280m/sec kan observeres. Ved disse kavitationseffekter opnås der en grundig masseoverførsel og sonoporation (perforering af cellevægge og cellemembraner). Substratets næringsstoffer flyder til og ind i de levende hele celler, så cellefabrikkerne er optimalt næret, og vækst samt omregningskurser accelereres. Ultralydbioreaktorer er en enkel, men yderst effektiv strategi til at behandle biomasse i en en-pot biosyntese proces.
En præcist kontrolleret, mild sonikering er velkendt for at intensivere fermenteringsprocesser.
Sonikering forbedrer "produktiviteten af mange bioprocesser, der involverer levende celler via forbedring af substratoptagelse, forbedret produktion eller vækst ved at øge celleporøligheden og potentielt forbedret frigivelse af cellekomponenter." (Naveena et al. 2015)
Læs mere om ultralydassisteret fermentering!
Fordele ved ultralyd intensiveret fermentering

  • øget udbytte
  • Accelereret gæring
  • Cellespecifik stimulering
  • Forbedret optagelse af substrat
  • Øget celle porøsitet
  • nem at betjene
  • sikker
  • Enkel eftermontering
  • lineær opdeling
  • Batch- eller inininbehandling
  • hurtig RoI

Naveena et al. (2015) fandt, at ultralydintensivering giver flere fordele under biobehandling, herunder lave driftsomkostninger sammenlignet med andre forbedrede behandlingsmuligheder, enkelhed i drift og beskedne strømkrav.

Agitated ultrasonic tank (sono-bioreactor) for batch processing

Tank med 8kW ultralydatorer og omrører

Højtydende ultralydgæringsreaktorer

Fermenteringsprocesser involverer levende mikroorganismer såsom bakterier eller gær, der fungerer som cellefabrikker. Mens sonikering anvendes til at fremme masseoverførsel og øge mikroorganismens vækst og omregningshastighed, er det afgørende at kontrollere ultralydintensiteten netop for at undgå ødelæggelse af cellefabrikkerne.
Hielscher Ultrasonics er specialist i at designe, fremstille og distribuere højtydende ultralydatorer, som kan styres og overvåges præcist for at sikre overlegen fermenteringsudbytte.
Præcis kontrol over ultralydprocesparametrene ved Hielscher Ultrasonics' intelligent softwareProceskontrol er ikke kun afgørende for høje udbytter og overlegen kvalitet, men gør det muligt at gentage og reproducere resultater. Især når ist kommer til stimulering af cellefabrikker, er den cellespecifikke tilpasning af sonikeringsparametrene afgørende for at opnå høje udbytter og for at forhindre celleforringelse. Derfor er alle digitale modeller af Hielscher ultralydatorer udstyret med intelligent software, som giver dig mulighed for at justere, overvåge og revidere sonikeringsparametre. Ultralydprocesparametre som amplitude, temperatur, tryk, sonikeringsvarighed, arbejdscyklusser og energiinput er afgørende for at fremme HMO-produktion via gæring.
Hielscher-ultralydsudviklernes smarte software registrerer automatisk alle vigtige procesparametre på det integrerede SD-kort. Den automatiske dataregistrering af sonikeringsprocessen er grundlaget for processtandardisering og reproducerbarhed/repeterbarhed, som er nødvendige for god fremstillingspraksis (GMP).

Hielscher Ultralyd Cascatrode

cascatrodeTm i en ultralydsflowcellereaktor

Ultralydrektorer til gæring

Hielscher Ultralyd CascatrodeHielscher tilbyder ultralydssonder af forskellig størrelse, længde og geometrier, som kan bruges til batch- og kontinuerlige flow-through behandlinger. Ultralydreaktorer, også kendt som sono-bioreaktorer, er tilgængelige for enhver volumen, der dækker ultralyd bioprocessing fra små lab prøver til pilot og fuldt kommerciel produktionsniveau.
Det er velkendt, at placeringen af ultralydsononrod i reaktionsbeholderen påvirker fordelingen af kavitation og mikrostreaming i mediet. Sonotrode og ultralydreaktor bør vælges i overensstemmelse med behandlingsvolumenet af cellebouillonen. Mens sonikering kan udføres i batch såvel som i kontinuerlig tilstand, anbefales det at bruge en kontinuerlig flowinstallation til høje produktionsmængder. Passerer gennem en ultralydflowcelle, får alle cellemedium nøjagtig den samme eksponering for sonikering, der sikrer den mest effektive behandling. Hielscher Ultrasonics brede vifte af ultralydsonder og flowcellereaktorer gør det muligt at samle den ideelle ultralydbioforarbejdningsopsætning.

Hielscher Ultralyd – Fra laboratorium til pilot til produktion

Hielscher Ultrasonics dækker hele spektret af ultralydsudstyr, der tilbyder kompakte håndholdte ultralydshomogenisatorer til prøveforberedelse til bench-top og pilotsystemer samt kraftfulde industrielle ultralydsenheder, der nemt behandler truckloads i timen. At være alsidig og fleksibel i installation og montering muligheder, Hielscher ultralydatorer kan nemt integreres i alle former for batch reaktorer, fed-batches eller kontinuerlig flow-through opsætninger.
Forskelligt tilbehør samt tilpassede dele giver mulighed for den ideelle tilpasning af din ultralydsopsætning til dine proceskrav.
Hielscher ultralydsprocessorer er bygget til 24/7 drift under fuld belastning og kraftig under krævende forhold og er pålidelige og kræver kun lav vedligeholdelse.
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater:

Batch Volumen Strømningshastighed Anbefalede enheder
1 til 500 ml 10 til 200 ml / min UP100H
10 til 2000 ml 20 til 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 til 20L 0.2 til 4L / min UIP2000hdT
10 til 100 l 2 til 10 l / min UIP4000hdT
na 10 til 100 l / min UIP16000
na større klynge af UIP16000

Kontakt os! / Spørg Os!

Bed om mere information

Brug venligst nedenstående formular til at anmode om yderligere oplysninger om ultralydsprocessorer, programmer og pris. Vi vil være glade for at diskutere din proces med dig og tilbyde dig et ultralydssystem, der opfylder dine krav!









Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.


Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralyds homogenisatorer til dispersion, emulgering og celle ekstraktion.

High-Power ultralyd homogenisatorer fra Lab til Pilot og Industriel vægt.

Litteratur / Referencer



Fakta Værd at vide

Biosyntese ved hjælp af cellfabrikker

En mikrobiel cellefabrik er en bioengineeringsmetode, der anvender mikrobielle celler som et produktionsanlæg. Ved gensplejsning mikrober, DNA af mikroorganismer såsom bakterier, gær, svampe, pattedyr celler, eller alger er ændret dreje mikrober i celle fabrikker. Cellefabrikker bruges til at omdanne substrater til værdifulde biologiske molekyler, som f.eks. Forskellige strategier for cellefabriksbaseret biosyntese sigter mod produktion af indfødte metabolitter, udtryk for heterologe biosyntetiske veje eller proteinudtryk.
Celle fabrikker kan bruges til enten syntetisere indfødte metabolitter, til at udtrykke heterologe biosyntetiske veje, eller at udtrykke proteiner.

Biosyntese af indfødte metabolitter

Native metabolitter er defineret som biologiske molekyler, som de celler, der anvendes som cellefabrik producerer naturligt. Cellefabrikker producerer disse biologiske molekyler enten intracellulært eller et udskillet stof. Sidstnævnte foretrækkes, da det letter adskillelsen og rensningen af de målrettede forbindelser. Eksempler for indfødte metabolitter er amino- og nukleinsyrer, antibiotika, vitaminer, enzymer, bioaktive forbindelser og proteiner fremstillet af anabolske celleveje.

Heterologus Biosyntetiske veje

Når de forsøger at producere en interessant forbindelse, en af de vigtigste beslutninger er valget af produktion i den indfødte vært, og optimere denne vært, eller overførsel af vejen til en anden velkendt vært. Hvis den oprindelige vært kan tilpasses en industriel fermenteringsproces, og der ikke er nogen sundhedsrelaterede risici forbundet med at gøre dette (f.eks. produktion af giftige biprodukter), kan dette være en foretrukken strategi (som det f.eks. for penicillin). Men i mange moderne tilfælde, potentialet ved at bruge en industrielt foretrukne celle fabrik og relaterede platform processer ud-vejer vanskeligheden ved at overføre vejen.

Proteinudtryk

Ekspressionen af proteiner kan opnås via homologe og heterologe måder. I homologt udtryk, et gen, der er naturligt til stede i en organisme er over-udtrykt. Gennem dette overudtryk kan der produceres et højere udbytte af et bestemt biologisk molekyle. For heterolog udtryk overføres et specifikt gen til en værtscelle, da genet ikke er til stede naturligt. Ved hjælp af celleteknik og rekombinant DNA-teknologi indsættes genet i værtens DNA, så værtscellen producerer (store) mængder af et protein, som det ikke ville producere naturligt. Proteinudtryk udføres i en række værter fra bakterier, fx E. coli og Bacillis subtilis, gær, fx Klyuveromyces lactis, Pichia pastoris, S. cerevisiae, filamentøse svampe, fx som A. niger, og celler afledt af flercellede organismer som pattedyr og insekter. Innummerous proteiner er af stor kommerciel interesse, herunder fra bulk enzymer, komplekse bio-lægemidler, diagnostik og forskning reagenser. (jf. A.M. Davy et al. 2017)