대장균과 같은 생체 공학박테리아 종뿐만 아니라 유전자 변형 포유류 및 식물 세포 유형은 생체 공학에서 분자를 발현하는 데 널리 사용됩니다. 이러한 합성 된 바이오 분자를 방출하기 위해서는 신뢰할 수있는 세포 파괴 기술이 필요합니다. 고성능 초음파는 효율적이고 신뢰할 수있는 세포 용해를위한 입증 된 방법입니다. – 쉽게 큰 처리입력으로 확장 할 수 있습니다. Hielscher 초음파는 고품질 바이오 분자의 대량을 생산하기 위해 효과적인 세포 용해를위한 고성능 초음파 장비를 제공합니다.

세포 공장에서 분자추출

광범위한 생체 분자의 생산을 위해, 다양한 엔지니어링 미생물 및 식물 세포는 미생물 세포 공장으로 사용될 수있다, 에스키치아 대장균, 바실러스 서브틸리스, 슈도모나스 푸티다, 연쇄상구, 코리네박테리움 글루타미쿰, 락토코커스 락티, 시아노박테리아, 사카로미세스 세레비시아에, 피치아 사도디스, 야로우리아 리폴리티카, 니코티아카르티아 벤티아, 니코티아티아 벤타리아, 다중 알가를 포함한다. 이러한 세포 공장은 산업 응용 을위한 식품 또는 원료로 사용되는 단백질, 지질, 생화학, 폴리머, 바이오 연료 및 oleochemicals를 생성 할 수 있습니다. 세포 공장으로 사용되는 세포는 고효율, 특이성 및 낮은 에너지 요구 사항을 달성 할 수있는 폐쇄 된 생물 반응기에서 배양됩니다.
생체 공학세포 배양으로부터 표적 분자를 분리하려면 세포 내 물질이 방출되도록 세포를 중단해야 합니다. 초음파 세포 파괴자는 세포 붕괴 및 화합물 방출을위한 매우 신뢰할 수 있고 효율적인 기술로 잘 확립되어 있습니다.

미생물 세포 공장은 다양한 귀중한 화합물의 합성에 사용되는 대사로 설계된 세포입니다. 초음파 세포 중단은 세포 내부에서 귀중한 화합물을 방출하는 효율적이고 신뢰할 수있는 방법입니다.
연구 및 그래픽: ©빌라베르데, 2010.

초음파 세포 파괴자의 장점

비열, 온화하면서도 고효율 기술인 초음파 파괴기는 세포를 lyse하고 세포 공장에서 분자의 분리에 사용되는 고품질 추출물을 생산하는 실험실 및 산업에서 사용됩니다.

미생물 세포 공장의 효율적인 중단을 위한 전력 초음파

초음파 세포 파괴자의 메커니즘 및 효과 :
초음파 세포 중단은 초음파의 힘을 사용했습니다. 초음파 균질화제 /세포 파괴기는 약 20 kHz의 고주파에서 진동하는 티타늄 합금으로 만든 프로브 (일명 sonotrode)가 장착되어 있습니다. 이것은 초음파 프로브가 초음파 액체에 초당 20,000 개의 진동을 결합한다는 것을 의미합니다. 액체에 결합된 초음파 파는 고압/저압 주기를 번갈아 하는 것이 특징입니다. 저압 주기 동안 액체가 팽창하고 미세한 진공 거품이 발생합니다. 이 아주 작은 기포는 더 이상 에너지를 흡수할 수 없을 때까지 몇몇 교대 압력 주기에 걸쳐 자랍니다. 이 시점에서, 캐비테이션 기포는 격렬하게 파열하고 로컬에 특별한 에너지 밀도 환경을 만듭니다. 이 현상은 음향 캐비테이션으로 알려져 있으며 국외에서 매우 높은 온도, 매우 높은 압력 및 전단 힘이 특징입니다. 이러한 전단 응력은 효율적으로 세포벽을 깨고 세포 내부와 주변 용매 사이의 질량 전달을 증가시다. 순수 기계 기술로, 초음파 생성 전단 힘은 널리 사용되며 세균 세포 붕괴뿐만 아니라 단백질 절연에 대한 권장 절차. 간단하고 빠른 세포 중단 방법으로 초음파 처리는 소형, 중형 및 대형 볼륨의 격리에 이상적입니다. Hielscher의 디지털 초음파 는 정밀한 초음파 제어를위한 설정의 명확한 메뉴를 갖추고 있습니다. 모든 초음파 처리 데이터는 기본 제공 SD 카드에 자동으로 저장되며 단순히 액세스할 수 있습니다. 초음파 분해 과정에서 외부 냉각, 맥동 모드 의 초음파 처리 등과 같은 정교한 열 방출 옵션은 이상적인 공정 온도를 유지 보수하고 추출 된 열 에 민감한 화합물의 손상성을 보장합니다.

연구는 초음파 세포 파괴 및 추출의 강점을 강조

Chemat 외 교수 (2017)는 연구에서 "초음파 보조 추출은 식품 및 천연 제품에 대한 기존의 기술에 대한 녹색및 경제적으로 실행 가능한 대안입니다. 주요 이점은 추출 및 처리 시간 감소, 사용되는 에너지 및 용매의 양, 단위 작업 및 CO입니다.₂ 배출량"
Gabig-Ciminska 외.(2014)는 DNA를 방출하기 위해 포자의 용액에 대한 연구에서 고압 균질화및 초음파 세포 dsintegrator를 사용했습니다. 두 세포 중단 방법을 비교, 연구 팀은 포자 DNA에 대한 세포 용액에 관한 결론, "분석은 고압 균질화에서 세포 용액을 사용하여 수행되었습니다. 그 후, 우리는 초음파 세포 중단이 목적을 위해 뛰어난 장점을 가지고 있음을 깨달았다. 그것은 오히려 빠르며 작은 샘플 볼륨에 대해 처리 할 수 있습니다." (가빅 시민스카 외, 2014)

식품 생산을 위한 세포 공장의 생체 분자

미생물 세포 공장은 박테리아, 효모, 곰팡이 등과 같은 미생물미생물의 대사 바이오 엔지니어링에 의한 토착 및 비토착 대사산물의 높은 수율을 생산하기 위해 미생물을 이용한 실행 가능하고 효율적인 생산 방법론이다. 대량 효소는 예를 들어 아스퍼길러스 오리자, 곰팡이 및 박테리아로 미생물 auch를 사용하여 생산됩니다. 그 대량 효소는 음식과 음료 생산뿐만 아니라 농업, 바이오 에너지 및 가정 관리에 사용됩니다.
아세토박터 자일리눔과 글루코나세토박터 자일리누스와 같은 특정 박테리아는 나노섬유가 상향식 공정에서 합성되는 발효 과정에서 셀룰로오스를 생산합니다. 세균세포로오스(미생물 셀룰로오스라고도 함)는 식물셀룰로오스와 화학적으로 동등하지만, 높은 수준의 결정성과 높은 순도(리그닌, 헤미셀룰로오스, 펙틴 및 기타 생원성분이 함유되지 않은) 셀룰로오스 나노섬유-직조 3차원(3D) 재추형 네트워크의 독특한 구조를 갖는다. (2020년 종) 식물 유래 셀룰로오스에 비해 세균 셀룰로오스는 더 지속 가능하며 셀룰로오스가 생산된 것은 복잡한 정화 단계를 필요로 하지 않는 순수하다. NaOH 또는 SDS(나트륨 도데킬 황산염)를 이용한 초음파 및 용매 추출은 세균 세포로부터 세균셀룰로오스의 분리에 매우 효과적입니다.

제약 및 백신 생산을 위한 세포 공장의 생체 분자

세포 공장에서 파생 된 가장 눈에 띄는 제약 제품 중 하나는 인간의 인슐린. 생체 공학인슐린 생산을 위해, 주로 대장균과 사카로미세스 세레비시아가 사용됩니다. 바이오 합성 나노 크기의 분자는 높은 생체 적합성을 제공하기 때문에 페리틴과 같은 생물학적 나노 입자는 수많은 바이오 제조 응용 분야에 유리합니다. 추가적으로, 신진 대사로 조작된 미생물의 생산은 종종 얻어진 수율에서 훨씬 더 효과적이다. 예를 들어, artemisinic 산의 생산, 레스베라트롤 및 리코펜은 수백 배로 10배 증가했으며 이미 설립되어 있거나 산업 규모의 생산으로 개발 중입니다. (참조. 리우 외; 마이크로브. 셀 팩트. 2017)
예를 들어, 페리틴 및 바이러스와 같은 입자와 같은 자가 조립 특성을 가진 단백질 기반 나노 크기의 생체 분자는 병원균의 크기와 구조를 모방하고 면역 세포와의 상호 작용을 촉진하기 위해 항원의 표면 결합에 적합하기 때문에 백신 개발에 특히 흥미롭습니다. 이러한 분자는 특정 표적 분자를 생성하는 소위 세포 공장(예를 들어, 대장균 균주)에서 발현된다.

초음파 용 해류 및 페리틴 방출을위한 대장균 BL21의 프로토콜

페리틴은 단백질로, 1차 기능은 철분 저장입니다. 페리틴은 백신 전달 차량(예: SARS-Cov-2 스파이크 단백질)으로 사용되는 백신에서 자체 조립 나노 입자로서 유망한 기능을 보여줍니다. 태양 등의 과학적 연구. al. (2016)는 재조합 페리틴이 낮은 NaCl 농도(≤50 mmol/L)에서 에슈리치아 대장균으로부터 용해성 형태로 방출될 수 있음을 보여준다. 대장균 BL21에서 페리틴을 발현하고 페틴을 방출하기 위해 다음 프로토콜이 성공적으로 적용되었다. 재조합 pET-28a/페리틴 플라스미드는 대장균 BL21(DE3) 균주로 변형되었다. 페리틴 E 대장균 BL21(DE3) 세포는 37°C에서 0.5% 카나마이신으로 LB 성장 매체에서 배양되었으며 0.4%의 이소프로필-β-D-D-티오갈라크토피라노사이드에서 37°C로 0.4%의 OD600에서 유도하였다. 최종 배양은 4°C에서 10분 동안 8000g의 원심분리에 의해 수확되었고 펠릿을 수집하였다. 이어서, 펠릿은 LB 매체(NaCl 1%, 타이포온 1%, 효모 추출물 0.5%) /용해 완충액(20mmol/L Tris, 50mmol/L NaCl, 1mmol/L EDTA, pH 7.6) 및 NaCl 용액(0, 50, 100, 100, 100, 100, 170/30)의 다른 농도로 재주하였다. 세균성 세포 용해의 경우, 초음파 처리는 펄스 모드로 적용되었습니다: 예를 들어, 초음파 검사기 UP400St 100% 진폭으로 5초 ON, 10초 OFF, 40사이클)을 한 다음 4°C에서 15분 동안 10 000g에서 원심분리됩니다. 상피및 침전은 나트륨 도데실 황산폴리아크릴아미드 겔 전기포에 의해 분석되었다(SDS-PAGE). 모든 나트륨 도데딜 황산염 염색 젤은 고해상도 스캐너로 스캔되었습니다. 젤 이미지는 매직 케미 1D 소프트웨어를 사용하여 분석되었다. 최적의 선명도를 위해 단백질 밴드는 매개 변수를 조정하여 검출되었습니다. 대역에 대한 데이터는 기술적 인 삼중에서 생성되었습니다. (2016년 일)

세포 공장의 산업 용해를위한 초음파 세포 파괴기

초음파 리시스 및 추출은 세포 공장에서 대사 산물을 방출하여 표적 분자의 효과적인 생산을 지원하는 신뢰할 수 있고 편안한 방법입니다. 초음파 세포 파괴기는 실험실에서 산업 크기로 사용할 수 있으며 공정은 완전히 선형으로 확장 될 수 있습니다.
Hielscher 초음파는 고성능 초음파 파괴기의 유능한 파트너이며 벤치 탑 및 산업 환경에서 초음파 시스템을 이식하는 분야에서 오랜 경험을 보유하고 있습니다.
정교한 하드웨어 및 소프트웨어에 관해서, Hielscher 초음파 세포 중단 시스템은 최적의 공정 제어, 쉬운 작동 및 사용자 친화성에 대한 모든 요구 사항을 충족합니다. Hielscher 초음파 의 고객과 사용자는 Hielscher 초음파 세포 파괴기 및 추출기가 정확한 공정 모니터링 및 제어를 허용하는 이점을 소중히 합니다. – 디지털 터치 디스플레이 및 브라우저 리모컨을 통해. 모든 중요한 초음파 처리 데이터(예: 순 에너지, 총 에너지, 진폭, 지속 시간, 온도, 압력)는 통합 SD 카드에 CSV 파일로 자동으로 저장됩니다. 이를 통해 재현 가능하고 반복가능한 결과를 얻을 수 있으며 공정 표준화뿐만 아니라 우수 제조 관행(cGMP)의 이행을 용이하게 합니다.
물론 Hielscher 초음파 프로세서는 전체 부하하에서 24/7 작동을 위해 제작되므로 산업 생산 환경에서 안정적으로 작동할 수 있습니다. 높은 견고성과 낮은 유지 보수로 인해 초음파 장비의 가동 중지 시간이 정말 낮습니다. CIP(클린인 플레이스)와 SIP(소독제)는 특히 모든 습식 부품이 부드러운 금속 표면(숨겨진 오리피스 또는 노즐 없음)이기 때문에 힘든 세척을 최소화합니다.

아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.