अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा BL21 कोशिकाओं का लयन
BL21 कोशिकाएँ E. coli का एक प्रभेद हैं, जिसका उपयोग प्रोटीन को अत्यंत कुशलता से अभिव्यक्त करने की क्षमता के कारण अनुसंधान प्रयोगशालाओं, जैव प्रौद्योगिकी और औद्योगिक उत्पादन में व्यापक रूप से किया जाता है। अल्ट्रासोनिक कोशिका विघटन, लयन और प्रोटीन निष्कर्षण, BL21 कोशिकाओं के आंतरिक भाग से लक्षित प्रोटीन को अलग करने और एकत्र करने की सामान्य विधि है। अल्ट्रासोनिकेशन कोशिका को पूरी तरह विघटित कर देता है और उसके भीतर फँसे सभी प्रोटीन मुक्त कर देता है, जिससे 100% प्रोटीन उपलब्ध हो जाता है।
प्रोटीन अभिव्यक्ति के लिए BL21 कोशिकाएँ
BL21 कोशिका E. coli जीवाणु का एक रासायनिक रूप से सक्षम प्रभेद है, जो T7 RNA polymerase-IPTG प्रेरण प्रणाली का उपयोग करके रूपांतरण और उच्च स्तर की प्रोटीन अभिव्यक्ति के लिए उपयुक्त है। BL21 कोशिकाएँ T7 प्रमोटर के नियंत्रण में मौजूद किसी भी जीन से उच्च दक्षता के साथ प्रोटीन अभिव्यक्ति संभव बनाती हैं। E. coli प्रभेद BL21(DE3), T7 RNA polymerase पर आधारित प्रोटीन उत्पादन प्रभेद है, जिसे T7 प्रमोटर पर आधारित अभिव्यक्ति वेक्टरों के साथ संयोजित किया जाता है और पुनःसंयोजक प्रोटीन के उत्पादन के लिए प्रयोगशालाओं और उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। BL21(DE3) में, पुनःसंयोजक प्रोटीन को कूटबद्ध करने वाले जीन की अभिव्यक्ति का प्रतिलेखन गुणसूत्र द्वारा कूटबद्ध T7 RNA polymerase (T7 RNAP) द्वारा किया जाता है, जो पारंपरिक E. coli RNAP की तुलना में आठ गुना तेज़ी से प्रतिलेखन करता है। इससे BL21(DE3) प्रभेद अत्यंत कुशल बन जाता है और प्रोटीन अभिव्यक्ति के लिए सबसे अधिक पसंद की जाने वाली कोशिका प्रणालियों में से एक बन जाता है।
BL21 कोशिकाओं से अल्ट्रासोनिक लयन और प्रोटीन निष्कर्षण का प्रोटोकॉल
BL21 कोशिकाओं का लयन अधिकतर अल्ट्रासोनिकेशन के साथ लयन बफर के रूप में सोडियम लॉरॉयल सार्कोसिनेट (जिसे सार्कोसिल भी कहा जाता है) का उपयोग करके किया जाता है। अल्ट्रासोनिक कोशिका विघटन और प्रोटीन निष्कर्षण के लाभों में विश्वसनीयता, पुनरुत्पादकता तथा अल्ट्रासोनिकेटरों का सरल, सुरक्षित और त्वरित संचालन शामिल हैं। नीचे दिया गया प्रोटोकॉल BL21 कोशिकाओं के अल्ट्रासोनिक लयन के लिए चरणबद्ध निर्देश देता है:
- चैपरोन प्रोटीन हटाने के लिए, BL21 जीवाणु पेलेटों को बर्फ जैसे ठंडे 50 ml सोडियम Tris-EDTA (STE) बफर में पुनः निलंबित किया गया (जिसमें 10 mM Tris-HCL, pH 8.0, 1 mM EDTA, 150 mM NaCl और अतिरिक्त 100 mM PMSF शामिल हैं)।
- फिर, 500 ul लाइसोज़ाइम (10 mg/ ml) मिलाया जाता है और कोशिकाओं को बर्फ पर 15 min तक ऊष्मायित किया जाता है।
- इसके बाद, 500 ul DTT और 7 ml सार्कोसिल (STE बफर में तैयार किया गया 10% (w/v)) मिलाया जाता है।
- सभी शुद्धिकरण बफरों को बर्फ जैसा ठंडा रखना और नमूनों को हर समय बर्फ पर बनाए रखना आवश्यक है। यदि संभव हो, तो शुद्धिकरण के सभी चरण शीत कक्ष में किए जाने चाहिए।
- अल्ट्रासोनिक लयन और प्रोटीन निष्कर्षण के लिए, नमूनों का सोनिकेशन VialTweeter MultiSample Ultrasonicator में 100% आयाम पर 4 x 30 sec तक किया जाता है, जिसमें प्रत्येक सोनिकेशन के बीच 2 min का अंतराल रखा जाता है। वैकल्पिक रूप से, माइक्रो-टिप वाले प्रोब प्रकार के अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र, जैसे UP200Ht का उपयोग S26d2 के साथ किया जा सकता है (3 x 30 sec, अल्ट्रासोनिक चक्रों के बीच 2 min. का विराम, 80% आयाम)।
- शुद्धिकरण के आगे के चरणों के लिए, नमूनों को बर्फ पर रखना आवश्यक है या वैकल्पिक रूप से आगे का प्रसंस्करण होने तक -80°C पर संग्रहित करना आवश्यक है।
अल्ट्रासोनिक कोशिका विघटक UP200St लयन और प्रोटीन निष्कर्षण के लिए माइक्रो-टिप S26d2 के साथ
सटीक तापमान नियंत्रण के अंतर्गत अल्ट्रासोनिक लयन
जैविक नमूनों को संभालते समय सटीक और विश्वसनीय तापमान नियंत्रण अत्यंत आवश्यक है। उच्च तापमान नमूनों में ऊष्मा से प्रेरित प्रोटीन अपघटन शुरू कर देता है।
नमूना तैयार करने की सभी यांत्रिक तकनीकों की तरह, सोनिकेशन भी ऊष्मा उत्पन्न करता है। हालाँकि, VialTweeter का उपयोग करते समय नमूनों का तापमान अच्छी तरह नियंत्रित किया जा सकता है। हम आपके सामने विश्लेषण के लिए VialTweeter और VialPress से नमूने तैयार करते समय उनका तापमान निगरानी में रखने और नियंत्रित करने के विभिन्न विकल्प प्रस्तुत करते हैं।
- नमूने के तापमान की निगरानी: VialTweeter को संचालित करने वाला अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर UP200St बुद्धिमान सॉफ़्टवेयर और एक प्लग से जोड़े जा सकने वाले तापमान सेंसर से सुसज्जित है। तापमान सेंसर को UP200St से जोड़ें और तापमान सेंसर की नोक को किसी एक नमूना ट्यूब में डालें। डिजिटल रंगीन टच डिस्प्ले के माध्यम से आप UP200St के मेनू में अपने नमूने के सोनिकेशन के लिए एक विशिष्ट तापमान सीमा निर्धारित कर सकते हैं। अधिकतम तापमान पर पहुँचने पर अल्ट्रासोनिकेटर अपने आप रुक जाएगा और तब तक रुका रहेगा जब तक नमूने का तापमान निर्धारित तापमान ∆ के निचले मान तक नहीं आ जाता। फिर सोनिकेशन अपने आप दोबारा शुरू हो जाता है। यह स्मार्ट सुविधा ऊष्मा से होने वाले अपघटन को रोकती है।
- VialTweeter ब्लॉक को पहले से ठंडा किया जा सकता है। टाइटेनियम ब्लॉक को पहले से ठंडा करने के लिए VialTweeter ब्लॉक को फ्रिज या फ़्रीज़र में रखें (केवल सोनोट्रोड, ट्रांसड्यूसर के बिना!)। इससे नमूने में तापमान बढ़ने में देरी होती है। यदि संभव हो, तो नमूने को भी पहले से ठंडा किया जा सकता है।
- सोनिकेशन के दौरान ठंडा करने के लिए शुष्क बर्फ का उपयोग करें। शुष्क बर्फ से भरी एक उथली ट्रे का उपयोग करें और VialTweeter को बर्फ पर रखें ताकि ऊष्मा तेज़ी से निकल सके।
दुनिया भर के ग्राहक जैविक, जैवरासायनिक, चिकित्सा और नैदानिक प्रयोगशालाओं में अपने दैनिक नमूना तैयारी कार्यों के लिए VialTweeter और VialPress का उपयोग करते हैं। UP200St प्रोसेसर के बुद्धिमान सॉफ़्टवेयर और तापमान नियंत्रण से तापमान विश्वसनीय रूप से नियंत्रित रहता है और ऊष्मा से होने वाले नमूने के अपघटन से बचाव होता है। VialTweeter और VialPress के साथ अल्ट्रासोनिक नमूना तैयारी अत्यंत विश्वसनीय और पुनरुत्पादनीय परिणाम देती है!
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Hielscher Ultrasonics प्रयोगशालाओं, बेंच-टॉप और औद्योगिक पैमाने की प्रणालियों के लिए उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक कोशिका विघटकों और होमोजेनाइज़रों का लंबे अनुभव वाला निर्माता है। आपके अनुप्रयोग के लिए सही अल्ट्रासोनिक कोशिका विघटक चुनने में आपके जीवाणु कोशिका संवर्धन का आकार, आपका अनुसंधान या उत्पादन लक्ष्य और प्रति घंटे या दिन में संसाधित की जाने वाली कोशिकाओं का आयतन आवश्यक कारक हैं।
Hielscher Ultrasonics अनेक नमूनों (VialTweeter के साथ 10 वायल तक) और बड़ी संख्या में नमूनों (अर्थात UIP400MTP के साथ माइक्रोटाइटर प्लेटों / ELISA प्लेटों) के एक साथ सोनिकेशन के लिए विभिन्न समाधान प्रदान करता है। इसके साथ ही, 50 से 400 वाट तक के विभिन्न शक्ति स्तरों वाले पारंपरिक प्रोब-प्रकार के प्रयोगशाला अल्ट्रासोनिकेटर से लेकर बड़े पैमाने के उत्पादन में व्यावसायिक कोशिका विघटन और प्रोटीन निष्कर्षण के लिए प्रति इकाई 16,000वाट तक के पूर्णतः औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर भी उपलब्ध हैं। सभी Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर पूर्ण भार पर 24/7/365 संचालन के लिए बनाए गए हैं। मज़बूती और विश्वसनीयता हमारे अल्ट्रासोनिक उपकरणों की प्रमुख विशेषताएँ हैं।
सभी डिजिटल अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र स्मार्ट सॉफ़्टवेयर, रंगीन टच डिस्प्ले और स्वचालित डेटा रिकॉर्डिंग से सुसज्जित हैं, जो अल्ट्रासोनिक उपकरण को प्रयोगशाला और उत्पादन सुविधाओं में एक सुविधाजनक कार्य उपकरण बनाते हैं।
हमें बताएँ कि आपको अपने जैविक नमूनों में किस प्रकार की कोशिकाओं को, कितने आयतन में, कितनी बार और किस उद्देश्य से संसाधित करना है। हम आपकी प्रक्रिया की आवश्यकताओं के लिए सबसे उपयुक्त अल्ट्रासोनिक कोशिका विघटक की अनुशंसा करेंगे।
नीचे दी गई तालिका हमारी अल्ट्रासोनिक प्रणालियों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है, जिनमें छोटे हस्तचालित होमोजेनाइज़र और MultiSample Ultrasonicators से लेकर व्यावसायिक अनुप्रयोगों के लिए औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर तक शामिल हैं:
| बैच का आयतन | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 96-वेल / माइक्रोटाइटर प्लेटें | n.a. | UIP400MTP |
| 10 वायल, प्रत्येक 0.5 से 1.5mL | n.a. | UP200St पर VialTweeter |
| 0.01 से 250mL | 5 से 100mL/min | UP50H |
| 0.01 से 500mL | 10 से 200mL/min | UP100H |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 से 100L | 2 से 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 से 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | इससे अधिक | समूह: UIP16000 |
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जानने योग्य तथ्य
Escherichia Coli जीवाणु
Escherichia coli एक प्रकार का जीवाणु है, जो बीजाणु नहीं बनाता, ग्राम-ऋणात्मक होता है और जिसकी विशेषता सीधी छड़ जैसी आकृति है। E.coli जीवाणु पर्यावरण, खाद्य पदार्थों और मनुष्यों तथा पशुओं की आंतों में पाए जाते हैं। E. coli आमतौर पर पूरी सतह पर मौजूद कशाभिकाओं की सहायता से गतिशील होता है, लेकिन इसके अगतिशील प्रकार भी हैं। E.coli तथाकथित विकल्पी अवायवीय कीमोऑर्गेनोट्रॉफ़ जीव हैं, जिसका अर्थ है कि वे श्वसनीय और किण्वनीय, दोनों प्रकार के चयापचय में सक्षम हैं। अधिकांश E.coli प्रकार हानिरहित होते हैं और शरीर में उपयोगी कार्य करते हैं, जैसे हानिकारक जीवाणु प्रजातियों की वृद्धि को दबाना, विटामिनों का संश्लेषण करना आदि।
तथाकथित B प्रकार की Escherichia coli जीवाणु कोशिकाएँ E.coli उपभेदों की एक विशेष श्रेणी हैं, जिनका अनुसंधान में बैक्टीरियोफेज के प्रति संवेदनशीलता या प्रतिबंधन-संशोधन प्रणालियों जैसे तंत्रों की जाँच के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, जैवप्रौद्योगिकी और जीवन विज्ञान प्रयोगशालाओं में प्रोटीन अभिव्यक्ति के लिए E.coli जीवाणुओं को एक विश्वसनीय कार्यसाधक के रूप में महत्व दिया जाता है। उदाहरण के लिए, E.coli का उपयोग औद्योगिक पैमाने पर प्रोटीन और ओलिगोसैकराइड जैसे यौगिकों के संश्लेषण के लिए किया जाता है। प्रोटीएज़ की कमी, ग्लूकोज़ के उच्च स्तर पर एसीटेट का कम उत्पादन और बढ़ी हुई पारगम्यता जैसी विशिष्ट विशेषताओं के कारण, E. coli B कोशिकाएँ आनुवंशिक रूप से अभियांत्रित प्रोटीनों के उत्पादन के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली पोषी कोशिकाएँ हैं।
पुनःसंयोजक प्रोटीन
पुनःसंयोजक प्रोटीन (rProt) रासायनिक उत्पादन, औषधि, सौंदर्य प्रसाधन, मानव और पशु चिकित्सा, कृषि, खाद्य तथा अपशिष्ट उपचार उद्योगों सहित अनेक क्षेत्रों में महत्वपूर्ण स्थान प्राप्त कर रहे हैं।
पुनःसंयोजक प्रोटीन के उत्पादन के लिए एक अभिव्यक्ति प्रणाली का उपयोग आवश्यक है। पुनःसंयोजक DNA के उत्पादन हेतु अभिव्यक्ति करने वाली कोशिका प्रणालियों के रूप में प्रोकैरियोटिक और यूकैरियोटिक, दोनों प्रकार की कोशिकाओं का उपयोग किया जा सकता है। कम लागत, आसानी से पैमाना बढ़ाने की क्षमता और संवर्धन माध्यम की सरल परिस्थितियों जैसे कारकों के कारण प्रोटीन अभिव्यक्ति के लिए जीवाणु कोशिकाओं का सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जबकि स्तनधारी, यीस्ट, शैवाल, कीट और कोशिका-मुक्त प्रणालियाँ स्थापित विकल्प हैं। प्रोटीन का प्रकार, उसकी कार्यात्मक सक्रियता तथा अभिव्यक्त प्रोटीन की आवश्यक उपज, प्रोटीन अभिव्यक्ति के लिए उपयोग की जाने वाली कोशिका प्रणाली के चयन को प्रभावित करते हैं।
पुनःसंयोजक प्रोटीन को अभिव्यक्त करने के लिए, किसी विशेष कोशिका को पुनःसंयोजक DNA का टेम्पलेट रखने वाले DNA वेक्टर से ट्रांसफ़ेक्ट करना आवश्यक है। इसके बाद इस टेम्पलेट से ट्रांसफ़ेक्ट की गई कोशिकाओं का संवर्धन किया जाता है। कोशिकीय तंत्र के परिणामस्वरूप, कोशिकाएँ वांछित प्रोटीन का प्रतिलेखन और अनुवादन करती हैं, जिससे लक्षित प्रोटीन का उत्पादन होता है।
चूँकि अभिव्यक्त प्रोटीन कोशिकीय मैट्रिक्स में फँसे होते हैं, इसलिए प्रोटीनों को मुक्त करने के लिए कोशिका का लयन करना (उसे विघटित करना और तोड़ना) आवश्यक है। बाद के शुद्धीकरण चरण में प्रोटीन को अलग करके शुद्ध किया जाता है।
उपचार में उपयोग किया गया पहला पुनःसंयोजक प्रोटीन 1982 में पुनःसंयोजक मानव इंसुलिन था। आज चिकित्सा उपचारों के लिए विश्वभर में 170 से अधिक प्रकार के पुनःसंयोजक प्रोटीनों का उत्पादन किया जाता है। चिकित्सा में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले पुनःसंयोजक प्रोटीनों के उदाहरण हैं पुनःसंयोजक हार्मोन, इंटरफेरॉन, इंटरल्यूकिन, वृद्धि कारक, ट्यूमर नेक्रोसिस कारक, रक्त का थक्का जमाने वाले कारक, थ्रोम्बोलाइटिक दवाएँ और एंज़ाइम, जिनका उपयोग मधुमेह, बौनापन, मायोकार्डियल इन्फार्क्शन, कंजेस्टिव हृदय विफलता, मस्तिष्काघात, मल्टीपल स्क्लेरोसिस, न्यूट्रोपीनिया, थ्रोम्बोसाइटोपीनिया, एनीमिया, हेपेटाइटिस, रूमेटॉइड आर्थराइटिस, अस्थमा, क्रोहन रोग तथा कैंसर जैसी प्रमुख बीमारियों के उपचार में किया जाता है। (cf. Phuc V. Pham, in Omics Technologies and Bio-Engineering, 2018)
साहित्य / संदर्भ
- Cheraghi S.; Akbarzade A.; Farhangi A.; Chiani M.; Saffari Z.; Ghassemi S.; Rastegari H.; Mehrabi M.R. (2010): Improved Production of L-lysine by Over-expression of Meso-diaminopimelate Decarboxylase Enzyme of Corynebacterium glutamicum in Escherichia coli. Pak J Biol Sci. 2010 May 15; 13(10), 2010. 504-508.
- LeThanh, H.; Neubauer, P.; Hoffmann, F. (2005): The small heat-shock proteins IbpA and IbpB reduce the stress load of recombinant Escherichia coli and delay degradation of inclusion bodies. Microb Cell Fact 4, 6; 2005.
- Martínez-Gómez A.I.; Martínez-Rodríguez S.; Clemente-Jiménez J.M.; Pozo-Dengra J.; Rodríguez-Vico F.; Las Heras-Vázquez F.J. (2007): Recombinant polycistronic structure of hydantoinase process genes in Escherichia coli for the production of optically pure D-amino acids. Appl Environ Microbiol. 73(5); 2007. 1525-1531.
- Kotowska M.; Pawlik K.; Smulczyk-Krawczyszyn A.; Bartosz-Bechowski H.; Kuczek K. (2009): Type II Thioesterase ScoT, Associated with Streptomyces coelicolor A3(2) Modular Polyketide Synthase Cpk, Hydrolyzes Acyl Residues and Has a Preference for Propionate. Appl Environ Microbiol. 75(4); 2009. 887-896.
VialTweeter सोनिकेटर 10 नमूनों के एक साथ सोनिकेशन के लिए, उदाहरण के लिए BL21 कोशिकाओं के विघटन हेतु
