ייצור ביוסינתטי של אוליגוסכרידים מחלב אם

הביוסינתזה של אוליגוסכרידים מחלב אם (קופות חולים) באמצעות תסיסה או תגובות אנזימטיות היא תהליך מורכב, גוזל ולעתים קרובות מניב תשואה נמוכה. אולטרה-סוניקציה מגבירה את העברת המסה בין המצע למפעלי התא וממריצה את צמיחת התאים ואת חילוף החומרים. בכך, הסוניקציה מגבירה את התסיסה ואת התהליכים הביו-כימיים ומביאה לייצור מואץ ויעיל יותר של קופות החולים.

אוליגוסכרידים מחלב אם

אוליגוסכרידים של חלב אם (קופות חולים), הידועים גם בשם גליקנים של חלב אם, הם מולקולות סוכר, המהוות חלק מקבוצת האוליגוסכרידים. דוגמאות בולטות של קופות חולים כוללות 2'-fucosyllactose (2′-FL), לקטו-N-נאוטראוז (LNnT), 3'-גלקטוז (3′-GL), ודיפוקוסילקטוז (DFL).
בעוד חלב אם אנושי מורכב מיותר מ -150 מבנים שונים של קופות החולים, רק 2′-fucosyllactose (2′-FL) ו lacto-N-neotetraose (LNnT) מיוצרים כיום ברמה מסחרית ומשמשים כתוספים תזונתיים בפורמולה לתינוקות.
אוליגוסכרידים מחלב אם (קופות חולים) ידועים בחשיבותם בתזונת תינוקות. אוליגוסכרידים מחלב אם הם סוג ייחודי של חומרים מזינים, הפועלים כפרה-ביוטיקה, אנטי-מיקרוביאלים נוגדי דבק ואימונומודולטורים בתוך מעי התינוק ותורמים באופן משמעותי להתפתחות המוח. קופות החולים נמצאות אך ורק בחלב אם אנושי; בחלב יונקים אחרים (למשל פרה, עז, כבשים, גמלים וכו') אין את הצורה הספציפית הזו של אוליגוסכרידים.
אוליגוסכרידים של חלב אם הם המרכיב המוצק השלישי הנפוץ ביותר בחלב אם, אשר יכול להיות נוכח בצורה מומסת או מתחלבת או מרחפת במים. לקטוז וחומצות שומן הם המוצקים הנפוצים ביותר הנמצאים בחלב אם. קופות החולים נמצאות בריכוז של 0.35-0.88 אונקיות (9.9-24.9 גרם) / ליטר. ידועים כ-200 אוליגוסכרידים שונים מבחינה מבנית מחלב אם. האוליגוסכריד הדומיננטי אצל 80% מכלל הנשים הוא 2′-fucosyllactose, אשר קיים חלב אם אנושי בריכוז של כ 2.5 גרם / ליטר.
מכיוון שקופות החולים אינן מתעכלות, הן אינן תורמות קלורית לתזונה. בהיותן פחמימות בלתי ניתנות לעיכול, הן מתפקדות כפרה-ביוטיקה ומותססות באופן סלקטיבי על-ידי מיקרופלורת מעיים רצויה, במיוחד ביפידובקטריה.

ביוסינתזה של אוליגוסכרידים מחלב אם

מפעלי תאים ומערכות אנזימטיות / כימו-אנזימטיות הן טכנולוגיות עכשוויות המשמשות לסינתזה של קופות חולים. עבור ייצור קופות חולים בקנה מידה תעשייתי, תסיסה של מפעלי תאים מיקרוביאליים, סינתזה ביו-כימית ותגובות אנזימטיות שונות הן דרכים אפשריות לייצור ביולוגי של קופות החולים. מסיבות כלכליות, הביו-סינתזה באמצעות מפעלי תאים מיקרוביאליים היא כיום הטכניקה היחידה המשמשת ברמת הייצור התעשייתי של קופות החולים.

תסיסה של קופות החולים באמצעות מפעלי תאים מיקרוביאליים

E.coli, Saccharomyces cerevisiae ו-Lactococcus lactis הם מפעלי תאים נפוצים המשמשים לייצור ביולוגי של מולקולות ביולוגיות כגון קופות חולים. תסיסה היא תהליך ביוכימי המשתמש במיקרואורגניזמים כדי להמיר מצע למולקולות ביולוגיות ממוקדות. מפעלי תאים מיקרוביאליים משתמשים בסוכרים פשוטים כמצע, אותם הם ממירים לקופות החולים. מכיוון שסוכרים פשוטים (למשל לקטוז) הם מצע זול בשפע, זה שומר על תהליך הביוסינתזה חסכוני.
הצמיחה וקצב ההמרה הביולוגית מושפעים בעיקר מהעברה המונית של חומרי מזון (מצע) למיקרואורגניזמים. קצב העברת המסה הוא גורם עיקרי המשפיע על סינתזת המוצר במהלך התסיסה. אולטרה-סוניקציה ידועה כמקדמת העברת המונים.
במהלך התסיסה, התנאים בביוריאקטור חייבים להיות מנוטרים ומווסתים כל הזמן, כך שהתאים יוכלו לגדול מהר ככל האפשר על מנת לייצר את הביומולקולות הממוקדות (למשל אוליגוסכרידים כגון קופות חולים; אינסולין; חלבונים רקומביננטיים). תיאורטית, היווצרות המוצר מתחילה ברגע שתרבות התא מתחילה לגדול. עם זאת, במיוחד בתאים מהונדסים גנטית כגון מיקרואורגניזמים מהונדסים זה בדרך כלל מושרה מאוחר יותר על ידי הוספת חומר כימי למצע, אשר מווסת את הביטוי של ביומולקולה ממוקדת. ביוריאקטורים על-קוליים (סונו-ביוריאקטור) ניתנים לשליטה מדויקת ומאפשרים גירוי ספציפי של חיידקים. התוצאה היא ביוסינתזה מואצת ותשואות גבוהות יותר.
ליזה קולית ומיצוי: התסיסה של קופות חולים מורכבות עשויה להיות מוגבלת על ידי טיטרים תסיסה נמוכה ומוצרים שנותרו תוך תאיים. ליזה קולית ומיצוי משמש לשחרור חומר תוך תאי לפני טיהור ותהליכים במורד הזרם.

תסיסה אולטרה-סאונד

ניתן להאיץ את קצב הגדילה של חיידקים כגון Escherichia coli, E.coli מהונדס, Saccharomyces cerevisiae ו- Lactococcus lactis על ידי הגדלת קצב העברת המסה וחדירות דופן התא על ידי הפעלת אולטרסוניקציה מבוקרת בתדר נמוך. כטכניקת עיבוד מתונה, לא תרמית, אולטרסוניקציה מיישמת כוחות מכניים גרידא לתוך מרק התסיסה.
קביטציה אקוסטית: עקרון העבודה של סוניקציה מבוסס על קוויטציה אקוסטית. הגשושית העל-קולית (סונוטרודה) משלבת גלי אולטרסאונד בתדר נמוך לתוך התווך. גלי האולטרסאונד נעים דרך הנוזל ויוצרים לסירוגין מחזורי לחץ גבוה (דחיסה) / לחץ נמוך (ררפאקציה). על ידי דחיסה ומתיחה של הנוזל במחזורים מתחלפים, נוצרות בועות ואקום זעירות. בועות ואקום קטנות אלה גדלות במשך מספר מחזורים עד שהן מגיעות לגודל שבו הן אינן יכולות לספוג אנרגיה נוספת. בשלב זה של צמיחה מקסימלית, בועת הריק מתפוצצת באלימות ויוצרת תנאים קיצוניים מקומיים, הידועים כתופעת הקוויטציה. ב"נקודה החמה" הקוויטציונית ניתן להבחין בהפרשי לחץ וטמפרטורה גבוהים ובכוחות גזירה אינטנסיביים עם סילונים נוזליים של עד 280 מטר לשנייה. על ידי השפעות קוויטציוניות אלה, העברת מסה יסודית וסונופורציה (ניקוב דפנות התא וקרומי התא) מושגת. חומרי המזון של המצע צפים אל התאים השלמים החיים ובתוכם, כך שמפעלי התאים מוזנים בצורה אופטימלית והצמיחה כמו גם שיעורי ההמרה מואצים. ביוריאקטורים על-קוליים הם אסטרטגיה פשוטה אך יעילה ביותר לעיבוד ביומסה בתהליך ביוסינתזה של סיר אחד.
סוניקציה מבוקרת ועדינה במדויק ידועה כמגבירה את תהליכי התסיסה.
סוניקציה משפרת את "הפרודוקטיביות של תהליכים ביולוגיים רבים המערבים תאים חיים באמצעות שיפור ספיגת המצע, ייצור או צמיחה משופרים על ידי הגדלת נקבוביות התא, ושחרור פוטנציאלי משופר של רכיבי התא". (Naveena et al. 2015)
קראו עוד על תסיסה בסיוע אולטרה-סאונד!

Naveena et al. (2015) מצאו כי התעצמות קולית מציעה מספר יתרונות במהלך עיבוד ביולוגי, כולל עלויות תפעול נמוכות בהשוואה לאפשרויות טיפול משפרות אחרות, פשטות הפעולה ודרישות כוח צנועות.

כורי תסיסה על-קוליים בעלי ביצועים גבוהים

תהליכי תסיסה מערבים מיקרואורגניזמים חיים כגון חיידקים או שמרים, המתפקדים כמפעלי תאים. בעוד סוניקציה מיושמת כדי לקדם העברת מסה ולהגדיל את הצמיחה של מיקרואורגניזם ואת שיעור ההמרה, חיוני לשלוט בעוצמה קולית בדיוק על מנת למנוע הרס של מפעלי התא.
Hielscher Ultrasonics הוא מומחה בתכנון, ייצור והפצה של ultrasonicators ביצועים גבוהים, אשר ניתן לשלוט במדויק לפקח כדי להבטיח תשואות תסיסה מעולה.

בקרת תהליכים חיונית לא רק לתפוקות גבוהות ואיכות מעולה, אלא מאפשרת לחזור ולשחזר תוצאות. במיוחד כשמדובר בגירוי של מפעלי תאים, ההתאמה הספציפית לתא של פרמטרי הסוניקציה חיונית להשגת תפוקות גבוהות ולמניעת התפרקות התא. לכן, כל הדגמים הדיגיטליים של Hielscher ultrasonicators מצוידים בתוכנה אינטליגנטית, המאפשרת לך להתאים, לפקח ולשנות פרמטרים סוניקציה. פרמטרים של תהליך על-קולי כגון משרעת, טמפרטורה, לחץ, משך סוניקציה, מחזורי עבודה ותשומות אנרגיה חיוניים לקידום ייצור קופות החולים באמצעות תסיסה.
התוכנה החכמה של Hielscher ultrasonicators רשומות באופן אוטומטי את כל הפרמטרים תהליך חשוב על כרטיס SD משולב. רישום הנתונים האוטומטי של תהליך הסוניקציה הוא הבסיס לסטנדרטיזציה של תהליכים ויכולת שחזור / חזרתיות, הנדרשים עבור תנאי ייצור נאותים (GMP).

רקטורים קוליים לתסיסה

Hielscher מציעה בדיקות קוליות בגדלים שונים, אורך וגיאומטריה, אשר ניתן להשתמש בהם אצווה, כמו גם טיפולים זרימה מתמשכת. כורים על-קוליים, הידועים גם בשם סונו-ביוריאקטורים, זמינים לכל נפח המכסה את העיבוד הביולוגי העל-קולי מדגימות מעבדה קטנות ועד לרמת פיילוט וייצור מסחרי מלא.
זה ידוע היטב כי המיקום של sonotrode קולי בכלי התגובה משפיע על התפלגות cavitation ו micro-streaming בתוך המדיום. סונוטרודה וכור קולי יש לבחור בהתאם לנפח העיבוד של מרק התא. בעוד שניתן לבצע סוניקציה באצווה כמו גם במצב רציף, עבור נפחי ייצור גבוהים מומלץ להשתמש במתקן זרימה רציפה. במעבר דרך תא זרימה על-קולי, כל תווך התא מקבל בדיוק את אותה חשיפה לסוניקציה המבטיחה את הטיפול היעיל ביותר. Hielscher Ultrasonics מגוון רחב של בדיקות קולי כורי תא זרימה מאפשר להרכיב את ההתקנה bioprocessing קולי אידיאלי.

Hielscher Ultrasonics – ממעבדה לפיילוט לייצור

Hielscher Ultrasonics מכסה את כל הספקטרום של ציוד קולי המציע הומוגניזרים קוליים קומפקטיים ידניים להכנת דגימה למערכות ספסל וטייס, כמו גם יחידות קוליות תעשייתיות חזקות המעבדות בקלות מטענים לשעה. להיות תכליתי וגמיש באפשרויות התקנה הרכבה, Hielscher ultrasonicators ניתן לשלב בקלות לתוך כל מיני כורים אצווה, קבוצות מוזן או זרימה מתמשכת דרך הגדרות.
אביזרים שונים, כמו גם חלקים מותאמים אישית מאפשרים התאמה אידיאלית של ההתקנה הקולטרסונית שלך לדרישות התהליך שלך.
נבנה עבור פעולה 24/7 תחת עומס מלא וחובה כבדה בתנאים תובעניים, מעבדים קוליים Hielscher הם אמינים דורשים תחזוקה נמוכה בלבד.
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו: