تولید بیوسنتز الیگو ساکریدهای شیر انسان
بیوسنتز شیر انسان الیگوساکاریدها (HMOs) از طریق تخمیر یا واکنش های آنزیمی فرایندی پیچیده، مصرفی و اغلب کم بازده است. امواج فراصوت باعث افزایش انتقال جرم بین بستر و کارخانه های سلولی ans تحریک رشد سلول و سوخت و ساز بدن. در نتیجه فراصوت باعث تشدید تخمیر و فرایندهای بیوشیمیایی و در نتیجه تولید شتاب دار تر و کارآمدتر HMOs می شود.
شیر انسان الیگوساکاریدس
oligosaccharides شیر انسان (HMOs) که به عنوان گلیکان شیر انسان نیز شناخته می شود، مولکول قند هستند، که بخشی از گروه الیگوساکاریدها هستند. نمونه های برجسته ای از HMOs عبارتند از 2'-fucosyllactose (2′-FL)، لاکتو-ان-نئوتترائوز (LNnT)، ۳'-گالاکتوزیل لاکتوز (۳)′-GL)، و دی فوکوزیل لاکتوز (DFL).
در حالی که شیر مادر انسان از بیش از ۱۵۰ ساختار مختلف HMO تشکیل شده است، تنها ۲′-فوکوزیل لاکتوز (۲′-FL) و لاکتو-ان-نئوتتراز (LNnT) در حال حاضر در سطح تجاری تولید شده و به عنوان افزودنی های تغذیه ای در شیرخشک استفاده می شود.
شیر انسان oligosaccharides (HMOs) به اهمیت خود را در تغذیه نوزاد شناخته شده است. اوليگوساکاريدهاي شير انسان نوع منحصر به فردي از مواد مغذی هستند که به عنوان پربيوتيک، ضد ميکروبهای چسبنده و ايمنی ساز های درون روده نوزاد عمل می کنند و به طور قابل ملاحظه ای به تکامل مغز کمک می کنند. HMOs منحصرا در شیر مادر انسان یافت می شود; شیرهای دیگر پستانداران (مثل گاو، بز، گوسفند، شتر و غیره) این شکل خاص از الیگوساکاریدها را در خود ندارند.
شیر انسان اولیگوساکاریدها سومین جزء جامد فراوان در شیر انسان هستند که می توانند به صورت محلول یا امولسیون شده یا معلق در آب وجود داشته باشند. لاکتوز و اسیدهای چرب فراوان ترین مواد جامد موجود در شیر انسان هستند. HMOs در غلظت 0.35-0.88 اونس (9.9–24.9 گرم)/ L. حدود 200 ساختار متفاوت از شیر انسان الیگوساکارید شناخته شده است. -- الیگوسآکراید غالب در 80 ٪ از تمام زنان 2 است′-fucosyllactose, که در شیر مادر انسان در غلظت حدود 2.5 گرم در لیتر وجود دارد.
از آنجا که HMOs هضم نشده اند، آنها به طور کالری به تغذیه کمک نمی کنند. کربوهیدرات های غیرقابل هضم بودن، آنها به عنوان پربیوتیک عمل می کنند و به طور انتخابی توسط فلور روده مطلوب، به خصوص بیفیدوباکتریا تخمیر می شوند.
- ترویج رشد نوزادان
- برای رشد مغز مهم هستند
- دارای ضد التهاب و
- اثرات ضد چسب در دستگاه گوارش- روده
- حمایت از سیستم ایمنی بدن در بزرگسالان
این پردازنده التراسونیک UIP2000hdT باعث افزایش انتقال جرم و فعال شدن کارخانه های سلولی برای بازده بالاتر مولکول های زیستی سنتز شده از قبیل HMOs
Biosynthesis of Human Milk Oligosaccharides
کارخانه های سلولی و سیستم های آنزیمی / شیمی آنزیمی از فناوری های فعلی مورد استفاده برای سنتز HMOs هستند. برای تولید HMO در مقیاس صنعتی، تخمیر کارخانه های سلول میکروبی، سنتز بیوشیمیایی، و واکنش های آنزیمی مختلف، راه های قابل انجام تولید زیستی HMO هستند. به دلایل اقتصادی، سنتز زیستی از طریق کارخانه های سلول میکروبی در حال حاضر تنها تکنیک مورد استفاده در سطح تولید صنعتی HMOs است.
تخمیر HMOs با استفاده از کارخانه های سلول میکروبی
E.coli, Saccharomyces cerevisiae و Lactococcus lactis معمولا ً از کارخانه های سلولی استفاده می شود که برای تولید زیستی مولکول های زیستی مانند HMOs استفاده می شود. تخمیر یک فرایند بیوشیمیایی با استفاده از میکرو ارگانیسم ها برای تبدیل یک بستر به مولکول های زیستی هدفمند است. کارخانه های سلول میکروبی از قندهای ساده به عنوان بستر استفاده می کنند، که آن را به HMOs تبدیل می کنند. از آنجا که قندهای ساده (به عنوان مثال لاکتوز) بستر فراوان، ارزان قیمت هستند، این فرایند زیست سنتز را مقرون به صرفه نگه می دارد.
رشد و سرعت تبدیل زیستی عمدتاً تحت تأثیر انتقال جرم مواد مغذی (بستر) به میکروارگانیسم ها است. نرخ انتقال جرم یک عامل اصلی است که بر سنتز محصول در طول تخمیر تاثیر می گذارد. امواج فراصوت به خوبی شناخته شده برای ترویج انتقال جرم.
در طول تخمیر، شرایط موجود در بیورئاکتور باید به طور مداوم تحت نظارت و تنظیم قرار گیرد تا سلول ها در اسرع وقت رشد کنند تا سپس مولکول های زیستی هدفمند (مانند الیگوساکارایدهایی مانند HMOs؛ انسولین؛ پروتئین های نوترکابی) تولید کنند. از نظر تئوری، تشکیل محصول به محض شروع کشت سلول شروع به رشد می کند. با این حال به خصوص در سلول های اصلاح شده ژنتیکی مانند میکروارگانیسم های مهندسی شده معمولاً بعداً با اضافه کردن یک ماده شیمیایی به بستر القا می شود که بیان مولکول زیستی هدفمند را تنظیم می کند. بیوراکتورهای مافوق صوت (سونو-بیوراکتور) را می توان به طور دقیق کنترل کرد و اجازه تحریک خاص میکروب ها را داد. این امر منجر به یک بیوسنتز شتاب دار و بازده بالاتر می شود.
لیز مافوق صوت و استخراج: تخمیر HMOs پیچیده ممکن است توسط تیتر تخمیر کم و محصولات باقی مانده داخل سلولی محدود می شود. لیز مافوق صوت و استخراج استفاده می شود برای انتشار مواد داخل سلولی قبل از تصفیه و پایین جریان فرایند.
درجه اولترا سونیک تخمیر ترویج
سرعت رشد میکروب ها مانند اشریشیا کلی، E.coli مهندسی شده، Saccharomyces cerevisiae و Lactococcus lactis را می توان با افزایش نرخ انتقال جرم و قابلیت انتقال دیواره سلولی با استفاده از فراصوت کنترل شده با فرکانس پایین شتاب. به عنوان یک روش پردازش خفیف، غیر حرارتی، فراصوت اعمال نیروهای کاملا مکانیکی را به براث تخمیر.
حفره صوتی: اصل کار فراصوت بر اساس حفره صوتی است. کاوشگر مافوق صوت (sonotrode) زوج امواج سونوگرافی با فرکانس پایین را به رسانه. امواج سونوگرافی سفر را از طریق مایع ایجاد متناوب فشار بالا (فشرده سازی) / کم فشار (نادر) چرخه. با فشرده سازی و کشش مایع در چرخه های متناوب، حباب های خلاء دقیقه ای به وجود می آیند. این حباب های خلاء کوچک در طول چندین چرخه رشد می کنند تا زمانی که به اندازه ای برسند که نتوانند انرژی بیشتری را جذب کنند. در این مرحله از حداکثر رشد، حباب خلاء با خشونت نفوذ می کند و شرایط شدید محلی تولید می کند که به پدیده حفره معروف است. در حفره ای "نقطه گرم"، دی تفاوت فشار بالا و دما و نیروهای براری شدید با جت مایع تا 280m/sec را می توان مشاهده کرد. با این اثرات حفره ای، انتقال جرم کامل و سونوپراسیون (سوراخ شدن دیواره های سلولی و غشای سلولی) به دست می آید. مواد مغذی بستر شناور به و به کل سلول های زنده، به طوری که کارخانه های سلول به طور بهینه تغذیه و رشد و همچنین نرخ تبدیل شتاب. بیوراکتورهای مافوق صوت یک استراتژی ساده، در عین حال بسیار موثر برای پردازش زیست توده در یک فرایند بیوسنتز یک گلدانی هستند.
به طور دقیق کنترل شده، فراصوت خفیف شناخته شده برای تشدید فرایندهای تخمیر است.
فراصوت بهبود می بخشد "بهره وری از بسیاری از فرآیندهای زیستی شامل سلول های زنده از طریق افزایش از طریق افزایش سطح زیر کشت، افزایش تولید و یا رشد با افزایش میزان سخاوتمند شدن سلول، و به طور بالقوه افزایش انتشار اجزای سلول." (ناوینا و همکاران ۲۰۱۵)
اطلاعات بیشتر در مورد تخمیر به کمک مافوق صوت!
- افزایش عملکرد
- تخمیر شتاب دار
- سلول های خاص تحریک
- افزایش سطح زیربستر
- افزایش میزان سخاوت سلولی
- آسان برای کارکردن
- بی خطر
- ساده مقاوم سازی
- خطی مقیاس بالا
- دسته ای یا InIine Processing
- سریع RoI
Naveena و همکاران (2015) متوجه شدند که شدت مافوق صوت ارائه می دهد مزایای متعددی در طول پردازش زیستی، از جمله هزینه های عامل کم در مقایسه با دیگر گزینه های بهبود درمان، سادگی عمل و قدرت متوسط مورد نیاز است.
ام اس آر-۴ چندسونوراکتور یک هموژنایزر این لاین صنعتی مناسب برای بیوسنتز افزایش یافته الیگو ساکریدهای شیر انسانی (HMO) است.
با کارایی بالا راکتورتخمیر مافوق صوت
فرایندهای تخمیر شامل میکروارگانیسم های زنده مانند باکتری یا مخمر، که به عنوان کارخانه های سلولی عمل می کنند. در حالی که فراصوت برای ترویج انتقال جرم و افزایش رشد میکروارگانیسم ها و نرخ تبدیل استفاده می شود، بسیار مهم است برای کنترل شدت مافوق صوت دقیقا به منظور جلوگیری از تخریب کارخانه های سلولی.
Hielscher Ultrasonics متخصص در طراحی، ساخت و توزیع مافوق صوت با عملکرد بالا، که می تواند دقیقا کنترل و نظارت برای اطمینان از عملکرد تخمیر برتر است.
کنترل فرایند نه تنها برای بازده بالا و کیفیت برتر ضروری است، بلکه امکان تکرار و تکثیر پیامدها را فراهم می کند. به خصوص هنگامی که ist به تحریک کارخانه های سلولی می آید، سازگاری سلول خاص از پارامترهای فراصوت برای رسیدن به بازده بالا و برای جلوگیری از تخریب سلول ضروری است. بنابراین، تمام مدل های دیجیتال از Ultrasonicators Hielscher با نرم افزار هوشمند مجهز شده است، که به شما اجازه می دهد برای تنظیم، نظارت، و تجدید نظر پارامترهای فراصوت. پارامترهای فرایند مافوق صوت مانند دامنه، دما، فشار، مدت زمان فراصوت، چرخه وظیفه، و ورودی انرژی ضروری برای ترویج تولید HMO از طریق تخمیر.
نرم افزار هوشمند Hielscher ultrasonicators به طور خودکار تمام پارامترهای فرایند مهم در کارت SD یکپارچه ثبت. ثبت خودکار داده ها از فرایند فراصوت پایه و اساس استاندارد سازی فرایند و تکرار پذیری / تکرار پذیری ، که برای شیوه های ساخت خوب (GMP) مورد نیاز است.
اندیکورس سونوگرافی برای تخمیر
Hielscher ارائه می دهد پروب مافوق صوت از اندازه های مختلف, طول و هندسه, که می تواند برای دسته ای و همچنین جریان مداوم از طریق درمان استفاده می شود. راکتورهای مافوق صوت، همچنین به عنوان sono-bioreactors شناخته می شود، در دسترس هستند برای هر حجم پوشش پردازش زیستی مافوق صوت از نمونه های آزمایشگاه کوچک به خلبان و سطح تولید کاملا تجاری است.
این به خوبی شناخته شده است که محل sonotrode مافوق صوت در رگ واکنش را تحت تاثیر قرار توزیع حفره و میکرو جریان در داخل رسانه. sonotrode و راکتور مافوق صوت باید مطابق با حجم پردازش برات سلول انتخاب شده است. در حالی که فراصوت می تواند به صورت دسته ای و همچنین در حالت مداوم انجام, برای حجم تولید بالا استفاده از نصب جریان مداوم توصیه می شود. عبور از سلول جریان مافوق صوت، تمام رسانه های سلولی می شود دقیقا همان قرار گرفتن در معرض فراصوت اطمینان از درمان موثر ترین. Hielscher اولتراسونیک طیف گسترده ای از پروب های مافوق صوت و راکتورهای جریان سلول اجازه می دهد تا برای مونتاژ راه اندازی بیوپردازش مافوق صوت ایده آل.
شرکت Hielscher Ultrasonics – از آزمایشگاه تا خلبان تا تولید
Hielscher Ultrasonics را پوشش می دهد طیف کامل یازتجهیزات مافوق صوت ارائه دست جمع و جور برگزار همگن انفراصوت برای آماده سازی نمونه به نیمکت بالا و سیستم های خلبان و همچنین واحدهای قدرتمند صنعتی مافوق صوت است که به راحتی پردازش کامیون بار در ساعت. در حال چند منظوره و انعطاف پذیر در نصب و نصب گزینه ها، Hielscher ultrasonicators می تواند به راحتی به انواع راکتورهای دسته ای، تغذیه دسته ای و یا جریان مداوم از طریق راه اندازی یکپارچه.
لوازم جانبی مختلف و همچنین قطعات سفارشی اجازه می دهد برای انطباق ایده آل خود را از راه اندازی مافوق صوت به روند مورد نیاز خود را.
ساخته شده برای 24/7 عملیات تحت بار کامل و وظیفه سنگین در شرایط خواستار، پردازنده های مافوق صوت Hielscher قابل اعتماد هستند و نیاز به نگهداری تنها کم است.
جدول زیر به شما می دهد که نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی ultrasonicators ما:
| دسته ای دوره | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 1 تا 500ML | 10 تا پوست 200ml / دقیقه | UP100H |
| 10 به 2000mL | 20 تا 400ML / دقیقه | UP200Ht، UP400St |
| 00.1 به 20L | 00.2 به 4L / دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L / دقیقه | UIP4000hdT |
| خب | 10 تا 100L / min و | UIP16000 |
| خب | بزرگتر | خوشه UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
بالا قدرت اسیاب اولتراسونیک از ازمایشگاه ها تا خلبان . . مقیاس.
ادبیات/منابع
- Muschiol, Jan; Meyer, Anne S. (2019): A chemo-enzymatic approach for the synthesis of human milk oligosaccharide backbone structures. Zeitschrift für Naturforschung C, Volume 74: Issue 3-4, 2019. 85-89.
- Birgitte Zeuner, David Teze, Jan Muschiol, Anne S. Meyer (2019): Synthesis of Human Milk Oligosaccharides: Protein Engineering Strategies for Improved Enzymatic Transglycosylation. Molecules 24, 2019.
- Yun Hee Choi, Bum Seok Park, Joo‐Hyun Seo, Byung‐Gee Ki (2019): Biosynthesis of the human milk oligosaccharide 3‐fucosyllactose in metabolically engineered Escherichia coli via the salvage pathway through increasing GTP synthesis and β‐galactosidase modification. Biotechnology and Bioengineering Volume 116, Issue 12. December 2019.
- Balakrishnan Naveena, Patricia Armshaw, J. Tony Pembroke (2015): Ultrasonic intensification as a tool for enhanced microbial biofuel yields. Biotechnology of Biofuels 8:140, 2015.
- Shweta Pawar, Virendra K. Rathod (2020): Role of ultrasound in assisted fermentation technologies for process enhancements. Preparative Biochemistry & Biotechnology 50(6), 2020. 1-8.
آمار ارزشمند دانستن
بیوسنتز با استفاده از کارخانه های سلولی
یک کارخانه سلول میکروبی یک روش مهندسی زیستی است، که از سلول های میکروبی به عنوان یک مرکز تولید استفاده می کند. توسط میکروب های مهندسی ژنتیکی، DNA میکروارگانیسم ها مانند باکتری ها، مخمرها، قارچ ها، سلول های پستانداران، یا جلبک ها اصلاح می شود که میکروب ها را به کارخانه های سلولی تبدیل می کند. کارخانه های سلولی برای تبدیل بسترها به مولکول های بیولوژیکی ارزشمند استفاده می شوند که به عنوان مانند در مواد غذایی، فارما، شیمی و تولید سوخت مورد استفاده قرار می گیرند. استراتژی های مختلف بیوسنتز مبتنی بر کارخانه سلول با هدف تولید متاپولیت های بومی، بیان مسیرهای بیوسنتزی هترولوگوس، یا بیان پروتئین است.
کارخانه های سلولی می توانند برای سنتز متا بولیت های بومی، بیان مسیرهای بیوسنتزی هترولوگوس، یا بیان پروتئین ها مورد استفاده قرار گیرند.
بیوسنتز متابلیت های بومی
متابلیت های بومی به مولکول های زیستی گفته می شوند که سلول های مورد استفاده به عنوان کارخانه سلول به طور طبیعی تولید می کنند. کارخانه های سلولی این مولکول های زیستی را یا به صورت داخل سلولی یا یک ماده ترشح شده تولید می کنند. دومی ترجیح داده می شود از آنجا که جداسازی و تصفیه ترکیبات هدفمند را تسهیل می کند. نمونه هایی برای متابولیت های بومی عبارتند از آمینو و اسیدهای هسته ای، آنتی بیوتیک ها، ویتامین ها، آنزیم ها، ترکیبات زیست فعال، و پروتئین های تولید شده از مسیرهای آنابولیک سلول.
مسیرهای بیوسنتز هترولوگوس
هنگام تلاش برای تولید یک ترکیب جالب، یکی از مهم ترین تصمیمات انتخاب تولید در میزبان بومی، و بهینه سازی این میزبان، یا انتقال مسیر به میزبان شناخته شده دیگری است. اگر میزبان اصلی را می توان با یک فرایند تخمیر صنعتی سازگار کرد، و هیچ خطرات مربوط به سلامت در انجام این کار وجود ندارد (به عنوان مانند، تولید محصولات توسط سمی)، این می تواند یک استراتژی ترجیحی (به عنوان مانند مورد، برای پنی سیلین) باشد. با این حال، در بسیاری از موارد مدرن، پتانسیل استفاده از یک کارخانه سلول ترجیح صنعتی و فرایندهای پلت فرم مرتبط با خارج از وزن دشواری انتقال مسیر است.
بیان پروتئین
بیان پروتئین ها را می توان از طریق راه های همولوگ و هترولوگوس به دست آورد. در بیان همولوژیک، ژنی که به طور طبیعی در یک ارگانیسم وجود دارد، بیش از حد بیان می شود. از طریق این بیان بیش از حد می توان عملکرد بالاتری از یک مولکول بیولوژیکی خاص تولید کرد. برای بیان هترولوگوس، یک ژن خاص به یک سلول میزبان منتقل می شود که در آن ژن به طور طبیعی وجود ندارد. با استفاده از مهندسی سلول و فناوری DNA ترکیب مجدد، ژن در DNA میزبان وارد می شود به طوری که سلول میزبان مقادیر (بزرگ) پروتئینی تولید می کند که به طور طبیعی تولید نخواهد کرد. بیان پروتئین در میزبان های مختلفی از باکتری ها انجام می شود، مانند E. coli و Bacillis subtilis، مخمرها، به عنوان مانند، Klyuveromyces lactis، Pichia pastoris، S. cerevisiae، قارچ های فیلامنتوز، به عنوان مانند نیجر، و سلول های مشتق شده از موجودات چند سلولی مانند پستانداران و حشرات. پروتئین های بی شمار مورد علاقه تجاری زیادی هستند، از جمله از آنزیم های فله ای، زیست دارویی پیچیده، تشخیص ها و ریجنت های تحقیقاتی. (cf. A.M. Davy et al. 2017)