Bioengineered rakkude ultrahelilüsiin tööstuslikus tootmises

Bioengineered bakteriliike, nagu E. coli, samuti geneetiliselt muundatud imetajate ja taimerakkude tüüpe kasutatakse laialdaselt biotehnoloogias molekulide ekspressimiseks. Nende sünteesitud biomolekulide vabastamiseks on vaja usaldusväärset rakuhäirete tehnikat. Suure jõudlusega ultraheliuur on tõestatud meetod tõhusaks ja usaldusväärseks rakulüsiiniks – kergesti skaleeritav suurtele läbilaskevõimetele. Hielscheri ultraheli pakub teile suure jõudlusega ultraheli seadmeid tõhusaks rakulüüsiks, et toota suures koguses kvaliteetseid biomolekule.

Molekulide ekstraheerimine rakutehastest

Paljude biomolekulide tootmiseks võib mikroobsete rakutehastena kasutada erinevaid projekteeritud mikroobe ja taimerakke, sealhulgas Escherichia coli, Bacillus subtilis, Pseudomonas putida, Streptomyces, Corynebacterium glutamicum, Lactococcus lacti, Cyanobacteria, Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, Yarrowia lipolytica, Nicotiana benthamiana ja vetikad. Need rakutehased võivad toota valke, lipiide, biokeemilisi, polümeere, biokütuseid ja oleokemikaale, mida kasutatakse toidu või toorainena tööstuslikeks rakendusteks. Rakutehastena kasutatavaid rakke kasvatatakse suletud bioreaktorides, kus nad saavad saavutada kõrge efektiivsuse, spetsiifilisuse ja madala energiavajaduse.
Sihtmolekulide eraldamiseks bioengineered rakukultuuridest peavad rakud olema häiritud, et rakusisene materjal vabaneks. Ultraheli rakkude häirijad on hästi välja kujunenud kui väga usaldusväärne ja tõhus meetod rakkude lagunemiseks ja ühendite vabanemiseks.

Infonõue




Pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


Ultraheli rakkude lagunemist kasutatakse ühendite eraldamiseks bakterirakkude tehastest.

Ultrahelirakkude disintegraatorid, näiteks UIP2000hdT neid kasutatakse ühendite eraldamiseks mikroobsete rakkude tehastest.

Mikroobsete rakkude tehased on metaboolselt konstrueeritud rakud, mida kasutatakse erinevate ühendite, näiteks bioaktiivsete ainete, aktiivsete rearmseutiliste koostisosade (API-de), biokütuste, polümeeride ja valkude sünteesiks. Ultraheli rakkude disintegraatorid on usaldusväärsed, kiired ja tõhusad, kui tegemist on nende väärtuslike ühendite eraldamisega raku sisemusest.

Mikroobsete rakkude tehased on metaboolselt konstrueeritud rakud, mida kasutatakse erinevate väärtuslike ühendite sünteesiks. Ultraheli rakkude katkemine on tõhus ja usaldusväärne meetod väärtuslike ühendite vabastamiseks raku sisemusest.
uuring ja graafika: ©Villaverde, 2010.

Ultraheli rakkude häirijate eelised

Mittetermilise, kerge, kuid väga tõhusa tehnoloogiana kasutatakse ultraheli häirijaid laboris ja tööstuses rakkude lüsumeerimiseks ja kvaliteetsete ekstraktide tootmiseks, nt kasutatakse molekulide eraldamiseks rakutehastest.

Miks ultraheliatorid rakkude katkemiseks?

  • Väga tõhus
  • Mittetermiline, ideaalne temperatuuritundlike ainete jaoks
  • Usaldusväärsed, korratavad tulemused
  • Täpne töötlemiskontroll
  • Lineaarne skaleeritav suurematele läbilaskevõimetele
  • Saadaval tööstuslike tootmisvõimsuste jaoks

Võimsus-ultraheli mikroobide rakutehaste tõhusaks häirimiseks

Ultraheli rakkude häirijate mehhanism ja mõju:
Ultraheli rakkude häireid kasutatakse pinkide ja tööstuslikus mastaabis, et häirida metaboolselt konstrueeritud mikroobseid rakke, nn rakutehaseid, väärtuslike ühendite vabastamiseks.Ultraheli rakkude katkemine kasutas ultraheli lainete jõudu. Ultraheli homogenisaator / rakuhäiitor on varustatud titaanisulamist valmistatud sondiga (aka sonotrode), mis võngub kõrgel sagedusel umbes 20 kHz. See tähendab, et ultraheli sond ühendab 20 000 vibratsiooni sekundis ultraheliga töödeldud vedelikku. Vedelikuga ühendatud ultrahelilaineid iseloomustavad vahelduvad kõrgsurve / madala rõhu tsüklid. Madala rõhu tsükli ajal vedelik laieneb ja tekivad minuti vaakummullid. Need väga väikesed mullid kasvavad mitme vahelduva rõhutsükli jooksul, kuni nad ei suuda enam energiat absorbeerida. Sel hetkel lagunevad kavitatsioonimullid vägivaldselt ja loovad kohapeal erakordse energiarikka keskkonna. Seda nähtust nimetatakse akustiliseks kavitatsiooniks ja seda iseloomustavad lokaalselt väga kõrged temperatuurid, väga kõrged rõhud ja nihejõud. Need nihepinged purustavad tõhusalt rakuseinu ja suurendavad massiülekannet raku sisemuse ja ümbritseva lahusti vahel. Puhtalt mehaanilise tehnikana kasutatakse laialdaselt ultraheli loodud nihkejõude ja soovitatavat protseduuri bakteriaalsete rakkude katkemiseks, samuti valkude isoleerimiseks. Lihtsa ja kiire rakukatkestuse meetodina sobib ultrahelitöötlus ideaalselt väikeste, keskmise suurusega ja suurte mahtude isoleerimiseks. Hielscheri digitaalsed ultraheliatorid on varustatud täpse ultrahelikontrolli seadete selge menüüga. Kõik ultrahelitöötlusandmed salvestatakse automaatselt sisseehitatud SD-kaardile ja on lihtsalt kättesaadavad. Keerukad soojuse hajutamise võimalused, nagu väline jahutamine, ultraheli lagunemisprotsessi ajal pulseeriv režiimis jne ultraheli lagunemisprotsessis, tagavad ideaalse protsessitemperatuuri säilitamise ja seeläbi ekstraheeritud soojustundlike ühendite tervesuse.

Uuringud rõhutavad ultrahelirakkude katkemise ja ekstraheerimise tugevaid külgi

Prof Chemat jt (2017) jätkab oma uuringus, et "ultraheli abil ekstraheerimine on roheline ja majanduslikult elujõuline alternatiiv tavapärastele toidu- ja looduslike toodete tehnikatele. Peamised eelised on ekstraheerimis- ja töötlemisaja vähenemine, kasutatud energia ja lahustite hulk, ühikute toimingud ja CO2 heitkogused."
Gabig-Ciminska jt (2014) kasutasid DNA vabastamiseks spooride lüüsi uurimiseks kõrgsurve homogenisaatorit ja ultrahelirakkude dsintegraatorit. Võrreldes mõlemat rakukatkestuse meetodit, järeldab uurimisrühm, et spoori DNA rakulüüsi osas "on analüüsitud, kasutades kõrge rõhu homogenisatsiooni rakulüsaate. Hiljem mõistsime, et ultrahelirakkude katkemine on selleks otstarbeks silmapaistvaid eeliseid. See on üsna kiire ja seda saab töödelda väikeste valimimahtude jaoks." (Gabig-Ciminska jt, 2014)

4000 vatti võimsat ultraheliprotsessorit UIP4000hdT kasutatakse bioengineered rakkude (st rakutehaste) häirimiseks sihtmolekulide vabastamiseks.

Tööstuslik ultrahelirakkude laguneja UIP4000hdT (4000W, 20kHz) sünteesitud ühendite pidevaks inline eraldamiseks ja puhastamiseks mikroobsete rakkude tehastest.

Infonõue




Pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


Biomolekulid rakutehastest toiduainete tootmiseks

Mikroobsete rakkude tehased on elujõuline ja tõhus tootmismetoodika, mis kasutab mikroobseid organisme, et toota suurt saagikust kohalikest ja mitte-kohalikest metaboliitidest mikroobsete mikroorganismide, näiteks bakterite, pärmide, seente jne metaboolse biotehnoloogia abil. Lahtised ensüümid toodetakse näiteks mikroorganismide abil, nagu Aspergillus oryzae, seened ja bakterid. Neid lahtiseid ensüüme kasutatakse toidu ja joogi tootmiseks, samuti põllumajanduses, bioenergias ja majapidamises hooldamiseks.
Teatud bakterid, nagu Acetobacter xylinum ja Gluconacetobacter xylinus, toodavad fermentatsiooniprotsessi ajal tselluloosi, kus nanokiud sünteesitakse alt üles protsessis. Bakteriaalne tselluloos (tuntud ka kui mikroobne tselluloos) on keemiliselt samaväärne taimse tselluloosiga, kuid sellel on kõrge kristalliseerumine ja kõrge puhtus (vaba ligniinist, hemitselluloosist, pektiinist ja muudest biogeensetest komponentidest) ning tselluloosi nanokiust jutustatud kolmemõõtmelise (3D) retikuleeritud võrgu ainulaadne struktuur. (vrd Zhong, 2020) Võrreldes taimsest tselluloosist on bakteriaalne tselluloos jätkusuutlikum ja toodetud tselluloos on puhas, mis ei vaja keerulisi puhastusetappe. Ultraheli ja lahusti ekstraheerimine NaOH või SDS (naatriumdotsüülsulfaat) abil on bakteriaalse tselluloosi eraldamiseks bakterirakkudest väga tõhusad.

Biomolekulid farmaatsia- ja vaktsiinitootmise rakutehastest

Üks silmapaistvamaid farmaatsiatooteid, mis on saadud rakutehastest, on inimese insuliin. Bioengineered insuliini tootmiseks kasutatakse peamiselt E. coli ja Saccharomyces cerevisiae. Kuna biosünteldud nanosuurused molekulid pakuvad suurt biosobivust, on bioloogilised nanoosakesed, nagu ferritiinid, soodsad paljude biotöödeks. Lisaks on metaboolselt muundatud mikroobide tootmine saadud saagikuses sageli oluliselt tõhusam. Näiteks artemisiiinhappe, resveratrooli ja lükopeeni tootmine on kümnekordistunud mitme sajakordseks ning on juba loodud või on tööstuslikus mastaabis tootmises. (vrd Liu et al.; Microb. Raku fakt. 2017)
Näiteks valgupõhised nano-suurusega biomolekulid, millel on ise kokkupandavad omadused, nagu ferritiini ja viiruselaadsed osakesed, on vaktsiini arenguks eriti huvitavad, kuna need jäljendavad nii patogeenide suurust kui ka struktuuri ning on sobivad antigeenide pinna konjugatsioonile, et soodustada koostoimet immuunrakkudega. Selliseid molekule ekspresseerivad nn rakutehased (nt konstrueeritud E. coli tüved), mis toodavad teatud sihtmolekuli.

Ultrahelilüsiini ja E. coli BL21 protokoll ferritiini vabastamiseks

Ferritiini on valk, mille esmane funktsioon on raua säilitamine. Ferritiin näitab paljutõotavaid võimeid ise kokkupandavate nanoosakestena vaktsiinides, kus seda kasutatakse vaktsiini kohaletoimetamise vahendina (nt SARS-Cov-2 ogavalgud). Sun et teaduslikud uuringud. al. (2016) näitab, et rekombinantne ferritiini võib vabaneda lahustuva vormina Escherichia colist madala NaCl kontsentratsiooni korral (≤50 mmol/L). Ferritiini väljendamiseks E. coli BL21-s ja ferrtiini vabastamiseks rakendati edukalt järgmist protokolli. Rekombinantne pET-28a/ferritiini plasmiid muudeti E coli BL21 (DE3) tüveks. Ferritiini E coli BL21 (DE3) rakke kultiveeriti LB kasvukandjal 0,5% kanamütsiiniga 37 °C juures ja indutseeriti OD600-l 0,6,4% isopropüül-β-D-thiogalactopyranoside 3 tundi 37 °C juures. Seejärel koristati lõplik kultuur tsentrifuugiga 8000 g juures 10 minutit 4 °C juures ja pellet koguti. Seejärel taaskasutati pellet lB keskkonnas (1% NaCl, 1% tüpone, 0,5% pärmiekstrakt)/lüüsipuhvris (20 mmol/L Tris, 50 mmol/L NaCl, 1 mmol/L EDTA, pH 7,6) ja NaCl lahuse erinevates kontsentratsioonides (vastavalt 0, 50, 100, 170 ja 300 mmol/L). Bakterirakulüsüüsi puhul rakendati ultrahelitöötlust impulssrežiimis: nt ultrasonikaator UP400St 100% amplituudiga, mille töötsükkel on 5 sekundit SEES, 10 sekundit VÄLJA lülitatud, 40 tsükli jooksul) ja seejärel tsentrifuug 10 000 g juures 15 minutit 4 °C juures. Supernatanti ja sadet analüüsis naatriumdotsüülsulfaat polüakrülamiidi geelelektroforees (SDS-PAGE). Kõik naatriumdotsüülsulfaadiga värvitud geelid skaneeriti kõrgresolutsiooniga skanneriga. Geelpilte analüüsiti Magic Chemi 1D tarkvara abil. Optimaalse selguse huvides tuvastati valguribad parameetrite reguleerimise teel. Ansamblite andmed saadi tehnilistest trilikaatidest. (vrd Sun et al., 2016)

Infonõue




Pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


Ultraheli rakuhäiitorid rakutehaste tööstuslikuks lüsiiniks

Ultrahelilüsüüs ja ekstraheerimine on usaldusväärne ja mugav meetod metaboliitide vabastamiseks rakutehastest, aidates seeläbi sihtmolekulide efektiivset tootmist. Ultraheli rakkude häirijad on saadaval laborist tööstusliku suurusega ja protsesse saab skaleerida täiesti lineaarseks.
Hielscheri ultraheli on teie pädev partner suure jõudlusega ultraheli häirijate jaoks ja tal on pikaajaline kogemus ultraheli süsteemide implanteerimisel pink-top ja tööstuslikes seadetes.
Hielscheri ultraheliatoreid saab brauseri juhtimise kaudu kaugjuhtida. Ultrahelitöötlusparameetreid saab jälgida ja kohandada täpselt protsessi nõuetele.Kui tegemist on keeruka riist- ja tarkvaraga, vastavad Hielscheri ultraheli rakkude katkemise süsteemid kõigile optimaalse protsessi juhtimise, lihtsa toimimise ja kasutajasõbralikkuse nõuetele. Hielscheri ultraheliatorite kliendid ja kasutaja hindavad kasu, mida Hielscheri ultraheli rakkude häirijad ja väljatõmbajad võimaldavad täpset protsessi jälgimist ja kontrolli – digitaalse puuteekraani ja brauseri kaugjuhtimispuldi kaudu. Kõik olulised ultrahelitöötlusandmed (nt netoenergia, koguenergia, amplituud, kestus, temperatuur, rõhk) salvestatakse automaatselt CSV-failina integreeritud SD-kaardile. See aitab saavutada reprodutseeritavaid ja korratavaid tulemusi ning hõlbustab protsesside standardimist ning heade tootmistavade (cGMP) täitmist.
Loomulikult on Hielscheri ultraheliprotsessorid ehitatud 24/7 tööks täiskoormusel ja seetõttu saab neid usaldusväärselt kasutada tööstusliku tootmise seadetes. Suure töökindluse ja vähese hoolduse tõttu on ultraheli seadmete seisakud tõesti madalad. CIP (puhas kohapeal) ja SIP (steriliseerimine kohapeal) minimeerivad töömahukat puhastamist, eriti kuna kõik märjad osad on siledad metallpinnad (peidetud avasid ega pihusteid ei ole).

Alljärgnev tabel annab teile ülevaate meie ultrahelihitiste ligikaudse töötlemisvõimsusest:

partii Köide flow Rate Soovitatavad seadmed
1 kuni 500 ml 10 kuni 200 ml / min UP100H
10 kuni 2000 ml 20 kuni 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 kuni 20 l 0.2 kuni 4 l / min UIP2000hdT
10 kuni 100 l 2 kuni 10 l / min UIP4000hdT
e.k. 10 kuni 100 l / min UIP16000
e.k. suurem klastri UIP16000

Võta meiega ühendust! / Küsi meiega!

Küsige lisateavet

Palun kasutage allolevat vormi, et küsida lisateavet ultraheli protsessorite, rakenduste ja hinna kohta. Meil on hea meel arutada teie protsessi teiega ja pakkuda teile ultraheli süsteem, mis vastab teie vajadustele!









Palun pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


Ultraheli kõrge nihega homogenisaatoreid kasutatakse laboris, pink-top, piloot ja tööstuslik töötlemine.

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid rakenduste segamiseks, hajutamiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks laboris, piloot- ja tööstuslikus mastaabis.



Kirjandus/viited

Faktid Tasub teada

Sono-Bioreaktorid

Ultraheli kasutatakse ühelt poolt rakkude häirimiseks rakusiseste ühendite vabastamiseks, kuid seda rakendatakse kergemate amplituudide ja / või pulseerivate ultrahelipursete korral, ultrahelitöötlus võib oluliselt suurendada mikroobsete, taime- ja loomarakkude metaboolset tootlikkust bioreaktorites, suurendades seeläbi biotehnoloogia protsesse. Ultraheli sonde saab lihtsalt integreerida bioreaktoritesse (nn sono-bioreaktorid), et suurendada elusate biokatalüs ainete efektiivsust. Hielscheri ultraheliatorid võimaldavad täpselt kontrollitud ultraheli tingimusi, mida saab optimaalselt täpsustada elusrakkude kõrge katalüütilise muundamisega. Lisateave Hielscheri ultraheli sondide sonobioreaktorite ja ultraheli täiustatud biokatalüüsi mõju kohta!

Rakutehased ja metaboliitide süntees

Erinevad mikroorganismid võivad sünteesida sarnaseid metaboliite, näiteks aminohapete tootmiseks Corynebacterium, Brevibacterium ja Escherichia coli on edukalt kasutatud; vitamiinid on sünteesitud Propionibacterium ja Pseudomonas abil; orgaanilised happed on saadud Aspergillusest, Lactobacillusest, Risopusest; samas kui ensüüme võivad valmistada Aspergillus ja Bacillus; antibiootikume võivad toota Streptomyces ja Penicillium; kuigi biosurfaktriite tootmiseks moodustatakse tavaliselt Pseudomonas, Bacillus ja Lactobacillus, kasutatakse rakutehastena.

E. Coli mikroobide rakutehastena

Bakterid E. coli ja selle arvukad tüved on laialdaselt kasutatavad molekulaarbioloogia ans on muutunud üheks esimeseks tõhusaks rakumudeliks, mida kasutatakse asmikroobiliste rakkude tehasteks rekombinantse valkude, biokütuste ja mitmesuguste muude kemikaalide tootmiseks. E. coli on loomulik võime toota mitmeid ühendeid, mida on parandanud biotehnika ja geneetilised modifikatsioonid. Näiteks heteroloogiliste ensüümide ülekandmisega on E.coli võimet toota arvukalt tooteid, et arendada uusi biosünteetilisi radu.
(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.)

Streptomyces kui mikroobide rakutehased

Streptomüces on suurim aktinomütsetide rühm; Streptomyces liigid on laialt levinud vee- ja maismaa ökosüsteemides. Streptomyces perekonna liikmed on ärihuvilised, kuna nad suudavad toota tohutul hulgal biomolekule ja bioaktiivseid sekundaarseid metaboliite. See toodab kliiniliselt kasulikke antibiootikume, nagu tetratsükliinid, aminoglükosiidid, makroliidid, klooramfenikool ja rifamütsiinid. Lisaks antibiootikumidele toodavad Streptomyces ka teisi väga väärtuslikke farmaatsiatooteid, sealhulgas vähivastaseid, immunostimuleerivaid, immunosupressiivseid, antioksüdante, insektitsiide ja parasiidivastaseid ravimeid, millel on laialdased meditsiinilised ja põllumajanduslikud rakendused.
Streptomüces liigid toodavad erinevaid ensüüme, mis on meditsiiniliselt olulised, sealhulgas L-sparginaas, uricase ja kolesterooli oksüdaas. Paljud aktinomütseedid võivad toota tööstuslikult olulisi ensüüme tsellulaasidena, tštinaaside, chitosanaaside, α-amülaaside, proteaaside ja lipaasidena. Paljud aktinomütseedid võivad toota erinevaid pigmente, mis on potentsiaalselt hea alternatiiv sünteetilistele värvidele. Streptomüces liigid on suur võime toota aktiivseid pinna biomolekule, sealhulgas bioemulsifiatoreid ja biosurfakte. Antidiabeetilise akarboosi tootsid Streptomyces'i tüved mikroobse kääritamise teel. Streptomyces liigid on näidanud võimet sünteesida kolesterooli sünteesi inhibiitoreid, nagu pravastatiin. Hiljuti võib Streptomycesi liike kasutada nanoosakeste sünteesiks keskkonnasõbraliku "nanofaktoritena". Mõned Streptomycesi liigid on B12-vitamiini tootmiseks paljutõotavad.
(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.)


Suure jõudlusega ultraheli! Hielscheri tootevalik hõlmab kogu spektrit alates kompaktsest labori ultraheliaatorist üle pink-top üksuste kuni täistööstuslike ultrahelisüsteemideni.

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid Lab et tööstuslik suurus.