Biosynteettinen tuotanto ihmisen maidon oligosakkaridit

Ihmisen maidon oligosakkaridien (HMOs) biosynteesi käymisen tai entsymaattisten reaktioiden kautta on monimutkainen, vievä ja usein matalan tuottoisen prosessin prosessi. Ultrasonication lisää massan siirtoa substraatin ja solutehtaiden välillä, mikä stimuloi solujen kasvua ja aineenvaihduntaa. Näin sonikaatio tehostaa käymistä ja biokemiallisia prosesseja, mikä johtaa nopeutettuun ja tehokkaampaan hmo-aineiden tuotantoon.

Ihmisen maito Oligosakkaridit

Ihmisen maito oligosakkaridit (HMOs), joka tunnetaan myös nimellä ihmisen maitoglykaanit, ovat sokerimolekyylejä, jotka ovat osa oligosakkarideja ryhmään. Merkittäviä esimerkkejä kansalaisjärjestöistä ovat 2'-fucosyllactose (2′-FL), lakto-N-neotetraoosi (LNnT), 3'-galaktosyllactoosi (3′-GL) ja difukollansi (DFL).
Vaikka ihmisen rintamaito onkostettu enemmän kuin eri 150 HMO rakenteita, vain 2′-fucosyllactose (2′-FL) ja lacto-N-neotetraose (LNnT) tuotetaan tällä hetkellä kaupallisella tasolla ja käytetään ravitsemuksellisia lisäaineita äidinmaidonkorvikkeen.
Ihmisen maito oligosakkarideja (HMOs) tunnetaan niiden merkityksestä vauvan ravitsemus. Ihmisen maito oligosakkaridit ovat ainutlaatuinen ravintoaineita, jotka toimivat prebiootteina, anti-liima mikrobilääkkeinä ja immunomodulaattoreina lapsen suolistossa ja edistävät merkittävästi aivojen kehitystä. HmOs löytyy yksinomaan äidinmaitoon; muilla nisäkkäiden maimilla (esim. lehmällä, vuohella, lampailla, kamelilla jne.) ei ole tällaista oligosakkaridien erityismuotoa.
Ihmisen maito oligosakkaridit ovat kolmanneksi runsain kiinteä osa ihmisen maitoa, joka voi esiintyä joko liuennut tai emulgoitu tai suspendoitu muodossa vedessä. Laktoosi ja rasvahapot ovat runsaimmat kiinteät aineet löytyy äidinmaitoon. Hmoja esiintyy 0,35–0,88 unssia (9, 9–24,9 g) / l. Noin 200 rakenteellisesti erilaista ihmisen maidon oligosakkarideja tiedetään. Hallitseva oligosakkaridi 80%: lla kaikista naisista on 2′-fukosyllactoosi, joka esiintyy äidinmaitoon, jonka pitoisuus on noin 2, 5 g/ l.
Koska HMOs ei sulaa, ne eivät kalorisesti edistää ravitsemusta. Koska sulava hiilihydraatit, ne toimivat prebiootit ja valikoivasti käynyt toivottavaa suoliston mikroflooraa, erityisesti bifidobakteerit.

Ihmisen maidon oligosakkaridien biosynteesi

Solutehtaat ja entsymaattiset / kemoterapia-entsymaattiset järjestelmät ovat nykyisiä tekniikoita, joita käytetään hmojen synteesiin. Teollisessa mittakaavassa hmo-tuotannossa voidaan toteuttaa hmo-biotuotannon mahdollistavien keinojen avulla mikrobisolutehtaiden, biokemiallisen synteesin ja erilaisten entsymaattisten reaktioiden käyminen. Taloudellisten syiden vuoksi mikrobisolutehtaiden kautta tekninen biosynteesi on tällä hetkellä ainoa tekniikka, jota käytetään teollisessa tuotantotasossa.

Fermentointi HMOs käyttäen mikrobien solutehtaita

E.coli, Saccharomyces cerevisiae ja Lactococcus lactis ovat yleisesti käytettyjä solutehtaita, joita käytetään biologisten molekyylien, kuten HMO:n, biotuotantoon. Fermentointi on biokemiallinen prosessi, jossa käytetään mikro-organismeja substraatin muuntamiseksi kohdistettaviin biologisiin molekyylejä. Mikrobisolutehtaat käyttävät yksinkertaisia sokereita substraattina, jonka ne muuntavat HMO: ksi. Koska yksinkertaiset sokerit (esim. laktoosi) ovat runsas, halpa substraatti, tämä pitää biosynteesiprosessin kustannustehokkaana.
Kasvuun ja biokononopeuteen vaikuttavat pääasiassa ravinteiden (substraatin) massansiirto mikro-organismeihin. Massansiirtonopeus on tärkein tekijä, joka vaikuttaa tuotesynteesiin käymisen aikana. Ultrasonication on tunnettu edistää massan siirtoa.
Käymisen aikana bioreaktorin olosuhteita on seurattava ja säänneltävä jatkuvasti, jotta solut voivat kasvaa mahdollisimman nopeasti, jotta ne voivat tuottaa kohdennettuja biomolekyylejä (esim. oligosakkarideja, kuten HMO: ta; insuliinia; yhdistelmäproteiineja). Teoriassa tuotteen muodostuminen alkaa heti, kun soluviljelmä alkaa kasvaa. Kuitenkin erityisesti muuntogeenisissä soluissa, kuten muunnetuissa mikro-organismeissä, se indusoidaan yleensä myöhemmin lisäämällä substraattiin kemiallinen aine, joka lisää kohdennetun biomoleksin ilmentymistä. Ultraäänibioreaktorit (sono-bioreaktori) voidaan hallita tarkasti ja mahdollistaa mikrobien erityinen stimulaatio. Tämä johtaa nopeutettuun biosynteesiin ja suurempaan saantoon.
Ultraäänilyysi ja uutto: Monimutkaisten HMO:iden käymistä voivat rajoittaa alhaiset käymistitterit ja solunsisäisesti pysyvät tuotteet. Ultraäänilyysiä ja uuttamista käytetään solunsisäisen materiaalin vapauttamiseen ennen puhdistus- ja down-stream-prosesseja.

Ultraäänellä edistettävä käyminen

Mikrobien, kuten Escherichia coli, engineered E.coli, Saccharomyces cerevisiae ja Lactococcus lactis, kasvuvauhtia voidaan nopeuttaa lisäämällä massansiirtonopeustta ja soluseinämän läpäisevyyttä soveltamalla hallittua matalataajuista ultrasonaatiota. Lievänä, ei-lämpökäsittelytekniikkana ultrasonication soveltaa puhtaasti mekaanisia voimia käymisliemeen.
Akustinen kavitaatio: Sonikoinnin toimintaperiaate perustuu akustiseen kavitaatioon. Ultraäänianturi (sonotrode) parittaa matalataajuiset ultraääniaallot väliaineeseen. Ultraääniaallot kulkevat nesteen läpi luoden vuorotellen korkeapaineisia (puristus) / matalapaineisia (harvinaisia) syklejä. Puristamalla ja venyttämällä nestettä vuorotellen syntyy minuuttityhjiökuplia. Nämä pienet tyhjiökuplat kasvavat usean syklin aikana, kunnes ne saavuttavat koon, jossa ne eivät voi imeä enempää energiaa. Tässä maksimaalisen kasvun vaiheessa tyhjiökupla luhistui väkivaltaisesti ja tuottaa paikallisesti äärimmäisiä olosuhteita, joita kutsutaan kavitaatioilmiöksi. Kavitaatiossa "hot-spotissa" voidaan havaita korkeapaine- ja lämpötilaeroja sekä voimakkaita leikkausvoimia, joiden nestesuihkut ovat enintään 280 m/s. Näillä kavitaatiovaikutuksilla saavutetaan perusteellinen massansiirto ja sonoporaatio (soluseinien ja solukalvojen rei'itys). Substraatin ravinteet kelluvat eläviin kokonaisiin soluihin ja eläviksi kokonaisiksi soluiksi niin, että solutehtaat ovat optimaalisesti ravittuja ja kasvu sekä muuntokurssit nopeutuvat. Ultraäänibiopuhdistajat ovat yksinkertainen, mutta erittäin tehokas strategia biomassan jalostamiseksi yhden potin biosynteesiprosessissa.
Tarkasti kontrolloitu, lievä sonikaatio on tunnettu voimistaa käymisprosesseja.
Sonikaatio parantaa "tuottavuutta monien bioprosessien mukana elävien solujen parantamalla substraatin kertymistä, parantaa tuotantoa tai kasvua lisäämällä solujen huokoisuus, ja mahdollisesti parantaa vapauttamista solujen komponentteja." (Naveena et al. 2015)
Lue lisää ultraäänellä avustetusta käymisestä!

Naveena et al. (2015) totesi, että ultraääni tehostaminen tarjoaa useita etuja biokäsittelyn aikana, mukaan lukien alhaiset käyttökustannukset verrattuna muihin parantaviin hoitovaihtoehtoihin, toiminnan yksinkertaisuuteen ja vaatimattomiin tehovaatimuksiin.

Korkean suorituskyvyn ultraääni fermentointi reaktorit

Fermentointiprosesseihin kuuluu eläviä mikro-organismeja, kuten bakteereja tai hiivaa, jotka toimivat solutehtaina. Vaikka sonikaatiota käytetään massansiirron edistämiseen ja mikro-organismin kasvun ja muuntonopeuden lisäämiseen, on tärkeää valvoa ultraääniintensiteettiä tarkasti solutehtaiden tuhoutumisen välttämiseksi.
Hielscher Ultrasonics on erikoistunut korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteita suunnitteluun, valmistukseen ja jakeluun, joita voidaan tarkasti ohjata ja seurata, jotta varmistetaan ylivoimainen käymisaste.
Prosessin hallinta ei ole välttämätöntä vain korkean tuoton ja erinomaisen laadun kannalta, vaan se mahdollistaa tulosten toistamisen ja toistamisen. Varsinkin kun ist tulee stimulaatio solutehtaiden, solu-erityinen mukauttaminen sonikaatio parametrit on välttämätöntä saavuttaa korkean tuoton ja estää solujen hajoamista. Siksi kaikki Hielscherin ultraäänilaitteiden digitaaliset mallit on varustettu älykkäillä ohjelmistoilla, joiden avulla voit säätää, seurata ja tarkistaa sonikointiparametreja. Ultraääniprosessin parametrit, kuten amplitudi, lämpötila, paine, sonikoinnin kesto, käyttöjaksot ja energian syöttö, ovat välttämättömiä HMO:n tuotannon edistämiseksi käymisen kautta.
Hielscher ultrasonicatorsin älykäs ohjelmisto tallentaa automaattisesti kaikki tärkeät prosessiparametrit integroidulle SD-kortille. Sonikaatioprosessin automaattinen tietojen tallennus on perusta prosessin standardoinnille ja toistettavuudelle / toistettavuudelle, joita tarvitaan hyviin valmistuskäytäntöihin (GMP).

Ultraääni rehtorit fermentointiin

Hielscher tarjoaa erikokoisia, -pituisia ja -geometrioita olevia ultraäänimittapäitä, joita voidaan käyttää sekä erä- että jatkuviin läpivirtaushoitoihin. Ultraäänireaktoreita, joita kutsutaan myös sonobioreaktoriksi, on saatavana mihin tahansa tilavuuteen, joka kattaa ultraäänibioprosenssin pienistä laboratorionäytteistä pilotti- ja täysin kaupalliseen tuotantotasoon.
On tunnettua, että ultraäänisonotroden sijainti reaktioastiassa vaikuttaa kavitaatio- ja mikrovirtaus-aineen jakautumiseen. Sonotrode ja ultraäänireaktori on valittava soluliemen käsittelytilavuuden mukaisesti. Vaikka sonikointi voidaan suorittaa sekä erässä että jatkuvassa tilassa, suurille tuotantomäärille suositellaan jatkuvan virtausasennuksen käyttöä. Läpi ultraääni virtaussolu, kaikki soluväliaine saa täsmälleen sama altistuminen sonikaatio varmistaa tehokkain hoito. Hielscher Ultrasonics laaja valikoima ultraäänikontureita ja virtaussolureaktoreita mahdollistaa ihanteellisen ultraäänibiokäsittelyn asennuksen.

Hielscher Ultrasonics – Laboratoriosta pilotiin ja tuotantoon

Hielscher Ultrasonics kattaa ultraäänilaitteiden täyden kirjon, joka tarjoaa kompakteja kädessä pidettäviä ultraäänihomogenisaattorit näytteen valmisteluun penkki- ja pilottijärjestelmiin sekä tehokkaat teolliset ultraääniyksiköt, jotka helposti käsittelevät kuorma-autokuormat tunnissa. Koska Hielscher ultrasonicators on monipuolinen ja joustava asennus- ja asennusvaihtoehdoissa, ne voidaan helposti integroida kaikenlaisiin eräreaktoreihin, syöttöeriin tai jatkuviin läpivirtausasetuksiin.
Erilaiset lisävarusteet sekä räätälöidyt osat mahdollistavat ultraääniasetusten ihanteellisen mukauttamisen prosessivaatimuksiin.
Rakennettu 24 / 7 käyttöön täydellä kuormituksella ja raskaalla työllä vaativissa olosuhteissa, Hielscher ultraääni prosessorit ovat luotettavia ja vaativat vain vähän huoltoa.
Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista: