Biosynthetesch Produktioun vu Mëllech Oligosacchariden
D'Biosynthese vu mënschlechen Mëllech-Oligosacchariden (HMOs) iwwer Fermentatioun oder enzymatesche Reaktiounen ass e komplexen, konsuméierend an dacks niddereg-entgoende Prozess. Ultrasonication erhéicht de Massentransfer tëscht Substrat an Zellfabriken ans stimuléiert Zellwachstum a Stoffwiessel. Doduerch verstäerkt d'Sonikatioun d'Fermentatioun a biochemesch Prozesser, wat zu enger beschleunigter a méi effizient Produktioun vun HMO resultéiert.
Mënschlech Mëllech Oligosacchariden
Mënschemëllech Oligosacchariden (HMOs), och bekannt als mënschlech Mëllech Glykanen, sinn Zockermoleküle, déi gehéieren zu der Oligosachariden Grupp. Prominente Beispiller vun HMOs enthalen 2'-Fucosyllactose (2′-FL), Lakto-N-Neotetraose (LNnT), 3'-Galaktosyllaktose (3′-GL), an Difucosyllactose (DFL).
Während mënschlech Brustmëllech aus méi wéi verschidden 150 HMO Strukture besteet, ginn nëmmen 2′-Fucosyllactose (2′-FL) a Lakto-N-neotetraose (LNnT) aktuell op kommerziellem Niveau produzéiert an als Nahrungsergänzungsadditive an Puppelcheformel benotzt.
Mënschemëllech Oligosacchariden (HMOs) sinn bekannt fir hir Bedeitung bei der Baby Ernärung. Mënschemëllech Oligosacchariden sinn eng eenzegaarteg Aart vun Nährstoffer, déi als Prebiotik handelen, antiklebesche Antimikrobialen an Immunomodulatoren am Darm vum Puppelch an droen substantiell zur Gehirer Entwécklung bäi. HMOs ginn exklusiv an mënschlecher Brustmëllech fonnt; aner Mamendéierenmëllech (z. B. Ku, Geess, Schof, Kaméil asw.) hu keng dës spezifesch Form vun Oligosacchariden.
Mënschemëllech Oligosacchariden sinn déi drëtt meescht reegelméisseg staark Komponent an mënschlech Mëllech, déi entweder a opgeléist oder emulgéiert oder suspendéiert Form a Waasser präsent ka sinn. Laktose a Fettsäuren sinn déi meescht Iwwerflossstoffer, déi an mënschlech Mëllech fonnt ginn. D'HMOen sinn an enger Konzentratioun vun 0,35–0,88 Äerz (9,9–24,9 g) / L. präsent. Ongeféier 200 strukturell ënnerschiddlech mëllechmëllech Oligosachariden sinn bekannt. D'dominant Oligosaccharid an 80% vun alle Fraen ass 2′-fucosyllactose, déi a mënschlecher Broschtmëllech an enger Konzentratioun vu ongeféier 2,5 g / L präsent ass.
Zënter datt d'HMO net verdaut sinn, droen se net kaloresch zu der Ernärung bäi. Si sinn indigestible Kohlenhydraten, si funktionnéieren als Prebiotik a si selektiv fermentéiert duerch wënschenswäert Darm Mikroflora, besonnesch bifidobacteria.
- förderen d'Entwécklung vu Puppelcher
- sinn wichteg fir Gehir Entwécklung
- huet anti-inflammatoresch an
- anti-Klebende Effekter am Magen-Darmtrakt
- ënnerstëtzt den Immunsystem bei Erwuessene
De Ultraschlächer UIP2000hdT erhéicht de Massentransfer an aktivéiert Zellfabriken fir méi héich Erléisse vu biosynthesiséierte biologesche Moleküle wéi HMOs
Biosynthese vu mënschlechen Mëllech Oligosacchariden
Zellfabriken an enzymatesch / chemo-enzymatesche Systemer sinn aktuell Technologien déi fir d'Synthese vun HMOs benotzt ginn. Fir HMO Produktioun op industriellem Plang, d'Fermentatioun vu mikrobiellen Zellfabriken, biochemesch Synthese, a verschidde enzymatesch Reaktiounen si machbar Weeër vun der HMO Bioproduktioun. Aus wirtschaftleche Grënn ass d'Biosynthese iwwer mikrobial Zellfabriken aktuell déi eenzeg Technik déi op industrieller Produktiounsniveau vun HMOs benotzt gëtt.
Fermentatioun vun HMOs mat Hëllef vu mikrobiellen Zellfabriken
E.coli, Saccharomyces cerevisiae a Lactococcus lactis sinn allgemeng Zellfabriken déi fir d'Bioproduktioun vu biologesche Moleküle wéi HMOs benotzt ginn. Fermentatioun ass e biochemesche Prozess mat Hëllef vu Mikroorganismen fir e Substrat an zilorientéierter biologescher Molekülle ze konvertéieren. Mikrobiell Zellfabriken benotzen einfach Zucker als Substrat, déi se an HMOs konvertéieren. Zënter einfache Zucker (zB Laktose) sinn en heefegen, bëllegen Substrat, dat hält de Bio-Syntheseprozess effizient.
Wuessen a Biokonversiounsquote ginn haaptsächlech vum Massentransfer vun Nährstoffer (Substrat) op d'Mikroorganismen beaflosst. De Massentransferrate ass en Haaptfaktor deen d'Produktsynthese bei der Fermentatioun beaflosst. Ultrasonication ass bekannt fir Massentransfer ze förderen.
Wärend der Fermentatioun musse d'Konditioune am Bioreaktor stänneg kontrolléiert a geregelt ginn, sou datt d'Zellen esou séier wéi méiglech wuesse kënnen, fir dann déi geziilte Biomolekülen ze produzéieren (z. B. Oligosaccharide wéi HMOen; Insulin; rekombinant Proteine). Theoretesch fänkt d'Produktbildung un soubal d'Zellkultur ufänkt ze wuessen. Awer besonnesch a genetesch modifizéiert Zellen wéi manipuléiert Mikroorganismen gëtt et normalerweis spéider induzéiert andeems eng chemesch Substanz zum Substrat bäigefüügt gëtt, wat den Ausdrock vun der gezielter Biomolekül upreguléiert. Ultraschall Bioreaktoren (Sono-Bioreaktor) kënne präzis kontrolléiert ginn an déi spezifesch Stimulatioun vu Mikroben erlaben. Dëst ergëtt eng beschleunegt Biosynthese a méi héich Ausbezuelen.
Ultraschall Lysis an Extraktioun: Fermentatioun vu komplexe HMOe kéint limitéiert sinn duerch niddereg Fermentatiounstiteren a Produkter déi intrazellular bleiwen. Ultraschall Lysis an Extraktioun gëtt benotzt fir intrazellulär Material fräif ze purifizéieren an Down-Stream Prozesser ze verëffentlechen.
Ultrasonically gefördert Fermentatioun
De Wuestum vu Mikroben wéi Escherichia coli, manipuléiert E.coli, Saccharomyces cerevisiae a Lactococcus lactis ka beschleunegt ginn duerch Erhéijung vun der Massentransfergeschwindegkeet an der Zellmauerpermeabilitéit duerch kontrolléiert nidderegfrequent Ultraschallbehandlung. Als mëll, net thermesch Veraarbechtungstechnik applizéiert d'Ultraschall reng mechanesch Kräften an d'Fermentatiounsbouillon.
Akustesch Kavitatioun: Den Aarbechtsprinzip vun der Sonikatioun baséiert op akustescher Kavitatioun. D'Ultraschallsonde (Sonotrode) koppelt niddereg-Frequenz Ultraschallwellen an d'Mëttel. D'Ultraschallwellen reesen duerch d'Flëssegkeet, déi ofwiesselnd Héichdrock (Kompressioun) / Nidderdruck (Rarefaktioun) Zyklen kreéieren. Andeems Dir d'Flëssegkeet an ofwiesselnd Zyklen kompriméiert an ausdehnt, entstinn Minutt Vakuumblasen. Dës kleng Vakuumblasen wuessen iwwer e puer Zyklen bis se eng Gréisst erreechen wou se keng weider Energie absorbéieren. Op dësem Punkt vum maximale Wuesstum implodéiert d'Vakuumblase gewalteg a generéiert lokal extrem Konditiounen, bekannt als de Phänomen vun der Kavitatioun. Am kavitationalen "Hot-Spot" kënnen Héichdrock- an Temperaturdifferenzen an intensiv Schéierkraaft mat Flëssegkeetsstrahlen vu bis zu 280m/s beobachtet ginn. Duerch dës kavitational Effekter gëtt grëndlech Massentransfer a Sonoporatioun (d'Perforatioun vun Zellmaueren an Zellmembranen) erreecht. D'Nährstoffer vum Substrat ginn an déi lieweg ganz Zellen schwiewen, sou datt d'Zellfabriken optimal ernährt ginn an de Wuesstum souwéi d'Konversiounsraten beschleunegt ginn. Ultrasonic Bioreaktoren sinn eng einfach, awer héich efficace Strategie fir Biomass an engem One-Pot Biosyntheseprozess ze veraarbecht.
Eng präzis kontrolléiert, mild Sonikatioun ass bekannt fir d'Fermentatiounsprozesser ze verstäerken.
Sonication verbessert "d'Produktivitéit vu ville Bioprozesser, déi lieweg Zelle betreffen iwwer d'Vergréisserung vun der Substratopnahmung, eng verstäerkte Produktioun oder de Wuesstum andeems d'Zellporositéit erhéicht gëtt, a potenziell verstäerkte Verëffentlechung vun Zellkomponenten." (Naveena et al. 2015)
Liest méi iwwer Ultraschall assistéiert Fermentatioun!
- fräi nozeginn
- Beschleunegt Fermentatioun
- Zellspezifesch Stimulatioun
- Erweidert Substrat Upassung
- Geklomm Zell Porositéit
- einfach ze bedreiwen
- Safe
- Einfach Retro-Fitting
- Linearschrëft
- Batch oder InIine Veraarbechtung
- séier ROI
Naveena et al. (2015) fonnt datt d'Ultrasonic Intensivéierung verschidde Virdeeler bitt während der Bioveraarbechtung, och niddereg Operatiounskäschten am Verglach mat anere verstäerkte Behandlungsoptiounen, Einfachheet vun der Operatioun a bescheidener Kraaftfuerderungen.
De MultiSonoReactor MSR-4 ass en industriellen Inline Homogenisator gëeegent fir d'verbesserte Biosynthese vu Human Milk Oligosacchariden (HMO).
High-Performance Ultrasonic Fermentatiounsreaktoren
Fermentatiounsprozesser involvéiere lieweg Mikroorganismen wéi Bakterien oder Hef, déi als Zellfabriken fonktionnéieren. Wann d'Sonikatioun applizéiert gëtt fir de Massentransfer z'entwéckelen an de Wuesstum an d'Konversiounsrate vum Mikroorganismus z'erhéijen, ass et entscheedend d'Ultrasonic Intensitéit ze kontrolléieren genau fir d'Zerstéierung vun den Zellfabriken ze vermeiden.
Hielscher Ultrasonics ass Spezialist am Design, Fabrikatioun a Verdeelung vu performanten Ultrasonicatoren, déi präzis kontrolléiert an iwwerwaacht kënne ginn, fir eng uerdentlech Fermentatiounsausbezuelung ze garantéieren.
Prozess Kontroll ass net nëmme wesentlech fir héich Ausbezuelen an enger super Qualitéit, awer et erméiglecht d'Resultater ze widderhuelen an ze reproduzéieren. Besonnesch wann et zu der Stimulatioun vun Zellfabriken kënnt, ass d'Zellspezifesch Upassung vun de Sonikatiounsparameter essentiell fir héich Ausbezuelen z'erreechen an d'Zelldegradatioun ze vermeiden. Dofir sinn all digital Modeller vun Hielscher Ultrasonicatoren mat intelligenter Software ausgestatt, wat Iech erlaabt d'Sonikatiounsparameter unzepassen, ze iwwerwaachen an z'änneren. Ultrasonic Prozessparameter wéi Amplitude, Temperatur, Drock, Sonikatiounsdauer, Flicht Zyklen, an Energieinput si wesentlech fir HMO Produktioun iwwer Fermentatioun ze förderen.
Déi schlau Software vun Hielscher Ultrasonicators registréiert automatesch all wichteg Prozessparameter op der integréierter SD-Kaart. Déi automatesch Datenregistréierung vum Sonikatiounsprozess sinn d'Fëllementer fir Prozess Standardiséierung a Reproducibilitéit / Widderhuelbarkeet, déi fir Good Manufacturing Practices (GMP) erfuerderlech sinn.
Ultrasonic Rektoren fir Fermentatioun
Hielscher bitt Ultraschallsonde vu verschiddene Gréissten, Längt a Geometrien, déi kënne fir Batch wéi och kontinuéierlech Stroum duerch Behandlungen benotzt ginn. Ultraschallreaktoren, och bekannt als Sono-Bioreaktoren, si verfügbar fir all Volumen deen den Ultraschallbioveraarbechtung vu klenge Labo-Proben bis zum Pilot a voll-kommerziellen Produktiounsniveau deckt.
Et ass bekannt datt d'Location vun der Ultraschall Sonotrode am Reaktiounsfaarf d'Verdeelung vu Kavitatioun a Mikro-Streaming am Medium beaflosst. Sonotrode an Ultraschallreaktor sollten am Aklang mat dem Veraarbechtungsvolumen vun der Zell Bouillon gewielt ginn. Souwuel d'Sonikéierung kann am Batch wéi och am kontinuéierleche Modus ausgefouert ginn, fir héich Produktionsvolumen ass d'Benotzung vun enger Dauerflossinstallatioun recommandéiert. Passéiert duerch eng Ultrasonic Flowzell, kritt all Zellmedium exakt déiselwecht Belaaschtung fir d'Sonikatioun déi déi effektiv Behandlung garantéiert. Hielscher Ultrasonics breet Palette vun Ultraschallsonde a Flosszellreaktoren erlaabt et den ideale Ultraschall Bioprozessiouns-Setup ze montéieren.
Hielscher Ultrasonics – Vu Lab bis Pilot bis Produktioun
Hielscher Ultrasonics deckt de komplette Spektrum vun Ultrasonic Ausrüstung bitt kompakt handheld Ultrasonic Homogeniséierer fir Probepräparatioun op Bench-Top a Pilotsystemer wéi och mächteg industriell Ultraschall Eenheeten déi einfach truckloads pro Stonn veraarbecht hunn. Si versatile a flexibel an Installatiouns- an Montageméiglechkeeten, Hielscher Ultrasonicatoren kënne ganz einfach an all Zort vu Batchreaktoren, gefüttert Batches oder kontinuéierter Duerchféierungs Setups integréiert ginn.
Verschidde Accessoiren souwéi personaliséiert Deeler erlaben déi ideal Upassung vun Ärem Ultraschall-Setup un Äre Prozessbedéngungen.
Gebaut fir 24/7 Operatioun ënner voller Belaaschtung a schwéier Pflicht an erfuerderleche Konditiounen, Hielscher Ultraschallprozesser sinn zouverlässeg a brauche nëmme wéineg Ënnerhalt.
D'Tabellner ënnert Iech en Indikatioun vun der ongeféieren Veraarbechtkapazitéit vun eisem Ultraschall:
| Konte gefouert QShortcut | Duerchflossrate | recommandéiert Comments |
|---|---|---|
| 1 bis 500mL | 10 bis 200mL / min | UP100H |
| 10 bis 2000mL | 20 bis 400mL / min | UP200Ht, An UP400St |
| 0.1 bis 20L | 0.2 bis 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L / min | UIP4000hdT |
| na | 10 bis 100L / min | UIP16000 |
| na | méi grouss | Stärekoup vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Literatur / Referenzen
- Muschiol, Jan; Meyer, Anne S. (2019): A chemo-enzymatic approach for the synthesis of human milk oligosaccharide backbone structures. Zeitschrift für Naturforschung C, Volume 74: Issue 3-4, 2019. 85-89.
- Birgitte Zeuner, David Teze, Jan Muschiol, Anne S. Meyer (2019): Synthesis of Human Milk Oligosaccharides: Protein Engineering Strategies for Improved Enzymatic Transglycosylation. Molecules 24, 2019.
- Yun Hee Choi, Bum Seok Park, Joo‐Hyun Seo, Byung‐Gee Ki (2019): Biosynthesis of the human milk oligosaccharide 3‐fucosyllactose in metabolically engineered Escherichia coli via the salvage pathway through increasing GTP synthesis and β‐galactosidase modification. Biotechnology and Bioengineering Volume 116, Issue 12. December 2019.
- Balakrishnan Naveena, Patricia Armshaw, J. Tony Pembroke (2015): Ultrasonic intensification as a tool for enhanced microbial biofuel yields. Biotechnology of Biofuels 8:140, 2015.
- Shweta Pawar, Virendra K. Rathod (2020): Role of ultrasound in assisted fermentation technologies for process enhancements. Preparative Biochemistry & Biotechnology 50(6), 2020. 1-8.
Fakten Wësse wat weess
Biosynthese mat Zellfabriken
Eng mikrobiell Zellfabréck ass eng Method fir Bioingenieur, déi mikrobiell Zellen als Produktiounsanlag benotzt. Duerch genetesch manipuléiert Mikroben gëtt d'DNA vu Mikroorganismen wéi Bakterien, Hefen, Pilze, Mamendéierenzellen oder Algen modifizéiert a mécht Mikroben zu Zellfabriken. Zellfabriken gi benotzt fir Substrate a wäertvoll biologesch Molekülen ëmzewandelen, déi z.B. an Iessen, Pharma, Chemie a Brennstoffproduktioun benotzt ginn. Verschidde Strategien vun der Zellfabrik-baséiert Biosynthese zielen op d'Produktioun vun natierleche Metaboliten, Ausdrock vun heterologen biosynthetesche Weeër oder Protein Ausdrock.
Zellfabriken kënne benotzt ginn fir natierlech natierlech Metaboliten ze synthetiséieren, fir heterolog biosynthetesch Weeër auszedrécken oder fir Proteinen auszedrécken.
Biosynthese vun natierleche Metaboliten
Gebierteg Metabolite ginn als biologesch Moleküle definéiert, déi d'Zellen, déi als Zellfabréck benotzt ginn, natierlech produzéieren. Zellfabriker produzéieren dës biologesch Molekülen entweder intrazellular oder eng ausgescheet Substanz. Déi lescht gëtt bevorzugt well et d'Trennung an d'Reinigung vun de gezielte Verbindungen erliichtert. Beispiller fir nativen Metaboliten sinn Amino- an Nukleinsaieren, Antibiotike, Vitaminnen, Enzyme, bioaktiv Verbindungen a Proteine produzéiert aus anabolesche Weeër vun der Zell.
Heterologus biosynthetesch Weeër
Wann Dir probéiert eng interessant Verbindung ze produzéieren, ass eng vun de wichtegsten Entscheedungen d'Wiel vun der Produktioun am natierlechen Host, an optiméiert dësen Host, oder d'Transfert vum Wee an en anere bekannten Host. Wann den ursprénglechen Host un en industrielle Fermentatiounsprozess kann ugepasst ginn, an et gi keng gesondheetlech Risiken dobäi (z. B. Produktioun vu gëftege Nieweprodukter), kann dat eng bevorzugte Strategie sinn (wéi dat de Fall war zB fir Penicillin ). Wéi och ëmmer, a ville moderne Fäll ass de Potenzial fir eng industriell bevorzugte Zellfabréck a verwandte Plattformprozesser ze benotzen méi schwéier wéi d'Schwieregkeet vum Wee ze transferéieren.
Protein Ausdrock
Den Ausdrock vu Proteine kann iwwer homolog an heterolog Weeër erreecht ginn. Am homologen Ausdrock gëtt e Gen dat natierlech an engem Organismus präsent ass iwwer-ausgedréckt. Duerch dësen Iwwerausdrock kann e méi héije Rendement vun engem gewësse biologesche Molekül produzéiert ginn. Fir heterolog Ausdrock gëtt e spezifescht Gen an eng Hostzell transferéiert doduerch datt d'Gen net natierlech do ass. Mat Zellentechnik a rekombinéierter DNA Technologie gëtt de Gen an d'DNA vum Host agefouert, sou datt d'Hostzell (grouss) Mengen vun engem Protein produzéiert deen en net natierlech produzéiert. Protein Ausdrock gëtt a verschiddenen Häre vu Bakterie gemaach, zB E. coli a Bacillis subtilis, Hefen, zB Klyuveromyces lactis, Pichia pastoris, S. cerevisiae, filamentous Pilze, zB als A. niger, an Zellen ofgeleet vu multizelluläre Organismen wéi als Mamendéieren an Insekten. Innummerous Proteine si vu groussem kommerziellen Intérêt, abegraff vu bulk Enzymen, komplexe Bio-Medikamenter, Diagnostik a Fuerschungsreagenter. (vgl. AM Davy et al. 2017)