工業生産におけるバイオエンジニアリング細胞の超音波リシス

バイオエンジニアリングされた細菌種は、大腸菌だけでなく、遺伝子組み換え哺乳類および植物細胞タイプが、分子を発現するためにバイオテクノロジーで広く使用されている。これらの合成された生体分子を放出するためには、信頼できる細胞破壊技術が必要である。高性能超音波処理は、効率的で信頼性の高い細胞の分析のための実証済みの方法です – 大きなスループットに容易に拡張可能。ヒールシャー超音波は、高品質の生体分子の大量を生成するために、有効性の細胞のライシスのための高性能超音波装置を提供しています。

細胞工場からの分子抽出

広範囲の生体分子の製造に関しては、様々な工学的微生物や植物細胞を微生物細胞工場として使用でき、 エシェリヒア・コリ、バチルス・スブリス、シュードモナス・プチダ、ストレプトミセス、コリネバクテリウム・グルタミカム、ラクトコッカス・ラクチ、シアノバクテリア、サッカロミセス・セレビシア、ピキア・パスティス、ヤワリア・リポリティカ、ニコティアナ・ベンタミナ、アルガエなど多く挙げられる。これらの細胞工場は、タンパク質、脂質、生化学物質、ポリマー、バイオ燃料、およびオレオ化学物質を製造することができ、これは工業用食品または原料として使用されます。細胞工場として使用される細胞は、高効率、特異性、低エネルギー要件を達成できる閉じたバイオリアクターで培養されます。
標的分子を生体工学細胞培養から分離するには、細胞内物質が放出されるように細胞を破壊する必要があります。超音波細胞破壊剤は、細胞崩壊および化合物放出のための信頼性が高く、効率的な技術として確立されています。

微生物細胞工場は、様々な貴重な化合物の合成に使用される代謝的に設計された細胞です。超音波細胞破壊は、セル内部から貴重な化合物を放出する効率的かつ信頼性の高い方法です。
研究とグラフィック:©ビジャヴェルデ、2010。

超音波セルディスラプターの利点

非熱、穏やかな、まだ非常に効率的な技術として、超音波破壊器は、細胞を溶かすために、および、例えば、細胞工場からの分子の分離に使用される高品質の抽出物を生成するために、実験室や産業で使用されます。

微生物細胞工場の効率的な破壊のためのパワー超音波

超音波細胞破壊装置のメカニズムと効果:
超音波細胞破壊は、超音波の力を使用しました。超音波ホモジナイザー/セルディスラプターは、約20 kHzの高周波で振動するチタン合金から作られたプローブ(ソノトロード)を装備しています。これは超音波プローブが超音波処理された液体に毎秒20,000の振動を組み込むという意味です。液体に結合された超音波は、高圧/低圧サイクルを交互に特徴付ける。低圧サイクル中、液体が膨張し、微小な真空気泡が発生します。これらの非常に小さな気泡は、それ以上のエネルギーを吸収できないまで、いくつかの交互の圧力サイクルにわたって成長します。この時点で、キャビテーション気泡は激しく爆発し、局所的に異常なエネルギー密度の高い環境を作り出す。この現象は、音響キャビテーションとして知られており、局所的に非常に高温、非常に高い圧力およびせん断力によって特徴付けられる。これらのせん断応力は、効率的に細胞壁を破壊し、細胞内部と周囲の溶媒との間の物質移動を増加させます。純粋に機械的な技術として、超音波生成せん断力が広く使用され、細菌細胞破壊、ならびにタンパク質の分離のための推奨手順である。簡単で急速な細胞破壊方法として、超音波処理は、小、中、大のボリュームの分離に最適です。ヒールシャーのデジタル超音波処理器は、正確な超音波処理制御のための設定の明確なメニューが装備されています。すべての超音波処理データは、自動的に内蔵のSDカードに保存され、単にアクセス可能です。超音波崩壊プロセス中に外部冷却、パルスモードでの超音波処理などの熱放散の洗練されたオプションは、理想的なプロセス温度の維持を確保し、それによって抽出された熱感受性化合物の無傷性を保証します。

研究は、超音波細胞破壊と抽出の強みを強調します。

Chemat et al. 教授(2017)は、研究で「超音波支援抽出は、食品および天然物の従来の技術に代わる緑色で経済的に実行可能な代替手段である。主なメリットは、抽出と処理時間の短縮、使用されるエネルギーと溶媒の量、単位操作、COです。₂ 排出量」
Gabig-Ciminskaら(2014)は、DNAを放出するために胞子のリシスに関する研究において高圧ホモジナイザーおよび超音波細胞崩壊剤を使用した。両方の細胞破壊法を比較すると、研究チームは、胞毛DNAの細胞ライシスに関して、「高圧均質化から細胞ライセートを採用することによって分析が行われた」と結論付けている。その後、超音波細胞破壊には、この目的のための顕著な利点があることに気づきました。それはかなり速く、小さいサンプルの容積のために処理することができる。(ガビッグ・チミンスカら、2014)

食品生産のための細胞工場の生体分子

微生物細胞工場は、細菌、酵母、真菌などの微生物微生物の代謝バイオエンジニアリングによって、微生物生物を用いて、天然および非天然の代謝産物の高い収量を生み出す、実行可能で効率的な生産方法論です。バルク酵素は、例えば、アスペルギルス・オリーザエ、真菌、および細菌として微生物を使用して製造される。これらのバルク酵素は、食品や飲料の生産だけでなく、農業、バイオエネルギーや家庭のケアに使用されます。
アセトバクターキシリヌスやグルコナセトバクターキシリヌスなどの特定の細菌は、発酵プロセス中にセルロースを産生し、ナノファイバーはボトムアッププロセスで合成されます。細菌セルロース(微生物セルロースとも呼ばれる)は、植物セルロースと化学的に同等であるが、高い結晶性と高純度(リグニン、ヘミセルロース、ペクチン、その他の生物原性成分を含まない)、セルロースナノファイバー織り三次元(3D)網状の独自の構造を有する。(zhong, 2020) 植物由来セルロースと比較すると、細菌セルロースはより持続可能であり、生成されるセルロースは純粋であり、複雑な精製ステップを必要としない。NaOHまたはSDS(ドデシル硫酸ナトリウム)を用いた超音波処理および溶媒抽出は、細菌細胞からの細菌セルロースの単離に非常に有効である。

医薬品およびワクチン生産のための細胞工場の生体分子

細胞工場由来の最も著名な医薬品の一つは、ヒトインスリンです。バイオエンジニアリングされたインスリン産生のために、主に大腸菌およびサッカロミセス・セレビシエが使用される。ナノサイズの生体合成分子は高い生体適合性を提供するため、フェリチンなどの生体ナノ粒子は、数多くのバイオマニュファクチャリング用途に有利です。さらに、代謝的に操作された微生物の生産は、多くの場合、得られた収量において有意に効能である。例えば、アルテミシン酸、レスベラトロールおよびリコピンの生産は数百倍に10倍に増加しており、すでに確立されているか、または工業規模生産に発展しています。(劉氏ら;マイクロブ。セルファクト。2017)
例えば、フェリチンやウイルス様の粒子などの自己集合性を持つタンパク質ベースのナノサイズの生体分子は、病原体の大きさと構造の両方を模倣し、抗原の表面結合を受け入れ、免疫細胞との相互作用を促進するため、ワクチン開発にとって特に興味深いものです。このような分子は、いわゆる細胞工場(例えば、操作された大腸菌株)で発現し、ある標的分子を産生する。

超音波リシスのためのプロトコルとフェリチン放出のための大腸菌BL21の

フェリチンはタンパク質であり、主な機能は鉄の貯蔵である。フェリチンは、ワクチンの自己集合性ナノ粒子として有望な能力を示し、ワクチン送達手段(例えばSARS-Cov-2スパイクタンパク質)として使用されています。サンの科学的研究al. (2016) は、組換えフェリチンが低NaCl濃度(≤50 mmol/L)で大腸菌から可溶性の形態として放出できることを示している。大腸菌BL21でフェリチンを発現し、フェリンを放出するために、以下のプロトコルが正常に適用されました。組換えpET-28a/フェリチンプラスミドを、大腸菌BL21(DE3)株に変換した。フェリチン大腸菌BL21(DE3)細胞を37°Cで0.5%カナマイシンでLB増殖培地で培養し、0.4%イソプロピル β-d-チオガラクトピラノシドを3時間0.6のOD600で37°Cで誘導した。 その後、8000gで4°Cで10分間遠心分離して培養し、ペレットを採取しました。次いで、ペレットをLB培地(1%NaCl、1%タイポーン、0.5%酵母エキス)/溶解緩衝液(20ミリモル/Lトリス、50ミリモル/L NaCl、1 mmol/L EDTA、pH7.6)および異なる濃度のNaCl溶液(0、50、100、170、および30m/30m)で再懸濁した。細菌細胞のリシスの場合、超音波処理はパルスモードで適用されました: 例えば、 超音波処理器 UP400St 100%振幅で5秒オン、10秒オフ、40サイクル)で10 000gで4°Cで15分間遠心した。 上清および沈殿物を、ドデシル硫酸ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS-PAGE)で分析した。すべてのドデシル硫酸ナトリウム染色ゲルを、高解像度スキャナーでスキャンした。ゲル画像はマジックケミ1Dソフトウェアを用いて解析した。最適な明瞭さのために、タンパク質バンドはパラメータを調整することによって検出された。バンドのデータは、技術的なトリクリケートから生成されました。(2016年月日)、2016年1月1日

細胞工場の工業的なリシスのための超音波細胞破壊器

超音波のリシスおよび抽出は、細胞工場から代謝産物を放出する信頼性と快適な方法であり、それによって標的分子の効果的な生産を支援する。超音波細胞破壊器は、産業規模にラボから利用可能であり、プロセスは完全に線形にスケーリングすることができます。
ヒールシャー超音波は、高性能超音波破壊器のためのあなたの有能なパートナーであり、ベンチトップと産業の設定で超音波システムを移植の分野で長年の経験を持っています。
それは洗練されたハードウェアとソフトウェアになると、ヒールシャー超音波細胞破壊システムは、最適なプロセス制御、簡単な操作とユーザーフレンドリ性のためのすべての要件を満たします。ヒールシャー超音波処理器の顧客とユーザーは、ヒールシャー超音波セルの破壊器や抽出器が正確なプロセスの監視と制御を可能にする利点を重視 – デジタルタッチディスプレイとブラウザのリモコンを介して。すべての重要な超音波処理データ(例えば、純エネルギー、総エネルギー、振幅、持続時間、温度、圧力)は、自動的に統合されたSDカード上のCSVファイルとして保存されます。これは、再現性と再現性のある結果を得るのに役立ち、プロセス標準化だけでなく、グッド製造プラクティス(cGMP)のフルフィルメントを容易にします。
もちろん、ヒールシャー超音波プロセッサは、全負荷の下で24時間365日動作のために構築され、したがって、確実に工業生産の設定で動作させることができます。高い堅牢性と低いメンテナンスのために、超音波機器のダウンタイムは本当に低いです。CIP(クリーンインプレース)とSIP(滅菌インプレース)機能は、特にすべてのウェットパーツが滑らかな金属表面(隠されたオリフィスやノズルなし)であるため、手間のかかる洗浄を最小限に抑えます。

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：