מינים של חיידקים מהונדסים ביולוגית כגון E. coli, כמו גם סוגי יונקים ותאי צמח מהונדסים גנטית נמצאים בשימוש נרחב בביוטכנולוגיה כדי לבטא מולקולות. על מנת לשחרר מולקולות ביולוגיות מסונתזות אלה, נדרשת טכניקת הפרעה אמינה לתאים. ultrasonication ביצועים גבוהים היא שיטה מוכחת עבור תמה תא יעיל ואמין – ניתן להרחבה בקלות לתפוקות גדולות. Hielscher אולטרסוניקה מציעה לך ציוד קולי ביצועים גבוהים עבור תמוגה תא יעילות על מנת לייצר כמויות גדולות של ביו-מולקולות באיכות גבוהה.

הפקת מולקולות ממפעלי תאים

לייצור מגוון רחב של ביומולקולים, חיידקים מהונדסים שונים ותאי צמח יכולים לשמש כמפעלי תאים מיקרוביאליים, כולל Escherichia coli, Bacillus subtilis, פסאודומונס פוטיידה, סטרפטומיצס, קורינבקטריום גלוטמיקום, לקטוקוס לקטי, ציאנובקטריה, סכרומיצס סרוויסיה, פיצ'יה פסטוריס, ירויה ליפוליטיקה, ניקוטיאנה בנתמיאנה ואצות, בין רבים אחרים. מפעלי תאים אלה יכולים לייצר חלבונים, שומנים, ביוכימיקלים, פולימרים, דלקים ביולוגיים ואולאוכימיקלים, המשמשים כמזון או חומר גלם ליישומים תעשייתיים. תאים המשמשים מפעלי תאים הם תרבית ביו-רהקטרים סגורים, שם הם יכולים להשיג יעילות גבוהה, ספציפיות ודרישות אנרגיה נמוכות.
כדי לבודד את מולקולות המטרה מתרביות התאים ההנדסה הביולוגית, יש לשבש את התאים כך שהחומר התאי ישוחרר. משבשי תאים אולטרה סאונד מבוססים היטב כוכניקה אמינה ויעילה מאוד להתפוררות תאים ושחרור מורכב.

מפעלי תאים מיקרוביאליים הם תאים מהונדסים מטבולית המשמשים לסינתזה של תרכובות יקרות ערך שונות. הפרעה לתא אולטרה סאונד היא שיטה יעילה ואמינה לשחרר את התרכובות יקרות ערך מבפנים התא.
לימוד וגרפיקה: ©וילוורדה, 2010.

היתרונות של משבשי תאים אולטרה סאונד

כטכנולוגיה לא תרמית, קלה, אך יעילה מאוד, משבשים קוליים משמשים במעבדה ובתעשייה כדי lyse תאים ולייצר תמציות באיכות גבוהה, למשל משמש לבידוד של מולקולות ממפעלי תאים.

אולטרסאונד כוח לשיבוש יעיל של מפעלי תאים מיקרוביאליים

מנגנון ואפקטים של משבשי תאים אולטרה סאונד:
הפרעה לתא אולטרה סאונד השתמשה בכוחם של גלי אולטרסאונד. homogenizer קולי / משבש תא מצויד בדיקה (aka sonotrode) עשוי סגסוגת טיטניום כי מתנדנד בתדר גבוה של כ. 20 kHz. משמעות הדבר היא 20,000 תנודות בדיקה קולית זוגות 20,000 תנודות לשנייה לתוך הנוזל sonicated. גלי אולטרסאונד בשילוב לתוך הנוזל מאופיינים על ידי לסירוגין בלחץ גבוה / מחזורים בלחץ נמוך. במהלך מחזור לחץ נמוך, הנוזל מתרחב ובועות ואקום דקות להתעורר. בועות קטנות מאוד אלה לגדול על פני מספר מחזורי לחץ לסירוגין עד שהם לא יכולים לספוג כל אנרגיה נוספת. בשלב זה, בועות cavitation לקרוס באלימות וליצור באופן מקומי סביבה יוצאת דופן אנרגיה צפופה. תופעה זו ידועה בשם cavitation אקוסטי ומאופיין בטמפרטורות גבוהות מאוד מקומיות, לחצים גבוהים מאוד וכוחות גיסת. גיסת אלה מדגיש לשבור ביעילות קירות התא ולהגביר את העברת ההמונים בין פנים התא לבין הממס שמסביב. כוכניקה מכנית גרידא, כוחות גיליון שנוצרים באולטרסאונד נמצאים בשימוש נרחב ואת ההליך המומלץ עבור הפרעה לתא חיידקי, כמו גם לבידוד חלבון. כשיטת הפרעה לתאים פשוטה ומהירה, sonication הוא אידיאלי לבידוד של כרכים קטנים, בינוניים וגדולים. ultrasonicators הדיגיטלי של Hielscher מצוידים בתפריט ברור של הגדרות עבור בקרת sonication מדויק. כל נתוני sonication מאוחסנים באופן אוטומטי בכרטיס SD מובנה והם פשוט נגישים. אפשרויות מתוחכמות של פיזור חום כגון קירור חיצוני, sonication במצב פעימות וכו 'במהלך תהליך התפוררות קולי להבטיח את שמירה על טמפרטורת התהליך האידיאלי ובכך את השלמות של תרכובות רגישות לחום שחולצו.

המחקר מדגיש את נקודות החוזק של שיבוש אולטרה סאונד תאים ומיצוי

פרופ' שחמת ואח' (2017) חוזרת במחקר כי "מיצוי בסיוע אולטרסאונד הוא חלופה ירוקה וברת קיימא כלכלית לטכניקות קונבנציונליות למזון ומוצרים טבעיים. היתרונות העיקריים הם ירידה של זמן החילוץ ועיבוד, כמות האנרגיה והממסים המשמשים, פעולות יחידה, CO₂ פליטות."
Gabig-Ciminska ואח ' (2014) השתמש homogenizer בלחץ גבוה ו dsintegrator תא קולי במחקר שלהם עבור תמוגה של נבגים על מנת לשחרר DNA. בהשוואת שתי שיטות ההפרעה לתאים, צוות המחקר מסכם כי לגבי תמוגת התא עבור DNA נבג, "הניתוח נעשה על ידי שימוש lysates התא מן הומוגניזציה בלחץ גבוה. לאחר מכן, הבנו כי הפרעה לתא קולי יש יתרונות יוצאי דופן למטרה זו. זה די מהר וניתן לעבד אותו עבור נפחי מדגם קטנים." (גביג-צ'ימינסקה ואח', 2014)

ביומולקולים ממפעלי תאים לייצור מזון

מפעלי תאים מיקרוביאליים הם מתודולוגיית ייצור בת קיימא ויעילה המשתמשת באורגניזמים מיקרוביאליים כדי לייצר תשואות גבוהות של מטבוליטים מקומיים ולא מקומיים על ידי ביו-הנדסה מטבולית של מיקרואורגניזמים מיקרוביאליים כגון חיידקים, שמרים, פטריות וכו '. אנזימים בתפזורת מיוצרים למשל באמצעות מיקרואורגניזמים כמו אספרגילוס אוריזה, פטריות וחיידקים. אנזימים בתפזורת אלה משמשים לייצור מזון ומשקאות, כמו גם בחקלאות, ביו-אנקרגיה וטיפול ביתי.
חיידקים מסוימים כגון אצטובקטרי קסילינום וגלוקונואקטובקטרי קסילינוס מייצרים תאית במהלך תהליך התסיסה, שבו ננו-סיביות מסונתזות בתהליך מלמטה למעלה. תאית חיידקית (הידועה גם בשם תאית מיקרוביאלית) שקולה מבחינה כימית לתאית הצמח, אך יש לה רמה גבוהה של גבישיות וטוהר גבוה (ללא ליגנין, המיצלולוז, פקטין ורכיבים ביוגניים אחרים) כמו גם מבנה ייחודי של רשת תלת ממדית (3D) מאורגת על-ידי ננו-אפיבר. (cf. Zhong, 2020) בהשוואה לתאית שמקורה בצמחים, תאית חיידקית היא בת קיימא יותר והתת המיוצרת טהורה ואינה דורשת שלבי טיהור מורכבים. Ultrasonication ומיצוי ממס באמצעות NaOH או SDS (נתרן דודסיל סולפט) יעילים מאוד לבידוד של תאית חיידקית מתאי החיידקים.

ביומולקולס ממפעלי תאים לייצור תרופות וחיסונים

אחד המוצרים התרופות הבולטים המופקים ממפעלי תאים הוא אינסולין אנושי. לייצור אינסולין הנדסה ביולוגית, בעיקר E. coli ו Saccharomyces cerevisiae משמשים. מאז מולקולות בגודל ננו ביו מסונתז להציע תאימות ביולוגית גבוהה, חלקיקים ביולוגיים כגון פריטין הם יתרון עבור יישומים biomanufacturing רבים. בנוסף, הייצור במיקרואורגניזמים מהונדסים מטבולית הוא לעתים קרובות יעילות יותר באופן משמעותי בתשואות המתקבלות. לדוגמה, הייצור של חומצה ארטמיסינית, רזברטרול וליקופן גדל פי עשרה לכמה מאות, והוא כבר הוקם או נמצא בפיתוח לייצור בקנה מידה תעשייתי. (cf. ליו ואח'; מיקרוב. עובדה סלולרית. 2017)
לדוגמה, ביומולקולים מבוססי חלבון בגודל ננו עם תכונות הרכבה עצמית כגון פריטין וחלקיקים דמויי וירוס מעניינים במיוחד לפיתוח חיסון מכיוון שהם מחקים הן את הגודל והן את המבנה של פתוגנים והם נוחים להעלות על פני השטח הטיות של אנטיגנים כדי לקדם את האינטראקציה עם תאי מערכת החיסון. מולקולות כאלה באות לידי ביטוי במה שמכונה מפעלי תאים (למשל, זני E. coli מהונדסים), המייצרים מולקולת מטרה מסוימת.

פרוטוקול תמיסת אולטרה סאונד של E. coli BL21 לשחרור פריטין

פריטין הוא חלבון, אשר הפונקציה העיקרית היא אחסון של ברזל. פריטין מציג יכולות מבטיחות כמו חלקיקים הרכבה עצמית בחיסונים, שם הוא משמש כרכב אספקת חיסון (למשל SARS-Cov-2 חלבוני ספייק). המחקר המדעי של סאן אט. al. (2016) מראה כי פריטין רקומביננטי ניתן לשחרר כצורה מסיסה מ Escherichia coli בריכוזים NaCl נמוך (≤50 mmol / L). על מנת לבטא פריטין ב- E. coli BL21 ולשחרר את הפרטין, הפרוטוקול הבא הוחל בהצלחה. pET-28a/פריטין פלסמיד רקומביננטי הפך לזן E coli BL21 (DE3). תאי פריטין E coli BL21 (DE3) היו בתרבית במדיה צמיחה LB עם 0.5% kanamycin ב 37 °C ומושרה ב OD600 של 0.6 עם 0.4% איזופרופיל-β-D-thiogalactopyranoside במשך 3 שעות ב 37 °C. התרבות הסופית נקצרה אז על ידי צנטריפוגה ב 8000 גרם במשך 10 דקות ב 4 מעלות צלזיוס, ואת הכדור נאסף. לאחר מכן, הכדור היה resuspended בינוני LB (1% NaCl, 1% טיפון, 0.5% תמצית שמרים)/חיץ תמוגה (20 mmol / L טריס, 50 mmol / L NaCl, 1 mmol / L EDTA, pH 7.6) וריכוזים שונים של פתרון NaCl (0, 50, 100, 170, ו 300 mmol / L), בהתאמה. עבור תמה תאי חיידקי, sonication הוחל במצב דופק: למשל, באמצעות ultrasonicator UP400St ב 100% משרעת עם מחזור החובה של 5 שניות ON, 10 שניות כבוי, במשך 40 מחזורים) ולאחר מכן צנטריפוגה ב 10 000g במשך 15 דקות ב 4 מעלות צלזיוס. הסופרנט והמים נותחו על ידי נתרן דודסיל סולפט פולאקרילמיד ג'ל אלקטרופורזה (SDS-PAGE). כל הג'לים מוכתמים בנתרן דודסיל סולפט נסרקו בסורק ברזולוציה גבוהה. תמונות ג'ל נותחו באמצעות תוכנת Magic Chemi 1D. לקבלת בהירות אופטימלית, רצועות חלבון זוהו על ידי התאמת פרמטרים. הנתונים עבור הרצועות נוצרו מטריפליקטים טכניים. (cf. Sun et al., 2016)

משבשי תאים אולטרה סאונד עבור תמיסת התעשייה של מפעלי תאים

תמה אולטרה סאונד ומיצוי היא שיטה אמינה ונוחה לשחרר מטבוליטים ממפעלי תאים ובכך לסייע בייצור יעיל של מולקולות היעד. משבשי תאים אולטרה סאונד זמינים ממעבדה לגודל תעשייתי ותהליכים ניתן לשנות את קנה המידה ליניארי לחלוטין.
Hielscher אולטרסוניקה הוא השותף המוסמך שלך עבור משבשים קוליים ביצועים גבוהים ויש לו ניסיון רב שנים בתחום השתלת מערכות קוליות בהגדרות ספסל העליון ותעשייה.
כשמדובר חומרה מתוחכמת ותוכנה, Hielscher אולטרסוניקה תאים שיבוש מערכות ממלא את כל הדרישות עבור בקרת תהליך אופטימלית, פעולה קלה וידידותיות למשתמש. לקוחות ומשתמש של Hielscher ultrasonicators ערך את היתרון כי Hielscher משבשים סלולרי קוליים מחלצים לאפשר ניטור תהליך מדויק ובקרה – באמצעות תצוגת מגע דיגיטלית ושלט רחוק של הדפדפן. כל נתוני sonication החשובים (למשל אנרגיה נטו, אנרגיה כוללת, משרעת, משך, טמפרטורה, לחץ) מאוחסנים באופן אוטומטי כקובץ CSV בכרטיס SD משולב. זה עוזר להשיג תוצאות לשחזור וחוזרות על עצמן ומאפשר סטנדרטיזציה של תהליכים, כמו גם את מילוי שיטות ייצור טובות (cGMP).
כמובן, מעבדי אולטראסאונד Hielscher בנויים לפעולה 24/7 תחת עומס מלא ולכן ניתן להפעיל באופן אמין בהגדרות הייצור התעשייתי. בשל חוסן גבוה ותחזוקה נמוכה, זמן ההשבתה של הציוד הקולי הוא ממש נמוך. תכונות CIP (נקי במקום) ו- SIP (עיקור במקום) ממזערות ניקוי מייגע, במיוחד מכיוון שכל החלקים הרטובים הם משטחי מתכת חלקים (ללא פתחים מוסתרים או חרירים).

הטבלה להלן נותן לך אינדיקציה של יכולת עיבוד משוער של ultrasonicators שלנו: