Rakkude ultraheli desintegreerimine

Ultraheli töötlus on tõhus vahend rakustruktuuride desintegreerimiseks. Seetõttu kasutatakse sonikaatoreid laboratooriumides laialdaselt rakkude avamiseks ning rakusiseste molekulide, valkude ja organellide ekstraheerimiseks uuringute ja analüüside jaoks. Tööstuslikus mastaabis kasutatakse ultraheli desintegreerimist ja lüüsi molekulide isoleerimiseks rakutehastest või biomassi lagundamise soodustamiseks.

Mis on ultraheli desintegreerimine?

Ultraheli desintegreerimine, tuntud ka kui ultraheli homogeniseerimine, on protsess, mis kasutab suure intensiivsusega madalsageduslikke ultrahelilaineid rakuseinte lõhkumiseks ja molekulaarstruktuuride hävitamiseks vedelas keskkonnas. Seda tehnikat kasutatakse tavaliselt mitmesugustes teaduslikes ja tööstuslikes rakendustes mitmel eesmärgil:

Rakkude lõhkumine: Ultraheli desintegreerimist kasutatakse laialdaselt rakubioloogias ja molekulaarbioloogias rakumembraanide lõhkumiseks, mille käigus vabanevad raku sisaldis, näiteks valgud, nukleiinhapped ja organellid. See on kasulik rakusiseste komponentide ekstraheerimiseks analüüsi jaoks või rakkude lüüsimiseks mikrobioloogia ja biotehnoloogia protsessides.

• Homogeniseerimine: See aitab proovis olevaid komponente ühtlaselt segada, eriti segunematute vedelike puhul või siis, kui soovitakse saavutada materjalide ühtlast segu.
• Valkude ekstraheerimine: Bioloogias, proteoomikas ja life science’is on valkude analüüs väga tavaline ülesanne. Enne kui valke saab analüüsides uurida, tuleb need rakusisemusest ekstraheerida ja isoleerida. Sonikaatorid on valkude ekstraheerimiseks enim kasutatav meetod.
• DNA fragmenteerimine: DNA ja RNA on eri tüüpi nukleiinhapped, mis salvestavad ja kodeerivad rakkudes geneetilist teavet. DNA ja RNA analüüsimisel tuleb pikad ahelad mõnikord fragmenteerida, mida saab usaldusväärselt ja tõhusalt teha ultraheli töötlusega (sonikeerimisega).
• Proovi ettevalmistus: Uuringutes ja analüüsis on proovi ettevalmistus tavaline protseduur enne erinevaid analüütilisi meetodeid. Ultraheli desintegreerimine võib aidata proove lahustada või dispergeerida, mis võib parandada analüüside täpsust ja korratavust.

Ultraheli desintegreerimise eelised

Miks kasutada desintegreerimiseks, rakkude lõhkumiseks ning rakusiseste molekulide ja valkude ekstraheerimiseks sondtüüpi sonikaatorit? Sonikaator ehk ultraheli dismembraator pakub arvukalt eeliseid, mis teevad ultraheli töötluse teistest desintegreerimismeetoditest, nagu kõrgsurvehomogeniseerimine, kuulveskis jahvatamine või mikrofluidiseerimine, paremaks tehnoloogiaks.

• Mittetermiline: Ultraheli desintegreerimine on mittetermiline meetod, mis tähendab, et see ei tugine materjalide lagundamisel kuumusele. See on kasulik rakendustes, kus kõrged temperatuurid võiksid kahjustada kuumustundlikke proove.
• Täpne ja kontrollitud: Protsessi saab kontrollida suure täpsusega, mis võimaldab sihipärast lõhkumist, segamist või osakeste suuruse vähendamist.
• Kiire ja tõhus: Ultraheli töötlus on üldjuhul kiire ja tõhus meetod, mistõttu sobib see suure läbilaskevõimega rakendustele.
• Väiksem kemikaalide kasutus: Paljudel juhtudel võib ultraheli desintegreerimine vähendada vajadust karmide kemikaalide või orgaaniliste lahustite järele, mis võib olla keskkonnasõbralik ja vähendada keemilise saastumise ohtu.
• Ei mingeid jahvatuskehi ega düüse: Alternatiivsetel desintegreerimistehnikatel, nagu kuul-/helmesveskis jahvatamine või kõrgsurvehomogenisaatorid, on puudusi. Kuul-/helmesveskis jahvatamine nõuab jahvatuskehade (helmeste või pärlite) kasutamist, mis tuleb vaevaliselt eraldada ja puhastada. Kõrgsurvehomogenisaatoritel on düüsid, mis kipuvad ummistuma. Seevastu ultraheli homogenisaatoreid on lihtne kasutada, need on väga töökindlad ja vastupidavad ning vajavad väga vähe hooldust.
• Mitmekülgsus: Seda saab rakendada paljudele materjalidele, sealhulgas bakteritele, taimerakkudele, imetajate kudedele, vetikatele, seentele jne, mistõttu on see mitmekülgne tehnika erinevates valdkondades.
  Skaleeritavus: Ultraheli tehnikat saab tööstuslike protsesside jaoks skaleerida, mistõttu sobib see nii laboratoorsetele kui ka suuremahulise tootmise rakendustele.

Ultraheli desintegreerimise ja rakkude lõhkumise tööpõhimõte

Ultraheli töötlus tekitab mõjutatavas vedelikus vahelduvaid kõrgsurve- ja madalsurvelaineid. Madalsurvetsükli ajal tekitavad ultrahelilained vedelikus väikesi vaakumimulle, mis kõrgsurvetsükli ajal vägivaldselt kollabeeruvad. Seda nähtust nimetatakse kavitatsiooniks. Kavitatsioonimulli implosioon tekitab tugevaid hüdrodünaamilisi nihkejõude, mis põhjustavad esmalt sonoporatsiooni ja seejärel rakustruktuuride tõhusa lõhkumise. Rakusisesed molekulid ja organellid vabanevad lahustisse täielikult.

Rakustruktuuride ultraheli desintegreerimine

Nihkejõud võivad kiulise, tselluloosse materjali peenosakesteks lagundada ja rakustruktuuri seinu purustada. See vabastab vedelikku rohkem rakusisest materjali, näiteks tärklist või suhkrut. Lisaks purustatakse rakuseina materjal väikesteks killustikuosakesteks.

Seda efekti saab kasutada kääritamiseks, lagundamiseks ja muudeks orgaanilise aine muundamisprotsessideks. Pärast jahvatamist ja peenestamist muudab ultraheli töötlus suurema osa rakusisest materjalist, nt tärklisest, ning rakuseina killustiku kättesaadavamaks ensüümidele, mis muudavad tärklise suhkruteks. See suurendab ka ensüümidele avatud pindala veeldamise või sahhariseerimise ajal. See suurendab tavaliselt pärmikääritamise ja muude muundamisprotsesside kiirust ja saagist, nt biomassist etanooli tootmise hoogustamiseks.

Kasutage ultraheli desintegreerimist – usaldusväärselt ja tõhusalt igas mastaabis

Hielscheri sonikaatorid on saadaval erineva võimsuse ja töötlemismahuga. Olenemata sellest, kas soovite sonikeerida väikeseid bioloogilisi proove paarist mikroliitrist paari liitrini või peate tootmises töötlema suuri rakkude või biomassi vooge, pakub Hielscher Ultrasonics teile teie bioloogilise rakenduse jaoks kõige sobivamat ultraheli dismembraatorit.

• laborimastaap 1 mL kuni ligikaudu 5 L, nt UP400St 22 mm sonotroodiga
• lauamastaap ligikaudu 0,1 kuni 20 L/min, nt UIP1000hdT 34 mm sonotroodi ja läbivoolukambriga
• tootmismastaap alates 20 L/min, nt UIP4000hdT või UIP16000hdT

Alljärgnev tabel annab ülevaate meie laborimõõtmetega ultraheli seadmete ligikaudsest töötlemismahust:

Kasutage allolevat vormi, kui soovite saada lisateavet ultraheliseadmete kasutamise kohta rakkude desintegreerimiseks. Aitame teid hea meelega.

Alljärgnev tabel annab ülevaate meie tööstuslike ultraheli seadmete ligikaudsest töötlemismahust:

Kirjandus / viited

• Nico Böhmer, Andreas Dautel, Thomas Eisele, Lutz Fischer (2012): Recombinant expression, purification and characterisation of the native glutamate racemase from Lactobacillus plantarum NC8. Protein Expr Purif. 2013 Mar;88(1):54-60.
• Brandy Verhalen, Stefan Ernst, Michael Börsch, Stephan Wilkens (2012): Dynamic Ligand-induced Conformational Rearrangements in P-glycoprotein as Probed by Fluorescence Resonance Energy Transfer Spectroscopy. J Biol Chem. 2012 Jan 6;287(2): 1112-27.
• Claudia Lindemann, Nataliya Lupilova, Alexandra Müller, Bettina Warscheid, Helmut E. Meyer, Katja Kuhlmann, Martin Eisenacher, Lars I. Leichert (2013): Redox Proteomics Uncovers Peroxynitrite-Sensitive Proteins that Help Escherichia coli to Overcome Nitrosative Stress. J Biol Chem. 2013 Jul 5; 288(27): 19698–19714.
• Elahe Motevaseli, Mahdieh Shirzad, Seyed Mohammad Akrami, Azam-Sadat Mousavi, Akbar Mirsalehian, Mohammad Hossein Modarressi (2013): Normal and tumour cervical cells respond differently to vaginal lactobacilli, independent of pH and lactate. ed Microbiol. 2013 Jul; 62(Pt 7):1065-1072.