ヒト乳オリゴ糖の生合成生産

発酵反応や酵素反応によるヒト乳オリゴ糖(Hmmo)の生合成は、複雑で消費的で、しばしば低収量のプロセスです。超音波処理は、細胞の成長と代謝を刺激する基質と細胞工場との間の物質移動を増加させます。これにより、超音波処理は、発酵およびバイオ化学プロセスを強化し、DMOの生産を加速し、より効率的に行う。

ヒトミルクオリゴ糖

ヒト乳糖類(GMO)は、ヒトミルクグリカンとも呼ばれ、オリゴ糖群の一部である糖分子です。Hmmoの顕著な例には、2'フコシルラクトース(2)′-FL、ラクト-N-ネオテトラオース(LNnT)、3'ガラクトシルラクトース(3)′-GL)、ジフコシルラクトース(DFL)とを含む。
ヒトの母乳は150以上のHMO構造で構成されていますが、現在は市販レベルで生産され、乳児用製剤の栄養添加物として使用されているのは、2つのフコシルラクトース(2′-FL)とラクトN-ネオテトラオース(LNnT)だけです。
ヒト乳オリゴ糖(Hmos)は、赤ちゃんの栄養の重要性で知られています。ヒト乳オリゴ糖は、乳児の腸内でプレバイオティクス、抗接着剤抗菌剤、免疫調節剤として作用し、脳の発達に大きく貢献するユニークなタイプの栄養素です。Hmmoは、ヒトの母乳に排他的に含まれています。他の哺乳牛乳(例えば牛、ヤギ、羊、ラクダなど)は、これらの特定の形態のオリゴ糖を有していない。
ヒト乳オリゴ糖は、ヒトの牛乳中で3番目に豊富な固体成分であり、水中で溶解または乳化または懸濁液状のいずれかに存在することができる。乳糖と脂肪酸は、ヒトの牛乳に含まれる最も豊富な固体です。GMOは0.35~0.88オンス(9.9~24.9 g)の濃度で存在する/ L. 約200種類の構造的に異なるヒトミルクオリゴ糖が知られている。全女性の80%の支配的なオリゴ糖は2′-フコシルラクトースは、約2.5g/Lの濃度でヒト母乳中に存在する。
Hmoは消化されないので、栄養に熱的に寄与しません。難消化性の炭水化物であるため、それらはプレバイオティクスとして機能し、望ましい腸内微生物叢、特にビフィズス菌によって選択的に発酵される。

ヒト乳オリゴ糖の生合成

細胞工場と酵素/化学酵素系は、現在の技術で、Hmmoの合成に用いられています。HMO製造の産業規模では、微生物細胞工場の発酵、バイオ化学合成、異なる酵素反応がHMOバイオ生産の実現可能な方法です。経済的な理由から、微生物細胞工場を介したバイオ合成は、現在、SMOの工業生産レベルで使用される唯一の技術です。

微生物細胞工場を用いたHmoの発酵

大腸菌、サッカロミセス・セレビシエ、ラクトコッカス・ラクチスは、一般的に、SMOなどの生体分子の生物生産に使用される細胞工場です。発酵は、微生物を用いた生化学的プロセスで、基質を標的とした生体分子に変換します。微生物細胞工場は単純な糖を基質として使用し、それらはHmosに変換します。単純糖(例えばラクトース)は豊富で安価な基質であるため、バイオ合成プロセスをコスト効率の高いものにします。
成長および生物変換速度は、主に微生物への栄養素(基質)の物質移動に影響されます。質量移動速度は発酵中の生成物合成に影響を与える主な要因です。超音波は、大量移送を促進するためによく知られています。
発酵中、バイオリアクターの状態を常に監視し、細胞ができるだけ早く増殖できるように調整する必要があります(例えば、GMO、インスリン、組換えタンパク質などのオリゴ糖)。理論的には、細胞培養が成長し始めるとすぐに生成物の形成が始まります。しかし、特に遺伝子組み換え型の微生物などの遺伝子組み換え細胞では、通常は後に基質に化学物質を添加することによって誘導され、標的となる生体分子の発現をアップリデンサーする。超音波バイオリアクター(ソノバイオリアクター)を正確に制御し、微生物の特定の刺激を可能にすることができる。これは加速生合成とより高い収率をもたらします.
超音波リシスと抽出:複雑なHmoの発酵は、低発酵力価および細胞内に残る製品によって制限される可能性があります。超音波のリシスおよび抽出は、精製およびダウンストリームプロセスの前に細胞内物質を放出するために使用されます。

超音波促進発酵

エシェリヒア・コリ、工学大腸菌、サッカロミセス・セレビシエ、ラクトコッカス・ラクチスなどの微生物の増殖速度は、制御された低周波超音波処理を適用することにより、物質移動速度および細胞壁透過性を高めることによって加速することができる。穏やかな、非熱処理技術として、超音波は発酵液に純粋に機械的な力を適用する。
音響キャビテーション:超音波処理の動作原理は、音響キャビテーションに基づいています。超音波プローブ(ソノトロード)は、低周波超音波を媒体に結合します。超音波は液体を通過し、交互の高圧(圧縮)/低圧(希薄化)サイクルを作り出します。液体を交互に圧縮および延伸することにより、微小な真空気泡が生じる。これらの小さな真空気泡は、それ以上のエネルギーを吸収できないサイズに達するまで、数サイクルにわたって成長します。最大成長のこの時点で、真空気泡は激しく爆発し、キャビテーションの現象として知られる局所的に極端な条件を生成する。キャビテーション「ホットスポット」では、最大280m/秒の液体ジェットによる高圧および温度差および強いせん断力が観察できます。これらのキャビテーション効果により、徹底的な物質移動および超音波処理(細胞壁および細胞膜の穿孔)が達成される。基質の栄養素は生きた細胞全体に浮遊し、細胞工場が最適に栄養を与えられ、成長と変換率が加速されます。超音波バイオリアクターは、ワンポット生合成プロセスでバイオマスを処理するためのシンプルでありながら非常に効果的な戦略です。
正確に制御された、穏やかな超音波処理は、発酵プロセスを強化するためによく知られています。
超音波処理は、「基質取り込みの強化、細胞空隙率の増加による生産または増殖の強化、細胞成分の放出の可能性を通じて、生細胞を含む多くのバイオプロセスの生産性」を向上させる。(2015年ナヴィーナら)
超音波支援発酵の詳細をお読みください!

Naveena et al. (2015) 超音波の激化は、他の強化処置オプションと比較して低い操作コスト、操作の簡易性と控えめな電力要件を含む、バイオプロセス中にいくつかの利点を提供することを発見しました。

高性能超音波発酵反応器

発酵プロセスには、細菌や酵母などの生物が細胞工場として機能します。超音波処理は、大量移送を促進し、微生物の成長と変換速度を増加させるために適用される一方で、細胞工場の破壊を避けるために正確に超音波強度を制御することが重要です。
ヒールシャー超音波は、設計、製造、優れた発酵収量を確保するために正確に制御し、監視することができる高性能超音波器、を、配布の専門家です。

プロセス制御は、高収率と優れた品質に不可欠であるだけでなく、結果を繰り返し再現することができます。特に細胞工場の刺激に関しては、高収率を達成し細胞劣化を防ぐためには、超音波処理パラメータの細胞特異的な適応が不可欠である。したがって、ヒールシャー超音波処理器のすべてのデジタルモデルは、あなたが調整、監視、および超音波処理パラメータを変更することを可能にするインテリジェントなソフトウェアが装備されています。振幅、温度、圧力、超音波処理期間、デューティサイクル、エネルギー入力などの超音波プロセスパラメータは、発酵を介してHMO生産を促進するために不可欠です。
ヒールシャー超音波処理器のスマートソフトウェアは、自動的に統合SDカード上のすべての重要なプロセスパラメータを記録します。超音波処理プロセスの自動データ記録は、プロセス標準化と再現性/再現性のための基礎であり、グッド・マニュファクチャリング・プラクティス(GMP)に必要です。

発酵のための超音波レクター

ヒールシャーは、バッチだけでなく、連続的なフロースルー処理に使用することができる様々なサイズ、長さおよび幾何学の超音波プローブを提供しています。超音波反応器は、ソノバイオリアクターとも呼ばれ、小さなラボサンプルからパイロットおよび完全商業生産レベルまでの超音波バイオプロセシングをカバーする任意のボリュームに利用できます。
反応容器内の超音波ソトロードの位置が、媒体内のキャビテーションおよびマイクロストリーミングの分布に影響を及ぼすことはよく知られている。ソトロードおよび超音波反応器は、細胞のスープの処理量に応じて選択されるべきである。超音波処理は、バッチだけでなく、連続モードで行うことができますが、高い生産量のために連続フローインストールの使用をお勧めします。超音波フローセルを通過し、すべての細胞媒体は、最も効果的な治療を保証する超音波処理にまったく同じ露出を取得します。ヒールシャー超音波超音波プローブとフローセル反応器の広い範囲は、理想的な超音波バイオプロセシングセットアップを組み立てることができます。

ヒールシャー超音波 – ラボからパイロット、プロダクションへ

ヒールシャー超音波は、ベンチトップとパイロットシステムへのサンプル調製のためのコンパクトな手持ち型の超音波ホモジナイザーを提供する超音波装置の完全なスペクトルだけでなく、時間あたりのトラックロードを簡単に処理する強力な産業用超音波ユニットをカバーしています。インストールおよび取付けオプションの多目的で柔軟な、ヒールシャー超音波装置は、バッチリアクタ、供給バッチまたは連続フロースルーセットアップのすべての種類に簡単に統合することができます。
様々なアクセサリーだけでなく、カスタマイズされた部品は、あなたのプロセスの要件にあなたの超音波セットアップの理想的な適応を可能にします。
厳しい条件のフルロードとヘビーデューティーの下で24/7操作のために構築され、ヒールシャー超音波プロセッサは信頼性が高く、低メンテナンスのみを必要とします。
下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます：