માનવ દૂધ ઓલિગોસેકરાઇડ્સનું જૈવસંશ્લેષણ ઉત્પાદન

આથો અથવા એન્ઝાઇમેટિક પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા માનવ દૂધ ઓલિગોસેકરાઇડ્સ (એચએમઓ) નું જૈવસંશ્લેષણ એ એક જટિલ, વપરાશ અને ઘણીવાર ઓછી ઉપજ આપતી પ્રક્રિયા છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન સબસ્ટ્રેટ અને સેલ ફેક્ટરીઓ વચ્ચે સામૂહિક ટ્રાન્સફરને વધારે છે અને સેલ વૃદ્ધિ અને ચયાપચયને ઉત્તેજિત કરે છે. આમ, સોનિકેશન આથો અને બાયો-કેમિકલ પ્રક્રિયાઓને તીવ્ર બનાવે છે જેના પરિણામે HMO નું ઝડપી અને વધુ કાર્યક્ષમ ઉત્પાદન થાય છે.

માનવ દૂધ ઓલિગોસેકરાઇડ્સ

હ્યુમન મિલ્ક ઓલિગોસેકરાઇડ્સ (HMOs), જેને હ્યુમન મિલ્ક ગ્લાયકેન્સ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે ખાંડના અણુઓ છે, જે ઓલિગોસેકરાઇડ્સ જૂથનો ભાગ છે. એચએમઓના અગ્રણી ઉદાહરણોમાં 2'-ફ્યુકોસીલેક્ટોઝ (2′-FL), lacto-N-neotetraose (LNnT), 3'-galactosyllactose (3′-જીએલ), અને ડિફ્યુકોસીલેક્ટોઝ (ડીએફએલ).
જ્યારે માનવ સ્તન દૂધ 150 કરતાં વધુ HMO રચનાઓથી બનેલું છે, માત્ર 2′-fucosyllactose (2′-FL) અને lacto-N-neotetraose (LNnT) હાલમાં વ્યાવસાયિક સ્તરે ઉત્પન્ન થાય છે અને શિશુ સૂત્રમાં પોષક ઉમેરણો તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે.
હ્યુમન મિલ્ક ઓલિગોસેકરાઇડ્સ (HMOs) બાળકના પોષણમાં તેમના મહત્વ માટે જાણીતા છે. હ્યુમન મિલ્ક ઓલિગોસેકરાઇડ્સ એક અનન્ય પ્રકારના પોષક તત્વો છે, જે પ્રીબાયોટિક્સ, એન્ટિ-એડહેસિવ એન્ટિમાઇક્રોબાયલ અને શિશુના આંતરડામાં ઇમ્યુનોમોડ્યુલેટર તરીકે કામ કરે છે અને મગજના વિકાસમાં નોંધપાત્ર યોગદાન આપે છે. HMOs ફક્ત માનવ સ્તન દૂધમાં જોવા મળે છે; અન્ય સ્તન્ય પ્રાણીઓમાં ગર્ભમાં રહેલા બચ્ચાની રક્ષા માટેનું આચ્છાદન (દા.ત. ગાય, બકરી, ઘેટાં, ઊંટ વગેરે) પાસે ઓલિગોસેકરાઈડનું આ ચોક્કસ સ્વરૂપ નથી.
માનવ દૂધ ઓલિગોસેકરાઇડ્સ માનવ દૂધમાં ત્રીજું સૌથી વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં નક્કર ઘટક છે, જે પાણીમાં ઓગળેલા અથવા ઇમલ્સિફાઇડ અથવા સ્થગિત સ્વરૂપમાં હાજર હોઈ શકે છે. લેક્ટોઝ અને ફેટી એસિડ એ માનવ દૂધમાં સૌથી વધુ પ્રમાણમાં જોવા મળતા ઘન પદાર્થો છે. HMOs 0.35–0.88 ઔંસ (9.9–24.9 g)/ L ની સાંદ્રતામાં હાજર છે. આશરે 200 માળખાકીય રીતે અલગ માનવ દૂધ ઓલિગોસેકરાઇડ્સ જાણીતા છે. 80% સ્ત્રીઓમાં પ્રબળ ઓલિગોસેકરાઇડ 2 છે′-ફ્યુકોસીલેક્ટોઝ, જે લગભગ 2.5 g/L ની સાંદ્રતામાં માનવ સ્તન દૂધમાં હાજર છે.
એચએમઓનું પાચન થતું ન હોવાથી, તેઓ પોષણમાં કેલરીક રીતે ફાળો આપતા નથી. અપચો કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ હોવાને કારણે, તેઓ પ્રીબાયોટિક્સ તરીકે કાર્ય કરે છે અને ઇચ્છનીય આંતરડા માઇક્રોફ્લોરા, ખાસ કરીને બાયફિડોબેક્ટેરિયા દ્વારા પસંદગીયુક્ત રીતે આથો આવે છે.

માનવ દૂધ ઓલિગોસેકરાઇડ્સનું જૈવસંશ્લેષણ

સેલ ફેક્ટરીઓ અને એન્ઝાઈમેટિક/કેમો-એન્ઝાઈમેટિક સિસ્ટમ્સ એ એચએમઓના સંશ્લેષણ માટે ઉપયોગમાં લેવાતી વર્તમાન તકનીકો છે. ઔદ્યોગિક ધોરણે HMO ઉત્પાદન માટે, માઇક્રોબાયલ સેલ ફેક્ટરીઓનું આથો, જૈવ-રાસાયણિક સંશ્લેષણ અને વિવિધ એન્ઝાઇમેટિક પ્રતિક્રિયાઓ HMO બાયો-ઉત્પાદનની શક્ય રીતો છે. આર્થિક કારણોસર, માઇક્રોબાયલ સેલ ફેક્ટરીઓ દ્વારા જૈવ-સંશ્લેષણ એ હાલમાં એચએમઓના ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન સ્તર પર વપરાતી એકમાત્ર તકનીક છે.

માઇક્રોબાયલ સેલ ફેક્ટરીઓનો ઉપયોગ કરીને એચએમઓનું આથો

E.coli, Saccharomyces cerevisiae અને Lactococcus lactis સામાન્ય રીતે HMO જેવા જૈવિક અણુઓના જૈવ-ઉત્પાદન માટે ઉપયોગમાં લેવાતી સેલ ફેક્ટરીઓ છે. આથો એ સબસ્ટ્રેટને લક્ષિત જૈવિક અણુઓમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે સૂક્ષ્મ જીવોનો ઉપયોગ કરીને બાયોકેમિકલ પ્રક્રિયા છે. માઇક્રોબાયલ સેલ ફેક્ટરીઓ સબસ્ટ્રેટ તરીકે સરળ ખાંડનો ઉપયોગ કરે છે, જે તેઓ HMO માં રૂપાંતરિત થાય છે. સાદી શર્કરા (દા.ત. લેક્ટોઝ) વિપુલ પ્રમાણમાં, સસ્તી સબસ્ટ્રેટ હોવાથી, આ જૈવ-સંશ્લેષણ પ્રક્રિયાને ખર્ચ-કાર્યક્ષમ રાખે છે.
વૃદ્ધિ અને જૈવ રૂપાંતરણ દર મુખ્યત્વે સુક્ષ્મસજીવોમાં પોષક તત્વો (સબસ્ટ્રેટ) ના મોટા પાયે ટ્રાન્સફર દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે. માસ ટ્રાન્સફર રેટ એ મુખ્ય પરિબળ છે જે આથો દરમિયાન ઉત્પાદનના સંશ્લેષણને અસર કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન સામૂહિક ટ્રાન્સફરને પ્રોત્સાહન આપવા માટે જાણીતું છે.
આથો દરમિયાન, બાયોરિએક્ટરની સ્થિતિઓનું સતત નિરીક્ષણ અને નિયમન કરવું આવશ્યક છે જેથી કોષો શક્ય તેટલી ઝડપથી વૃદ્ધિ પામી શકે જેથી લક્ષ્યાંકિત બાયોમોલેક્યુલ્સ (દા.ત. ઓલિગોસેકરાઇડ્સ જેમ કે એચએમઓ; ઇન્સ્યુલિન; રિકોમ્બિનન્ટ પ્રોટીન) ઉત્પન્ન થાય. સૈદ્ધાંતિક રીતે, સેલ કલ્ચર વધવા માંડતાની સાથે જ ઉત્પાદનની રચના શરૂ થાય છે. જો કે ખાસ કરીને આનુવંશિક રીતે સંશોધિત કોશિકાઓમાં જેમ કે એન્જિનિયર્ડ સુક્ષ્મસજીવોમાં તે સામાન્ય રીતે સબસ્ટ્રેટમાં રાસાયણિક પદાર્થ ઉમેરીને પાછળથી પ્રેરિત થાય છે, જે લક્ષિત બાયોમોલેક્યુલની અભિવ્યક્તિને અપરેગ્યુલેટ કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક બાયોરેએક્ટર (સોનો-બાયોરેએક્ટર)ને ચોક્કસ રીતે નિયંત્રિત કરી શકાય છે અને સૂક્ષ્મજીવાણુઓની ચોક્કસ ઉત્તેજના માટે પરવાનગી આપે છે. આ ઝડપી જૈવસંશ્લેષણ અને ઉચ્ચ ઉપજમાં પરિણમે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક લિસિસ અને નિષ્કર્ષણ: જટિલ એચએમઓનું આથો નીચા આથો ટાઇટર્સ અને ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર બાકીના ઉત્પાદનો દ્વારા મર્યાદિત હોઈ શકે છે. અલ્ટ્રાસોનિક લિસિસ અને નિષ્કર્ષણનો ઉપયોગ શુદ્ધિકરણ અને ડાઉન-સ્ટ્રીમ પ્રક્રિયાઓ પહેલાં અંતઃકોશિક સામગ્રીને મુક્ત કરવા માટે થાય છે.

અલ્ટ્રાસોનિકલી પ્રમોટેડ આથો

Escherichia coli, એન્જીનીયર્ડ E.coli, Saccharomyces cerevisiae અને Lactococcus lactis જેવા સુક્ષ્મજીવાણુઓના વિકાસ દરને નિયંત્રિત લો-ફ્રિકવન્સી અલ્ટ્રાસોનિકેશન લાગુ કરીને માસ ટ્રાન્સફર રેટ અને સેલ વોલની અભેદ્યતા વધારીને ઝડપી કરી શકાય છે. હળવા, નોન-થર્મલ પ્રોસેસિંગ તકનીક તરીકે, અલ્ટ્રાસોનિકેશન આથોના સૂપમાં સંપૂર્ણપણે યાંત્રિક દળોને લાગુ કરે છે.
એકોસ્ટિક પોલાણ: સોનિકેશનનો કાર્યકારી સિદ્ધાંત એકોસ્ટિક પોલાણ પર આધારિત છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ (સોનોટ્રોડ) દંપતી ઓછી-આવર્તન અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોને માધ્યમમાં જોડે છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો પ્રવાહીમાંથી પસાર થાય છે જે વૈકલ્પિક ઉચ્ચ-દબાણ (કમ્પ્રેશન) / લો-પ્રેશર (વિરલ) ચક્ર બનાવે છે. વૈકલ્પિક ચક્રમાં પ્રવાહીને સંકુચિત અને ખેંચવાથી, મિનિટ શૂન્યાવકાશ પરપોટા ઉત્પન્ન થાય છે. આ નાના શૂન્યાવકાશ પરપોટા ઘણા ચક્રોમાં વધે છે જ્યાં સુધી તેઓ એવા કદ સુધી પહોંચે છે જ્યાં તેઓ વધુ ઊર્જાને શોષી શકતા નથી. મહત્તમ વૃદ્ધિના આ બિંદુએ, શૂન્યાવકાશ પરપોટો હિંસક રીતે ફૂટે છે અને સ્થાનિક રીતે આત્યંતિક પરિસ્થિતિઓ પેદા કરે છે, જેને પોલાણની ઘટના તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. કેવિટેશનલ "હોટ-સ્પોટ" માં, ઉચ્ચ દબાણ અને તાપમાનના તફાવતો અને 280m/sec સુધીના પ્રવાહી જેટ સાથે તીવ્ર શીયર ફોર્સ અવલોકન કરી શકાય છે. આ પોલાણની અસરો દ્વારા, સંપૂર્ણ માસ ટ્રાન્સફર અને સોનોપોરેશન (કોષની દિવાલો અને કોષ પટલનું છિદ્ર) પ્રાપ્ત થાય છે. સબસ્ટ્રેટના પોષક તત્વો જીવંત સમગ્ર કોષોમાં અને તેમાં તરતા રહે છે, જેથી કોષ ફેક્ટરીઓ શ્રેષ્ઠ રીતે પોષાય અને વૃદ્ધિ તેમજ રૂપાંતરણ દર ઝડપી બને. અલ્ટ્રાસોનિક બાયોરિએક્ટર એ એક-પોટ બાયોસિન્થેસિસ પ્રક્રિયામાં બાયોમાસની પ્રક્રિયા કરવા માટે એક સરળ, છતાં અત્યંત અસરકારક વ્યૂહરચના છે.
ચોક્કસ રીતે નિયંત્રિત, હળવા સોનિકેશન આથો પ્રક્રિયાઓને તીવ્ર બનાવવા માટે જાણીતું છે.
Sonication "સબસ્ટ્રેટ શોષણના ઉન્નતીકરણ દ્વારા, સેલ છિદ્રાળુતામાં વધારો કરીને ઉન્નત ઉત્પાદન અથવા વૃદ્ધિ, અને સેલ ઘટકોના સંભવિત ઉન્નત પ્રકાશન દ્વારા જીવંત કોષોને સંડોવતા ઘણી બાયોપ્રોસેસની ઉત્પાદકતામાં સુધારો કરે છે." (નવીના એટ અલ. 2015)
અલ્ટ્રાસોનિકલી-આસિસ્ટેડ આથો વિશે વધુ વાંચો!

નવીના વગેરે. (2015) એ જાણવા મળ્યું કે અલ્ટ્રાસોનિક ઇન્ટેન્સિફિકેશન બાયોપ્રોસેસિંગ દરમિયાન ઘણા ફાયદાઓ પ્રદાન કરે છે, જેમાં અન્ય ઉન્નત સારવાર વિકલ્પોની તુલનામાં ઓછા ઓપરેટિંગ ખર્ચ, ઓપરેશનની સરળતા અને સામાન્ય પાવર આવશ્યકતાઓનો સમાવેશ થાય છે.

ઉચ્ચ-પ્રદર્શન અલ્ટ્રાસોનિક આથો રિએક્ટર

આથો પ્રક્રિયાઓમાં જીવાણુઓ અથવા યીસ્ટ જેવા જીવંત સુક્ષ્મસજીવોનો સમાવેશ થાય છે, જે સેલ ફેક્ટરીઓ તરીકે કાર્ય કરે છે. જ્યારે સામૂહિક ટ્રાન્સફરને પ્રોત્સાહન આપવા અને સુક્ષ્મસજીવોના વિકાસ અને રૂપાંતરણ દરને વધારવા માટે સોનિકેશન લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સેલ ફેક્ટરીઓના વિનાશને ટાળવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક તીવ્રતાને ચોક્કસપણે નિયંત્રિત કરવું મહત્વપૂર્ણ છે.
Hielscher Ultrasonics એ ઉચ્ચ-પ્રદર્શન અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ ડિઝાઇન, ઉત્પાદન અને વિતરણમાં નિષ્ણાત છે, જે બહેતર આથો ઉપજને સુનિશ્ચિત કરવા માટે ચોક્કસપણે નિયંત્રિત અને નિરીક્ષણ કરી શકાય છે.

પ્રક્રિયા નિયંત્રણ માત્ર ઉચ્ચ ઉપજ અને શ્રેષ્ઠ ગુણવત્તા માટે જ જરૂરી નથી, પરંતુ પરિણામોનું પુનરાવર્તન અને પુનઃઉત્પાદન કરવા સક્ષમ બનાવે છે. ખાસ કરીને જ્યારે સેલ ફેક્ટરીઓના ઉત્તેજનની વાત આવે છે, ત્યારે ઉચ્ચ ઉપજ હાંસલ કરવા અને સેલ ડિગ્રેડેશનને રોકવા માટે સોનિકેશન પરિમાણોનું સેલ-વિશિષ્ટ અનુકૂલન આવશ્યક છે. તેથી, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સના તમામ ડિજિટલ મોડલ્સ બુદ્ધિશાળી સોફ્ટવેરથી સજ્જ છે, જે તમને સોનિકેશન પરિમાણોને સમાયોજિત કરવા, મોનિટર કરવા અને સુધારવા માટે પરવાનગી આપે છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા પરિમાણો જેમ કે કંપનવિસ્તાર, તાપમાન, દબાણ, સોનિકેશન સમયગાળો, ફરજ ચક્ર અને ઊર્જા ઇનપુટ આથો દ્વારા HMO ઉત્પાદનને પ્રોત્સાહન આપવા માટે આવશ્યક છે.
Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સનું સ્માર્ટ સોફ્ટવેર સંકલિત SD-કાર્ડ પર તમામ મહત્વપૂર્ણ પ્રક્રિયા પરિમાણોને આપમેળે રેકોર્ડ કરે છે. સોનિકેશન પ્રક્રિયાના સ્વચાલિત ડેટા રેકોર્ડિંગ એ પ્રક્રિયાના માનકીકરણ અને પુનઃઉત્પાદનક્ષમતા / પુનરાવર્તિતતા માટેનો પાયો છે, જે ગુડ મેન્યુફેક્ચરિંગ પ્રેક્ટિસ (જીએમપી) માટે જરૂરી છે.

આથો માટે અલ્ટ્રાસોનિક રેક્ટર

Hielscher વિવિધ કદ, લંબાઈ અને ભૂમિતિના અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ ઓફર કરે છે, જેનો ઉપયોગ બેચ તેમજ સતત ફ્લો-થ્રુ સારવાર માટે થઈ શકે છે. અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટર, જેને સોનો-બાયોરેક્ટર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે અલ્ટ્રાસોનિક બાયોપ્રોસેસિંગને નાના લેબ સેમ્પલથી લઈને પાઇલોટ અને સંપૂર્ણ-વ્યાપારી ઉત્પાદન સ્તરને આવરી લેતા કોઈપણ વોલ્યુમ માટે ઉપલબ્ધ છે.
તે જાણીતું છે કે પ્રતિક્રિયા જહાજમાં અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડનું સ્થાન માધ્યમની અંદર પોલાણ અને માઇક્રો-સ્ટ્રીમિંગના વિતરણને પ્રભાવિત કરે છે. સોનોટ્રોડ અને અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટર સેલ બ્રોથના પ્રોસેસિંગ વોલ્યુમ અનુસાર પસંદ કરવા જોઈએ. જ્યારે સોનિકેશન બેચમાં તેમજ સતત મોડમાં કરી શકાય છે, ઉચ્ચ ઉત્પાદન વોલ્યુમો માટે સતત ફ્લો ઇન્સ્ટોલેશનનો ઉપયોગ કરવાની ભલામણ કરવામાં આવે છે. અલ્ટ્રાસોનિક ફ્લો સેલમાંથી પસાર થતાં, તમામ કોષ માધ્યમને સૌથી અસરકારક સારવારની ખાતરી આપતા સોનિકેશન માટે બરાબર એ જ એક્સપોઝર મળે છે. Hielscher Ultrasonics અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ્સ અને ફ્લો સેલ રિએક્ટર્સની વ્યાપક શ્રેણી આદર્શ અલ્ટ્રાસોનિક બાયોપ્રોસેસિંગ સેટઅપને એસેમ્બલ કરવાની મંજૂરી આપે છે.

Hielscher Ultrasonics – લેબથી પાયલોટ સુધી પ્રોડક્શન સુધી

Hielscher Ultrasonics એ અલ્ટ્રાસોનિક સાધનોના સંપૂર્ણ સ્પેક્ટ્રમને આવરી લે છે જે કોમ્પેક્ટ હેન્ડ-હેલ્ડ અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર્સને બેન્ચ-ટોપ અને પાયલોટ સિસ્ટમ્સ તેમજ શક્તિશાળી ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક એકમો માટે તૈયાર કરે છે જે પ્રતિ કલાક ટ્રક લોડ પર સરળતાથી પ્રક્રિયા કરે છે. ઇન્સ્ટોલેશન અને માઉન્ટિંગ વિકલ્પોમાં સર્વતોમુખી અને લવચીક હોવાને કારણે, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સને તમામ પ્રકારના બેચ રિએક્ટર, ફેડ-બેચ અથવા સતત ફ્લો-થ્રુ સેટઅપ્સમાં સરળતાથી સંકલિત કરી શકાય છે.
વિવિધ એક્સેસરીઝ તેમજ કસ્ટમાઇઝ્ડ પાર્ટ્સ તમારી પ્રક્રિયાની જરૂરિયાતો માટે તમારા અલ્ટ્રાસોનિક સેટઅપના આદર્શ અનુકૂલન માટે પરવાનગી આપે છે.
24/7 કામગીરી માટે સંપૂર્ણ ભાર અને માંગની સ્થિતિમાં ભારે ફરજ હેઠળ બનાવવામાં આવેલ, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ વિશ્વસનીય છે અને માત્ર ઓછા જાળવણીની જરૂર છે.
નીચે આપેલ કોષ્ટક તમને અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રોસેસિંગ ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે: