ადამიანის რძის ოლიგოსაქარიდების ბიოსინთეტიკური წარმოება

დუღილის ან ფერმენტული რეაქციების საშუალებით ადამიანის რძის ოლიგოსაქარიდების (HMOs) ბიოსინთეზი რთული, შრომატევადი და ხშირად დაბალპროდუქტიული პროცესია. ულტრაბგერითი მოქმედება ზრდის მასის გადაცემას სუბსტრატსა და უჯრედულ ქარხნებს შორის ან ასტიმულირებს უჯრედების ზრდას და მეტაბოლიზმს. ამრიგად, სონიკაცია აძლიერებს დუღილის და ბიოქიმიურ პროცესებს, რაც იწვევს HMO- ების დაჩქარებულ და ეფექტურ წარმოებას.

ადამიანის რძე ოლიგოსაქარიდებს

ადამიანის რძე ოლიგოსაქარიდები (HMOs), აგრეთვე ცნობილი როგორც ადამიანის რძის გლიკანები, არის შაქრის მოლეკულები, რომლებიც ოლიგოსაქარიდების ჯგუფის შემადგენლობაში შედიან. HMO- ების თვალსაჩინო მაგალითები მოიცავს 2'-ფუკოლილაქტოზას (2)′-FL), ლაქტო-N-ნეოტრეტროზი (LNnT), 3'-გალაქტოცილაქტოზა (3′-GL), და დიფუზოზილატოზა (DFL).
მიუხედავად იმისა, რომ ადამიანის სარძევე ჯირკვლები შედის 150-ზე მეტ HMO სტრუქტურაში, მხოლოდ 2′-ფუკოცილაქტოზა (2′-FL) და ლაქტო-N-ნეოტრეტროზი (LNnT) ამჟამად წარმოებულია კომერციულ დონეზე და გამოიყენება როგორც ჩვილ ბავშვთა ფორმულაში.
ადამიანის რძე ოლიგოსაქარიდები (HMOs) ცნობილია ბავშვთა კვებაში მათი მნიშვნელობისთვის. ადამიანის რძე ოლიგოსაქარიდები არის უნიკალური საკვები ნივთიერებები, რომლებიც მოქმედებენ როგორც ჩვილების ნაწლავის პრებიოტიკები, საწინააღმდეგო წებოვანი ანტიმიკრობები და იმუნომოდულატორები და არსებითად უწყობს ხელს ტვინის განვითარებას. HMOs ექსკლუზიურად გვხვდება ადამიანის დედის რძეში; ძუძუმწოვრების სხვა რძეს (მაგ. ძროხა, თხა, ცხვარი, აქლემი და ა.შ.) არ აქვთ ოლიგოსაქარიდების ეს სპეციფიკური ფორმა.
ადამიანის რძე ოლიგოსაქარიდები არის მესამე ყველაზე უხვი მყარი კომპონენტი ადამიანის რძეში, რომელიც შეიძლება წარმოდგენილი იყოს წყალში გახსნილ ან ემულსირებულ ან შეჩერებულ ფორმაში. ლაქტოზა და ცხიმოვანი მჟავები ყველაზე მდიდარი მყარია, რომელიც გვხვდება ადამიანის რძეში. HMO– ები წარმოდგენილია 0,35–0,88 უნცია კონცენტრაციაში (9,9–24,9 გ) / ლ. დაახლოებით 200 სტრუქტურულად განსხვავებული ადამიანის რძე ოლიგოსაქარიდულია. დომინანტი ოლიგოსაქარიდი ყველა ქალის 80% -ში არის 2′-ფუკოზილაქტოზა, რომელიც ადამიანის დედის რძეში გვხვდება დაახლოებით 2.5 გ / ლ კონცენტრაციაში.
ვინაიდან HMOs არ არის digested, ისინი კალორიულად არ უწყობს ხელს კვებას. როგორც მკვებავი ნახშირწყლები, ისინი ფუნქციონირებენ პრებიოტიკებად და შერჩევით ფერმენტდებიან ნაწლავის მიკროფლორასთან, განსაკუთრებით ბიფიდობაქტერიებით.

ადამიანის რძის ოლიგოზააქარიდების ბიოსინთეზი

უჯრედების ქარხნები და ფერმენტული / ქიმიო-ფერმენტული სისტემები არის თანამედროვე ტექნოლოგიები, რომლებიც გამოიყენება HMOs- ის სინთეზისთვის. ინდუსტრიული მასშტაბით HMO წარმოებისთვის, მიკრობული უჯრედების ქარხნების დუღილი, ბიოქიმიური სინთეზი და სხვადასხვა ფერმენტული რეაქციები HMO ბიოპროდუქციის შესაძლო გზებია. ეკონომიკური მიზეზების გამო, მიკრობული უჯრედების ქარხნების საშუალებით ბიოინთეზირება ამჟამად HMO- ს სამრეწველო წარმოების დონეზე გამოყენებული ერთადერთი ტექნიკაა.

HMO– ს ფერმენტაცია მიკრობული უჯრედების ქარხნების გამოყენებით

E.coli, Saccharomyces cerevisiae და Lactococcus lactis ხშირად იყენებენ უჯრედულ ქარხნებს, რომლებიც გამოიყენება ბიოლოგიურ მოლეკულების ბიოპროდუქციისთვის, როგორიცაა HMOs. ფერმენტაცია წარმოადგენს ბიოქიმიურ პროცესს მიკროორგანიზმების გამოყენებით, რომ სუბსტრატს დანიშნულ ბიოლოგიურ მოლეკულებად გარდაქმნას. მიკრობული უჯრედების ქარხნები იყენებენ მარტივ შაქარს, როგორც სუბსტრატს, რომელსაც ისინი გადააქვთ HMOs. ვინაიდან მარტივი შაქარი (მაგალითად, ლაქტოზა) არის უხვი, იაფი სუბსტრატი, ეს ინარჩუნებს ბიოინთეზის პროცესს ეფექტური.
ზრდისა და ბიოკონვერსიის სიჩქარეს ძირითადად გავლენას ახდენს ნუტრიენტები (სუბსტრატს) მიკროორგანიზმებზე მასობრივი გადაცემაში. მასის გადაცემის სიჩქარე არის მთავარი ფაქტორი, რომელიც გავლენას ახდენს პროდუქტის სინთეზზე დუღილის დროს. ულტრაბგერითი კარგად არის ცნობილი, რომ ხელს უწყობს მასობრივი გადაცემას.
დუღილის დროს, ბიორეაქტორში მუდმივად უნდა მოხდეს პირობების კონტროლი და რეგულირება, რათა უჯრედებმა რაც შეიძლება სწრაფად გაიზარდონ, რათა შემდგომში მიიღონ მიზნობრივი ბიომოლეკულები (მაგ. ოლიგოსაქარიდები, როგორიცაა HMO; ინსულინი; რეკომბინანტი ცილები). თეორიულად, პროდუქტის ფორმირება იწყება უჯრედების კულტურის ზრდის დაწყებისთანავე. ამასთან, განსაკუთრებით გენმოდიფიცირებულ უჯრედებში, მაგალითად, ინჟინერირებულ მიკროორგანიზმებში, ის ჩვეულებრივ ხდება მოგვიანებით სუბსტრატს ქიმიური ნივთიერების დამატებით, რაც მიზანმიმართული ბიომოლეკულის გამოხატვას არეგულირებს. ულტრაბგერითი ბიორეაქტორები (სონო-ბიორეაქტორი) შეიძლება ზუსტად კონტროლდებოდეს და მიკრობების სპეციფიკური სტიმულირების შესაძლებლობას იძლევა. ეს იწვევს დაჩქარებულ ბიოსინთეზს და მაღალ მოსავალს.
ულტრაბგერითი ლიზი და ექსტრაქცია: რთული HMO– ს დუღილი შეიძლება შეიზღუდოს დუღილის დაბალი ტიტრებითა და უჯრედში დარჩენილი პროდუქტებით. ულტრაბგერითი ლიზისი და ექსტრაქცია გამოიყენება უჯრედშიდა მასალის გასათავისუფლებლად გამწმენდისა და დინების პროცესების დაწყებამდე.

ულტრაბგერით დაწინაურებული ფერმენტაცია

მიკრობების ზრდის ტემპი, როგორიცაა Escherichia coli, ინჟინერირებული E.coli, Saccharomyces cerevisiae და Lactococcus lactis, შეიძლება დაჩქარდეს მასის გადაცემის სიჩქარისა და უჯრედის კედლის გამტარიანობის გაზრდით, კონტროლირებადი დაბალი სიხშირის ულტრასონიკაციის გამოყენებით. როგორც რბილი, არა თერმული დამუშავების ტექნიკა, ულტრასონიკაცია იყენებს მხოლოდ მექანიკურ ძალებს დუღილის ბულიონში.
აკუსტიკური კავიტაცია: სონიკაციის მუშაობის პრინციპი ეფუძნება აკუსტიკური კავიტაციას. ულტრაბგერითი ზონდი (სონოტროდი) აერთებს დაბალი სიხშირის ულტრაბგერითი ტალღებს საშუალოში. ულტრაბგერითი ტალღები მოძრაობს სითხეში, ქმნის მაღალი წნევის (შეკუმშვის) / დაბალი წნევის (იშვიათად) ციკლებს. ალტერნატიულ ციკლებში სითხის შეკუმშვით და გაჭიმვით წარმოიქმნება წუთოვანი ვაკუუმის ბუშტები. ეს პატარა ვაკუუმური ბუშტები იზრდებიან რამდენიმე ციკლის განმავლობაში, სანამ არ მიაღწევენ იმ ზომას, რომ აღარ შთანთქას ენერგია. მაქსიმალური ზრდის ამ ეტაპზე, ვაკუუმის ბუშტი ძალადობრივად იშლება და წარმოქმნის ადგილობრივ ექსტრემალურ პირობებს, რომელიც ცნობილია როგორც კავიტაციის ფენომენი. კავიტაციური „ცხელ წერტილში“ შეინიშნება მაღალი წნევის და ტემპერატურის დიფერენციაციები და ინტენსიური ათვლის ძალები თხევადი ჭავლებით 280 მ/წმ-მდე. ამ კავიტაციური ეფექტებით მიიღწევა მასის საფუძვლიანი გადაცემა და სონოპორაცია (უჯრედული კედლებისა და უჯრედის მემბრანების პერფორაცია). სუბსტრატის საკვები ნივთიერებები მიედინება ცოცხალ მთლიან უჯრედებში, ისე, რომ უჯრედის ქარხნები ოპტიმალურად იკვებება და დაჩქარდება ზრდა და გარდაქმნის სიჩქარე. ულტრაბგერითი ბიორეაქტორები არის მარტივი, მაგრამ ძალიან ეფექტური სტრატეგია ბიომასის დასამუშავებლად ერთ ქვაბში ბიოსინთეზის პროცესში.
ზუსტად კონტროლირებადი, ზომიერი სონიექცია კარგად არის ცნობილი, რომ გააძლიეროს დუღილის პროცესები.
Sonication აუმჯობესებს "მრავალი bioprocesses- ის პროდუქტიულობას, რომლებიც მოიცავს ცოცხალ უჯრედებს სუბსტრატის მოპოვების გაზრდის გზით, გაძლიერებული წარმოება ან ზრდა უჯრედების ფორიანობის გაზრდით და უჯრედული კომპონენტების პოტენციურად გაძლიერებული საშუალებით". (Naveena et al. 2015)
წაიკითხეთ მეტი ულტრაბგერითი დახმარებით დუღილის შესახებ!

Naveena et al. (2015) დაადგინეს, რომ ულტრაბგერითი ინტენსიფიკაცია გთავაზობთ რამდენიმე უპირატესობას ბიოპროდუქციის დროს, მათ შორის დაბალი ოპერაციული ხარჯები, მკურნალობის სხვა გაუმჯობესების ვარიანტებთან შედარებით, ოპერაციის სიმარტივესა და მოკრძალებული ენერგიის მოთხოვნებთან შედარებით.

მაღალი დონის ულტრაბგერითი ფერმენტაციის რეაქტორები

ფერმენტაციის პროცესებში შედის ცოცხალი მიკროორგანიზმები, როგორიცაა ბაქტერიები ან საფუარი, რომლებიც ფუნქციონირებენ უჯრედების ქარხნებად. მიუხედავად იმისა, რომ სონიკაცია გამოიყენება მასობრივი გადაცემის გასააქტიურებლად და მიკროორგანიზმის ზრდის და კონვერტაციის სიჩქარის გაზრდისთვის, აუცილებელია ულტრაბგერითი ინტენსივობის კონტროლი ზუსტად, რათა თავიდან იქნას აცილებული უჯრედის ქარხნები.
Hielscher Ultrasonics არის სპეციალისტი, მაღალი დონის ულტრაბგერითიექტორების დიზაინში, წარმოებაში და დისტრიბუციაში, რომელთა ზუსტი კონტროლირება და მონიტორინგი შესაძლებელია ფერმენტაციის უმაღლესი ხარისხის მოსავლიანობის უზრუნველსაყოფად.

პროცესის კონტროლი არა მხოლოდ არსებითი მნიშვნელობა აქვს მაღალი შემოსავლისთვის და უმაღლესი ხარისხისთვის, არამედ იძლევა შედეგების განმეორებასა და გამრავლებას. განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც კუნთი უჯრედების ქარხნების სტიმულაციას ეხება, სონიკაციის პარამეტრების უჯრედული სპეციფიკური ადაპტაცია აუცილებელია მაღალი მოსავლის მისაღწევად და უჯრედების გადაგვარების თავიდან ასაცილებლად. აქედან გამომდინარე, Hielscher- ის ულტრაბგერითი აპარატების ყველა ციფრული მოდელი აღჭურვილია ინტელექტუალური პროგრამული უზრუნველყოფით, რაც საშუალებას გაძლევთ დარეგულირდეთ, მონიტორინგი და სონიზაციის პარამეტრების გადასინჯვა. ულტრაბგერითი პროცესის პარამეტრები, როგორიცაა ამპლიტუდა, ტემპერატურა, წნევა, სონიექციის ხანგრძლივობა, მოვალეობის ციკლები და ენერგიის შეყვანა აუცილებელია ფერმენტაციის გზით HMO წარმოების განვითარების მიზნით.
Hielscher ultrasonicators– ის ჭკვიანი პროგრამა ავტომატურად აწერს ყველა მნიშვნელოვან პარამეტრის პარამეტრს ინტეგრირებულ SD- ბარათზე. სონიკაციის პროცესის ავტომატური მონაცემების ჩაწერა არის პროცესის სტანდარტიზაციის და რეპროდუქციულობის / განმეორებადობის საფუძველი, რაც საჭიროა კარგი წარმოების პრაქტიკისთვის (GMP).

ფერმენტაციის ულტრაბგერითი რექტორები

Hielscher გთავაზობთ ულტრაბგერით ზონდებს, სხვადასხვა ზომის, სიგრძისა და გეომეტრიის, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც სურათების, ასევე უწყვეტი დინების საშუალებით. ულტრაბგერითი რეაქტორები, აგრეთვე ცნობილი როგორც სონო-ბიორეაქტორები, ხელმისაწვდომია ნებისმიერი მოცულობისთვის, რომელიც მოიცავს ულტრაბგერითი ბიოპროცესირებას მცირე ლაბორატორიული ნიმუშებიდან საპილოტე და სრულად კომერციული წარმოების დონემდე.
ცნობილია, რომ ულტრაბგერითი სონოტროდის ადგილმდებარეობის რეაქტიულ გემში გავლენას ახდენს კავიტაციისა და მიკროტრეინინგის განაწილება საშუალო შიგნით. სონოროდი და ულტრაბგერითი რეაქტორი უნდა შეირჩეს უჯრედის ბულიონის დამუშავების მოცულობის შესაბამისად. ხოლო სონიზაციის ჩატარება შესაძლებელია როგორც ჯგუფურად, ასევე უწყვეტ რეჟიმში. მაღალი საწარმოო მოცულობისთვის რეკომენდებულია უწყვეტი ნაკადის ინსტალაცია. ულტრაბგერითი ნაკადის უჯრედში გავლისას, ყველა უჯრედული საშუალო პრეპარატი იღებს ზუსტად იმავე გამოვლინებას სონიკაციისთვის, რაც უზრუნველყოფს ყველაზე ეფექტურ მკურნალობას. Hielscher ულტრაბგერითი ულტრაბგერითი ზონდების და ნაკადის უჯრედების რეაქტორების ფართო სპექტრი საშუალებას გაძლევთ შეიკრიბოთ ულტრაბგერითი ბიოპროდუქციის იდეალური კონფიგურაცია.

Hielscher Ultrasonics – ლაბორატორიიდან პილოტამდე წარმოებამდე

Hielscher ულტრაბგერითი მოიცავს ულტრაბგერითი აღჭურვილობის მთელ სპექტრს, რომელიც გთავაზობთ კომპაქტურ ხელჩანთის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორებს, სკამპონის და საპილოტე სისტემებისთვის, აგრეთვე მძლავრი სამრეწველო ულტრაბგერითი ერთეულისთვის, რომლებიც საათში ადვილად ამუშავებენ სატვირთო დატვირთვას. როგორც მრავალმხრივი და მოქნილი ინსტალაციისა და სამონტაჟო ვარიანტებისთვის, Hielscher ულტრაბგერითი აპარატების ადვილად ინტეგრირება შესაძლებელია ყველა სახის სურათების რეაქტორებში, საკინძების ნაკრებებში ან უწყვეტი დინების საშუალებით.
სხვადასხვა აქსესუარები, აგრეთვე პერსონალურად მორგებული ნაწილები საშუალებას გაძლევთ ულტრაბგერითი კონფიგურაციის იდეალური ადაპტაცია თქვენს პროცესის მოთხოვნებთან.
24/7 ოპერაციისთვის აშენებული სრული დატვირთვის პირობებში და მძიმე პირობებში, Hielscher ულტრაბგერითი პროცესორები საიმედოა და მოითხოვს მხოლოდ დაბალ შენარჩუნებას.
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გაძლევთ ჩვენს ულტრასონისტების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს: