ヒールシャー超音波技術

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。

ヒトミルクオリゴ糖(Hmo)の健康上の利点

  • 乳幼児の発達を促進する
  • 脳の発達にとって重要
  • 抗炎症剤を有し、
  • 胃腸管における抗粘着作用
  • 成人の免疫系をサポートする
Ultrasonication and the use of ultrasonic bioreactors (sono-bioreactors) are highly effective to promote mass transfer between substrate and living cells used as cell factories

超音波プロセッサUIP2000hdT 大量移送を増加させ、細胞工場を活性化し、SMOなどの生合成された生体分子の高収量を実現

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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:超音波処理の働き原理は、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(ソトロード)は、低周波超音波d波を媒体に組み合わせた。超音波波は、高圧(圧縮)/低圧(希薄化)サイクルを交互に作成する液体を通過します。交互サイクルで液体を圧縮および伸ばすことによって、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大きさになるまで、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ている局所的に極端な条件を生成します。キャビテーションの「ホットスポット」では、最大280m/秒の液体ジェットを用いた高圧・温度差動と激しいせん断力が観察されます。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ソノポレーション(細胞壁および細胞膜の穿穿)が達成される。基質の栄養素は、細胞工場が最適に栄養を与え、成長と変換速度が加速されるように、生きている細胞全体に浮かびます。超音波バイオリアクターは、1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!
超音波強化発酵の利点

  • 収量の増加
  • 加速発酵
  • 細胞特異的刺激
  • 強化された基質の取り込み
  • 細胞の多孔性の増加
  • 操作が簡単
  • 安全
  • シンプルなレトロフィッティング
  • リニアスケールアップ
  • バッチ処理またはイニイン処理
  • 高速RoI

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。

Agitated ultrasonic tank (sono-bioreactor) for batch processing

8kW超音波器と攪拌機を備えたタンク

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。
ヒールシャー超音波による超音波プロセスパラメータの正確な制御' インテリジェントソフトウェアプロセス制御は、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。

ヒールシャー超音波Cascatrode

カスカトロードTm 超音波流動セル反応器で

発酵のための超音波レクター

ヒールシャー超音波Cascatrode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:

バッチ容量 流量 推奨デバイス
500mLの1〜 200mL /分で10 UP100H
2000mlの10〜 20 400mLの/分 Uf200ःトンUP400St
00.1 20Lへ 04L /分の0.2 UIP2000hdT
100Lへ10 10L /分で2 UIP4000hdT
N.A。 10 100L /分 UIP16000
N.A。 大きな のクラスタ UIP16000

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ヒールシャー超音波は、分散、乳化および細胞抽出のための高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。

から高出力超音波ホモジナイザー ラボパイロット そして 産業 規模。

文献 / 参考文献



知る価値のある事実

細胞工場を用いた生合成

微生物細胞工場は、微生物細胞を生産施設として利用するバイオエンジニアリングの方法です。微生物を遺伝子工学的に作製することにより、細菌、酵母、真菌、哺乳動物細胞、藻類などの微生物のDNAが改変して微生物を細胞工場に変える。細胞工場は、食品、製薬、化学、燃料生産などで使用される貴重な生体分子に基質を変換するために使用されます。細胞工場ベースの生合成の異なる戦略は、天然代謝産物の産生、異種生合成経路の発現、またはタンパク質発現を目指す。
細胞工場は、天然代謝産物を合成したり、異種の生合成経路を発現したり、タンパク質を発現させたりするために使用できます。

天然代謝産物の生合成

天然代謝物は、細胞工場として使用される細胞が自然に産生する生体分子と定義される。細胞工場はこれらの生体分子を細胞内または分泌物質で作り出します。後者は、標的化合物の分離および精製を容易にするので好ましい。天然代謝産物の例としては、アミノ酸および核酸、抗生物質、ビタミン、酵素、生理活性化合物、および細胞の同化経路から産生されるタンパク質が挙げられる。

ヘテロログス生合成経路

興味深い化合物を生成しようとする際に最も重要な決定の 1 つは、ネイティブ ホストでの生産の選択、およびこのホストを最適化、または別の有名なホストへの経路の転送です。元の宿主を工業発酵プロセスに適合させることができ、その際に健康関連のリスクがない場合(例えば、有毒副産物の生産)、これは好ましい戦略であり得る(ペニシリンの場合など)。しかし、多くの現代のケースでは、工業的に好ましい細胞工場および関連するプラットフォームプロセスを使用する可能性は、経路を移動することの難しさを重視しています。

タンパク質発現

タンパク質の発現は、相同および異種の方法で達成することができる。相同発現では、生物に自然に存在する遺伝子が過剰発現する。この過剰発現により、ある生体分子のより高い収率を作り出すことができる。異種発現の場合、特定の遺伝子は、遺伝子が自然に存在しないという形で宿主細胞に移される。細胞工学と組換えDNA技術を使用して、遺伝子を宿主のDNAに挿入し、宿主細胞が自然に産生されないタンパク質を大量に産生する。タンパク質発現は、細菌、例えば大腸菌およびバチルス・サスティリス、酵母、例えば、クリウセロミセス・ラクティス、ピキア・パスティス、S.セレビシアエ、糸状菌、例えばA.ニジェール、および哺乳類および昆虫などの多細胞生物由来の細胞から様々な宿主に行われる。無数のタンパク質は、バルク酵素、複雑なバイオ医薬品、診断および研究試薬を含む大きな商業的関心を持っています。(cf. A.M. デイビーら 2017)