Inimese piima oligosahhariidide biosünteetiline tootmine

Inimese piima oligosahhariidide biosüntees kääritamise või ensümaatiliste reaktsioonide kaudu on kompleksne, tarbiv ja sageli madala saagikusega protsess. Ultraheli suurendab massi ülekannet substraadi ja rakutehaste vahel stimuleerib rakkude kasvu ja ainevahetust. Seeläbi ultrahelitöötlus intensiivistab kääritamist ja biokeemilisi protsesse, mille tulemuseks on hhtide kiirendatud ja tõhusam tootmine.

Inimese piim oligosahhariidid

Inimese piim oligosahhariidid (HOS), tuntud ka kui inimese piima glütsiinid, on suhkru molekulid, mis on osa oligosahhariidide rühma. Väljapaistvate ks nähtude hulka kuuluvad 2'-fucosyllaktoosi (2′-FL), lakto-N-neotetraose (LNnT), 3'-galaktosüüllaktoos (3′-GL) ja difucosyllaktoosi (DFL).
Kuigi inimese rinnapiima koosneb rohkem kui erinevad 150 HMO struktuurid, ainult 2′-fucosyllaktoosi (2′-FL) ja lakto-N-neotetraose (LNnT) on praegu toodetud kaubanduslikul tasandil ja kasutatakse toitainete lisandid imiku piimasegu.
Inimese rinnapiima oligosahhariidid (HOS) on tuntud oma tähtsuse poolest imiku toitumises. Inimese piim oligosahhariidid on unikaalne tüüpi toitaineid, mis toimivad prebiootikumid, anti-liim antimikroobikumid, ja immunomodulaatorid jooksul imiku soolestiku ja aitavad oluliselt kaasa aju arengut. HH-sid leidub ainult inimese rinnapiimas; muudel imetajate piimadel (nt lehm, kits, lambad, kaamel jne) ei ole sellist konkreetset oligosahhariidide vormi.
Inimese piim oligosahhariidid on inimpiimas kolmas kõige rikkalikum tahke komponent, mida võib leiduda kas lahustunud, emulgeeritud või vees suspendeeritud kujul. Laktoos ja rasvhapped on kõige rikkalikumad tahked ained, mida leidub rinnapiimas. HH-d leidub kontsentratsioonis 0, 35...0,88 untsi (9, 9...24, 9 g)/ L. Ligikaudu 200 struktuuriliselt erinevat inimese piima oligosahhariidi on teada. Domineeriv oligosahhariid 80% kõigist naistest on 2′-fufülülaktoos, mida esineb inimese rinnapiimas kontsentratsioonis ligikaudu 2, 5 g/ l.
Kuna hmos ei seedi, ei aita need kütteväärtusele kaasa. Olles seedimatu süsivesikuid, nad toimivad prebiootikumid ja on valikuliselt kääritatud soovitav soolestiku mikrofloora, eriti bifidobacteria.

Inimese rinnapiima oligosahhariidide biosüntees

Rakutehased ja ensümaatilised /kemo-ensümaatilised süsteemid on praegused tehnoloogiad, mida kasutatakse hmode sünteesiks. HMO tootmisel tööstuslikus mastaabis on mikroobsete rakutehaste kääritamine, biokeemiline süntees ja erinevad ensümaatilised reaktsioonid hmo biotootmise jaoks teostatavad viisid. Majanduslikel põhjustel on biosüntees mikroobsete rakutehaste kaudu praegu ainus tehnika, mida kasutatakse turukorralduse tööstuslikul tootmisetasandil.

HmOs kääritamine mikroobsete rakutehaste abil

E.coli, Saccharomyces cerevisiae ja Lactococcus lactis on tavaliselt kasutatavad rakutehased, mida kasutatakse bioloogiliste molekulide, näiteks hmode biotootmiseks. Fermentatsioon on biokeemiline protsess, mille käigus kasutatakse mikroorganisme, et muuta substraat sihitud bioloogilisteks molekulideks. Mikroobide rakutehased kasutavad substraadina lihtsaid suhkruid, mida nad muudavad hmOdeks. Kuna lihtsad suhkrud (nt laktoos) on rikkalik ja odav substraat, hoiab see biosünteesiprotsessi kulutõhusana.
Kasvu ja biokonversiooni kiirust mõjutab peamiselt toitainete (substraat) massiline ülekanne mikroorganismidele. Massiülekande kiirus on peamine tegur, mis mõjutab toote sünteesi kääritamise ajal. Ultraheli on hästi teada, et edendada massi ülekannet.
Kääritamise ajal tuleb bioreaktori tingimusi pidevalt jälgida ja reguleerida, et rakud saaksid kasvada võimalikult kiiresti, et seejärel toota sihtbiomolekule (nt oligosahhariide nagu HMOd; insuliin; rekombinantsed valgud). Teoreetiliselt algab toote moodustumine kohe, kui rakukultuur hakkab kasvama. Kuid eriti geneetiliselt muundatud rakkudes, nagu tehismikroorganismid, indutseeritakse see tavaliselt hiljem, lisades substraadile keemilise aine, mis reguleerib sihtbiomolekuli ekspressiooni. Ultraheli bioreaktoreid (sono-bioreaktorit) saab täpselt kontrollida ja võimaldada mikroobide spetsiifilist stimulatsiooni. Selle tulemuseks on kiirendatud biosüntees ja suurem saagikus.
Ultraheli lüüsimine ja ekstraheerimine: Komplekssete HMOs-ide kääritamist võivad piirata madala fermentatsioonitiitrid ja rakusisesed tooted. Ultraheli lüüsi ja ekstraheerimist kasutatakse rakusisese materjali vabastamiseks enne puhastamist ja all-stream protsesse.

Ultraheli edutatud kääritamine

Mikroobide, näiteks Escherichia coli, tehislike E.coli, Saccharomyces cerevisiae ja Lactococcus lactis kasvukiirust saab kiirendada, suurendades massiülekande kiirust ja rakuseina läbilaskvust, rakendades kontrollitud madala sagedusega ultraheli. Nagu kerge, mittetermiline töötlemise tehnikat, ultraheli rakendab puhtalt mehaanilised jõud käärimispuljong.
Akustiline kavitatsioon: ultrahelitöötluse tööpõhimõte põhineb akustilisel kavitatsioonil. Ultraheli sond (sonotrode) ühendab madala sagedusega ultraheli lained söötmesse. Ultraheli lained liiguvad läbi vedeliku, tekitades vahelduvaid kõrgsurve (kompressioon) / madala rõhuga (haruldane) tsükleid. Vedeliku kokkusurumisel ja venitamisel vahelduvates tsüklites tekivad minuti vaakummullid. Need väikesed vaakummullid kasvavad mitme tsükli jooksul, kuni nad jõuavad suuruseni, kus nad ei suuda enam energiat absorbeerida. Maksimaalse kasvu hetkel laguneb vaakummull vägivaldselt ja tekitab lokaalselt äärmuslikke tingimusi, mida nimetatakse kavitatsiooni nähtuseks. Kavitatsioonilises "kuumas kohas" võib täheldada kõrge rõhu ja temperatuuri erinevusi ning intensiivseid nihkejõude vedelate joadega kuni 280 m /s. Nende kavitatsiooniliste efektide abil saavutatakse põhjalik massiülekanne ja sonoporatsioon (rakuseinte ja rakumembraanide perforatsioon). Substraadi toitained ujuvad elusatesse tervetesse rakkudesse ja nendesse, nii et rakutehased on optimaalselt toidetud ning kiirendatakse nii kasvu kui ka konversioonimäärasid. Ultraheli bioreaktorid on lihtne, kuid väga tõhus strateegia biomassi töötlemiseks ühe poti biosünteesi protsessis.
Täpselt kontrollitud, kerge ultrahelitöötlus on tuntud, et intensiivistada kääritamisprotsesse.
Sonikatsioon parandab "paljude elusrakkudega seotud bioprotsesside tootlikkust substraadi omastamise, suurema tootmise või kasvu suurendamise kaudu rakkude poorsuse suurendamise ja rakukomponentide potentsiaalselt suurenenud vabanemise kaudu." (Naveena et al. 2015)
Loe lähemalt ultraheli abil kääritamise kohta!

Naveena et al. (2015) leidis, et ultraheli intensiivistamine pakub biotöötluse ajal mitmeid eeliseid, sealhulgas madalaid tegevuskulusid võrreldes teiste täiustavate ravivõimalustega, töö lihtsust ja tagasihoidlikke võimsusnõudeid.

Suure jõudlusega ultraheli fermentatsioonireaktorid

Fermentatsiooniprotsessid hõlmavad elusmikroorganisme, nagu bakterid või pärm, mis toimivad rakutehastena. Kuigi ultrahelitöötlust kasutatakse massiülekandmise edendamiseks ja mikroorganismi kasvu ja ümberarvestuskiiruse suurendamiseks, on ülioluline kontrollida ultraheli intensiivsust just selleks, et vältida rakutehaste hävitamist.
Hielscher Ultrasonics on kõrgefektiivsete ultrasonicators'i projekteerimise, tootmise ja levitamise spetsialist, mida saab täpselt kontrollida ja jälgida, et tagada parem fermentatsioonisaagis.

Protsessi juhtimine ei ole oluline mitte ainult kõrge saagikuse ja hea kvaliteediga, vaid võimaldab korrata ja reprodutseerida tulemusi. Eriti kui ist jõuab rakutehaste stimulatsioonini, on ultrahelitöötlusparameetrite rakuspetsiifiline kohandamine oluline, et saavutada kõrge saagikus ja vältida rakkude lagunemist. Seetõttu on kõik Hielscheri ultrasonicators digitaalsed mudelid varustatud intelligentse tarkvaraga, mis võimaldab teil ultrahelitöötluse parameetreid reguleerida, jälgida ja muuta. Ultraheli protsessi parameetrid, nagu amplituud, temperatuur, rõhk, ultrahelitöötlus kestus, töötsüklid ja energiasisend, on olulised HMO tootmise edendamiseks kääritamise kaudu.
Hielscherultrasonicators nutikas tarkvara salvestab automaatselt kõik olulised protsessi parameetrid integreeritud SD-kaardil. Ultrahelitöötlusprotsessi automaatne andmete salvestamine on protsessi standardimise ja reprodutseeritavuse / korratavuse alus, mis on vajalikud heade tootmistavade (GMP) jaoks.

Ultraheli rektorid kääritamiseks

Hielscher pakub erineva suurusega, pikkuse ja geomeetriaga ultraheli sonde, mida saab kasutada nii partii kui ka pideva läbivoolutöötluseks. Ultraheli reaktorid, tuntud ka kui sono-bioreaktorid, on saadaval iga mahu jaoks, mis katab ultraheli biotöötluse väikestest laboriproovidest katse- ja täielikult kaubanduslikule tootmistasemele.
On hästi teada, et ultraheli sonotrode asukoht reaktsioonianumas mõjutab kavitatsiooni ja mikro-voogesituse jaotumist keskmises. Sonotrode ja ultraheli reaktor tuleks valida vastavalt rakupuljongi töötlemismahule. Kuigi ultrahelitöötlust saab teha nii partiis kui ka pidevas režiimis, on suurte tootmismahtude puhul soovitatav kasutada pideva voolu paigaldamist. Läbides ultraheli voolukambri, saab kõik raku keskmised täpselt sama kokkupuute ultrahelitöötlusega, tagades kõige tõhusama ravi. Hielscher Ultrasonics laia ultraheli sondid ja voolu raku reaktorid võimaldab koguda ideaalne ultraheli bioprocessing setup.

Hielscher ULTRASONICS – Laborist katseprojekti tootmiseni

Hielscher Ultrasonics katab kogu ultraheli seadmete spektri, mis pakuvad kompaktseid käeshoitavaid ultraheli homogenisaatoreid proovi ettevalmistamiseks pink-top ja pilootsüsteemidele, samuti võimsaid tööstuslikke ultraheli seadmeid, mis töötlevad kergesti koormaid tunnis. Olles mitmekülgne ja paindlik paigaldus- ja paigaldusvõimalustes, saab Hielscherultrasonicators kergesti integreerida igat liiki partii reaktoritesse, fed-partiidesse või pidevavoolu seadistustesse.
Erinevad tarvikud, samuti kohandatud osad võimaldavad teie ultraheli seadistuse ideaalset kohandamist teie protsessi nõuetele.
Hielscheri ultraheli protsessorid, mis on ehitatud 24 / 7 operatsiooniks täiskoormuse ja raskeveokite all, on usaldusväärsed ja nõuavad ainult madalat hooldust.
Alljärgnev tabel annab teile ülevaate meie ultrahelihitiste ligikaudse töötlemisvõimsusest: