Ultrasonic Lysis vu Bioengineered Zellen an der Industrieproduktioun

Bioengineered Bakterienaarten wéi E. coli souwéi genetesch modifizéiert Mamendéieren a Planzenzelltypen gi wäit an der Biotechnologie benotzt fir Moleküle auszedrécken. Fir dës synthetiséiert Bio-Moleküle ze befreien, ass eng zouverlässeg Zell-Stéierungstechnik erfuerderlech. High-Performance Ultrasonication ass eng bewährte Method fir effizient an zouverlässeg Zelllysis – liicht skalierbar op grouss Débit. Hielscher Ultrasonics bitt Iech héich performant Ultraschallausrüstung fir effizient Zelllysis fir grouss Volumen vu héichqualitativen Biomolekülen ze produzéieren.

Extraktioun vu Molekülen aus Zellfabriken

Fir d'Produktioun vun enger breet Palette vu Biomolekülen, kënne verschidde manipuléiert Mikroben a Planzenzellen als mikrobiellen Zellfabriken benotzt ginn, dorënner Escherichia coli, Bacillus subtilis, Pseudomonas putida, Streptomyces, Corynebacterium glutamicum, Lactococcus lacti, Cyanobacteria, Saccharoriemyces, Yarrowia lipolytica, Nicotiana benthamiana an Algen, ënner vill anerer. Dës Zellfabriken kënnen Proteinen, Lipiden, Biochemikalien, Polymeren, Biokraftstoffer an Oleochemikalien produzéieren, déi als Liewensmëttel oder Rohmaterial fir industriell Uwendungen benotzt ginn. Zellen, déi als Zellfabriken benotzt ginn, ginn an zouenen Bioreaktoren kultivéiert, wou se héich Effizienz, Spezifizitéit an niddreg Energiefuerderunge kënne erreechen.
Fir d'Zilmoleküle aus de bioengineeréierten Zellkulturen ze isoléieren, mussen d'Zellen gestéiert ginn, sou datt dat intrazellulärt Material fräigelooss gëtt. Ultraschall Zell Stéierungen si gutt etabléiert als héich zouverlässeg an effizient Technik fir Zell Zerfall a Verbindung Verëffentlechung.

Informatiounen ufroen




Notéiert eis Privatsphär Politik.


Ultrasonic Zell Desintegratioun gëtt benotzt fir Verbindungen aus bakteriell Zell Fabriken ze isoléieren.

Ultrasonic Zell Desintegratoren wéi den UIP2000hdT gi benotzt fir Verbindungen aus mikrobiellen Zellfabriken ze isoléieren.

Mikrobiell Zellfabriken si metabolesch konstruéiert Zellen, déi fir d'Synthese vu verschiddene Verbindunge benotzt ginn, wéi bioaktive Substanzen, aktive pharmazeuteschen Zutaten (APIs), Biokraftstoffer, Polymeren a Proteinen. Ultrasonic Zell Desintegratoren sinn zouverlässeg, séier an effizient, wann et ëm d'Isolatioun vun deene wäertvolle Verbindungen aus dem Zellinterieur kënnt.

Mikrobiell Zellfabriken si metabolesch konstruéiert Zellen, déi fir d'Synthese vu verschiddene wäertvolle Verbindungen benotzt ginn. Ultrasonic Zell Stéierung ass eng effizient an zouverlässeg Method fir déi wäertvoll Verbindungen aus dem Zellinterieur ze befreien.
Studie a Grafik: ©Villaverde, 2010.

Virdeeler vun Ultrasonic Zell Disruptoren

Als net-thermesch, mëll, awer héich effizient Technologie ginn Ultraschallstéierer am Labo an der Industrie benotzt fir Zellen ze lyséieren an héichqualitativ Extrakten ze produzéieren, zB fir d'Isolatioun vu Moleküle aus Zellfabriken benotzt.

Firwat Ultraschaller fir Zellstéierung?

  • Héich effizient
  • Net-thermesch, ideal fir Temperaturempfindlech Substanzen
  • Zouverlässeg, widderholl Resultater
  • Genau Veraarbechtung Kontroll
  • Linear skalierbar fir méi grouss Duerchgäng
  • Verfügbar fir industriell Produktiounskapazitéiten

Power-Ultraschall fir effizient Stéierungen vu mikrobiellen Zellfabriken

Mechanismus an Effekter vun Ultrasonic Zell Disruptoren:
Ultraschallzellstéierung gëtt an der Bank-Top an der industrieller Skala benotzt fir metabolesch manipuléiert mikrobiell Zellen, sougenannte Zellfabriken, ze stéieren fir wäertvoll Verbindungen ze verëffentlechen.Ultraschallzellstéierung huet d'Kraaft vun Ultraschallwellen benotzt. Den Ultraschallhomogenisator / Zellstéierer ass mat enger Sonde (alias Sonotrode) aus Titanlegierung ausgestatt, déi mat enger héijer Frequenz vun ca. 20 kHz. Dëst bedeit datt d'Ultraschallsonde 20.000 Schwéngungen pro Sekonn an déi sonikéiert Flëssegkeet koppelt. D'Ultraschallwellen, déi an d'Flëssegkeet gekoppelt sinn, zeechent sech duerch alternéierend Héichdrock- / Nidderdrockzyklen. Wärend engem nidderegen Drockzyklus erweidert d'Flëssegkeet a Minutt Vakuumblasen entstinn. Dës ganz kleng Blasen wuessen iwwer e puer ofwiesselnd Drockzyklen bis se keng weider Energie absorbéieren. Zu dësem Zäitpunkt implodéieren d'Kavitatiounsblasen hefteg a kreéieren lokal en aussergewéinlecht energiedicht Ëmfeld. Dëst Phänomen ass bekannt als akustesch Kavitatioun a zeechent sech duerch lokal ganz héich Temperaturen, ganz héijen Drock a Schéierkraaft. Dës Schéierspannungen briechen effizient Zellmaueren a erhéijen d'Masstransfer tëscht dem Zellinterieur an dem Ëmgéigend Léisungsmëttel. Als reng mechanesch Technik, ultraschall generéiert Schéier Kräften sinn wäit benotzt an der recommandéiert Prozedur fir bakteriell Zell Stéierungen, wéi och fir Protein Isolatioun. Als einfach a séier Zell Stéierungsmethod ass d'Sonication ideal fir d'Isolatioun vu klengen, mëttel- a grousse Volumen. Hielscher's digital Ultraschaller si mat engem klore Menü vun Astellunge fir präzis Sonikatiounskontroll ausgestatt. All sonication Daten ginn automatesch op enger agebauter SD-Kaart gespäichert a sinn einfach zougänglech. Raffinéiert Optiounen vun der Wärmevergëftung wéi extern Ofkillung, Sonikatioun am Pulsmodus etc.

Fuerschung ënnersträicht d'Stäerkten vun Ultraschallzell Stéierungen an Extraktioun

Prof. Chemat et al. (2017) widderhëlt an hirer Etude datt "Ultraschall-assistéiert Extraktioun eng gréng a wirtschaftlech viabel Alternativ zu konventionellen Techniken fir Liewensmëttel an natierlech Produkter ass. D'Haaptvirdeeler sinn Ofsenkung vun der Extraktioun an der Veraarbechtungszäit, d'Quantitéit un Energie a Léisungsmëttel benotzt, Eenheet Operatiounen, a CO22 Emissiounen."
Gabig-Ciminska et al. (2014) benotzt en Héichdrockhomogenisator an en Ultraschallzell-Dsintegrator an hirer Studie fir d'Lyse vu Spore fir DNA ze befreien. Vergläicht béid Zell Stéierungsmethoden, schléisst d'Fuerschungsteam of, datt wat d'Zelllysis fir Spore DNA ugeet, "Analyse gemaach gouf andeems se Zelllysate vun der Héichdrockhomogeniséierung benotzt hunn. Duerno hu mir gemierkt datt eng Ultraschallzellstéierung aussergewéinlech Virdeeler fir dësen Zweck huet. Et ass zimlech séier a ka fir kleng Probevolumen veraarbecht ginn. (Gabig-Ciminska et al., 2014)

Den 4000 Watt mächtegen Ultraschallprozessor UIP4000hdT gëtt benotzt fir bioengineeréiert Zellen (dh Zellfabriken) ze stéieren fir Zilmolekülen ze verëffentlechen.

Industriell Ultraschall Zell disintegrator UIP4000hdT (4000W, 20 kHz) fir kontinuéierlech Inline Isolatioun a Reinigung vu synthetiséierte Verbindungen aus mikrobiellen Zellfabriken.

Informatiounen ufroen




Notéiert eis Privatsphär Politik.


Biomoleküle aus Zellfabriken fir Liewensmëttelproduktioun

Mikrobiell Zellfabriken sinn eng liewensfäeg an effizient Produktiounsmethodologie déi mikrobiell Organismen benotzt fir héich Ausbezuele vun gebiertege an net-gebiertege Metaboliten duerch metabolesch Bio-Engineering vu mikrobiellen Mikroorganismen wéi Bakterien, Hefen, Pilze etc. Bulk Enzyme ginn zum Beispill mat Mikroorganismen produzéiert wéi Aspergillus oryzae, Pilze a Bakterien. Dës Bulk-Enzyme gi fir Liewensmëttel- a Gedrénksproduktioun benotzt, souwéi an der Landwirtschaft, Bioenergie an Haushaltsversuergung.
Bestëmmte Bakterien wéi Acetobacter xylinum a Gluconacetobacter xylinus produzéieren Cellulose wärend der Fermentatiounsprozess, wou Nanofaser an engem Bottom-up Prozess synthetiséiert ginn. Bakteriell Cellulose (och bekannt als mikrobiell Cellulose) ass chemesch gläichwäerteg mat Planzenzellulose, awer et huet en héije Grad vu Kristallinitéit an héich Rengheet (fräi vu Lignin, Hemicellulose, Pektin, an aner biogene Komponenten) souwéi eng eenzegaarteg Struktur vu Cellulose Nanofaser- weave dräi-zweedimensional (3D) reticulated Reseau. (cf. Zhong, 2020) Am Verglach mat Planz-ofgeleete Cellulose ass bakteriell Cellulose méi nohalteg an déi produzéiert Zellulose ass pur, erfuerdert net komplex Reinigungsschrëtt. Ultrasonication a Léisungsmëttelextraktioun mat NaOH oder SDS (Natriumdodecylsulfat) si ganz effektiv fir d'Isolatioun vu bakteriellen Cellulose aus de Bakterienzellen.

Biomoleküle vun Zellfabriken fir Pharmazeutesch an Impfstoffproduktioun

Ee vun de prominentsten pharmazeuteschen Produkter aus Zellfabriken ofgeleet ass mënschlecht Insulin. Fir biomanipuléiert Insulinproduktioun ginn haaptsächlech E. coli a Saccharomyces cerevisiae benotzt. Zënter bio-synthetiséierte Nano-Gréisst Molekülle bidden eng héich Biokompatibilitéit, biologesch Nanopartikele wéi Ferritin si avantagéis fir vill Biofabrikatiounsapplikatiounen. Zousätzlech ass d'Produktioun a metabolesch manipuléierte Mikroben dacks wesentlech méi effizient an de kritt Ausbezuelen. Zum Beispill ass d'Produktioun vun Artemisinsäure, Resveratrol a Lycopen zéngfach op e puer honnertfach eropgaang, an ass scho etabléiert oder ass an der Entwécklung fir industriell Skala Produktioun. (cf. Liu et al.; Microb. Cell Fact. 2017)
Zum Beispill, Protein-baséiert Nano-Gréisst Biomoleküle mat selbstversammlungseigenschaften wéi Ferritin a virusähnleche Partikel si besonnesch interessant fir Impfungentwécklung well se souwuel d'Gréisst an d'Struktur vu Pathogenen mimikéieren an op Uewerflächekonjugatioun vun Antigenen erméiglechen Interaktioun mat Immunzellen. Esou Molekülle ginn a sougenannten Zellfabriken ausgedréckt (zB manipuléierte E. coli Stämme), déi e bestëmmten Zilmolekül produzéieren.

Protokoll fir Ultraschall Lysis a vun E. coli BL21 fir Ferritin Release

Ferritin ass e Protein, deem seng primär Funktioun d'Lagerung vun Eisen ass. Ferritin weist villverspriechend Fäegkeeten als selbstmontéierend Nanopartikel an Impfungen, wou et als Impfstoff Liwwerungsauto benotzt gëtt (zB SARS-Cov-2 Spike Proteinen). Déi wëssenschaftlech Fuerschung vu Sun et. al. (2016) weist datt rekombinant Ferritin als soluble Form aus Escherichia coli bei nidderegen NaCl Konzentratioune (≤50 mmol/L) fräigelooss ka ginn. Fir Ferritin am E. coli BL21 auszedrécken an de Ferrtin ze befreien, gouf de folgende Protokoll erfollegräich applizéiert. D'recombinant pET-28a /ferritin plasmid war an der E coli BL21 (DE3) Deformatioun transforméiert. D'ferritin E coli BL21 (DE3) Zellen sech zu LB Wuesstem Medien mat 0,5% kanamycin bei 37 ° C cultured an entschlof bei engem OD600 vun 0,6 mat 0,4% isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside fir 3 Stonnen bei 37 ° C. D'Finale Kultur gouf dann duerch Zentrifugatioun bei 8000g fir 10 Minutten bei 4 ° C gesammelt, an de Pellet gouf gesammelt. Duerno gouf de Pellet am LB Medium (1% NaCl, 1% Typone, 0,5% Hefextrakt)/Lyse-Puffer (20 mmol/L Tris, 50 mmol/L NaCl, 1 mmol/L EDTA, pH 7,6) resuspendéiert a verschidde Konzentratioune vun der NaCl Léisung (0, 50, 100, 170, respektiv 300 mmol/L). Fir bakteriell Zell lysis, sonication war am Pulsatiounsperiod Modus applizéiert: zB mat der Ultrasonicator UP400St bei 100% Amplitude mat engem Duty Cycle vun 5 Sekonnen ON, 10 Sekonnen OFF, fir 40 Zyklen) an dann centrifugéiert bei 10 000g fir 15 Minutten bei 4 ° C. Den Supernatant an de Nidderschlag goufen duerch Natriumdodecylsulfat Polyacrylamidgel Elektrophorese (SDS-PAGE) analyséiert. All Natrium dodecyl sulfate-gefiermt gels sech mat héich-Resolutioun Scanner gescannt. Gel Biller goufen mat Magic Chemi 1D Software analyséiert. Fir optimal Kloerheet goufen Proteinbänner festgestallt andeems Parameteren ugepasst goufen. D'Donnéeën fir d'Bands goufen aus techneschen Triplicaten generéiert. (cf. Sonn et al., 2016)

Informatiounen ufroen




Notéiert eis Privatsphär Politik.


Ultraschall Zell Stéierungen fir industriell Lysis vun Zell Fabriken

Ultrasonic Lysis an Extraktioun ass eng zouverlässeg a komfortabel Method fir Metaboliten aus Zellfabriken ze befreien an doduerch eng efficace Produktioun vun Zilmoleküle ze hëllefen. Ultraschallzellstéierer sinn verfügbar vu Labo bis industriell Gréisst a Prozesser kënne komplett linear skaléiert ginn.
Hielscher Ultrasonics ass Äre kompetente Partner fir High-Performance Ultrasonic Disruptoren an huet laangjäreg Erfahrung am Beräich vun der Implantatioun vun Ultraschallsystemer an Bench-Top an industriellen Astellungen.
Hielscher Ultraschaller kënnen op Fernseh kontrolléiert ginn iwwer Browser Kontroll. Sonication Parameteren kënnen iwwerwaacht a genee un de Prozess Ufuerderunge ugepasst ginn.Wann et ëm raffinéiert Hardware a Software kënnt, erfëllt Hielscher Ultrasonics Zellstéierungssystemer all Ufuerderunge fir eng optimal Prozesskontrolle, einfach Operatioun a Benotzerfrëndlechkeet. Clienten a Benotzer vun Hielscher Ultraschaller schätzen de Benefice datt Hielscher Ultraschallzellstéierer an Extraktoren déi präzis Prozess Iwwerwaachung a Kontroll erlaben – iwwer digital Touch Display a Browser Fernsteierung. All wichteg Sonikatiounsdaten (zB Nettenergie, Gesamtenergie, Amplitude, Dauer, Temperatur, Drock) ginn automatesch als CSV-Datei op enger integréierter SD-Kaart gespäichert. Dëst hëlleft reproduzéierbar a widderholl Resultater ze kréien an erliichtert Prozessstandardiséierung souwéi d'Erfëllung vu Good Manufacturing Practices (cGMP).
Natierlech sinn Hielscher Ultraschallprozessoren fir 24/7 Operatioun ënner voller Laascht gebaut a kënnen dofir zouverlässeg an industrielle Produktiounsastellungen operéiert ginn. Wéinst der héijer Robustheet an der gerénger Ënnerhalt ass d'Ausdauer vun der Ultraschallausrüstung wierklech niddereg. CIP (propper-an-Plaz) a SIP (sterilize-an-Plaz) Fonctiounen minimiséieren ustrengend Botzen, virun allem well all naass Deeler glat Metal Fläch sinn (keng verstoppt orifices oder nozzles).

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!

Frot méi Informatiounen

W.e.g. benotzt d'Form hei ënnen fir zousätzlech Informatiounen iwwer Ultrasonic Prozessoren, Uwendungen a Präis ze froen. Mir freeën eis Äre Prozess mat Iech ze diskutéieren an Iech en Ultrasonic System unzebidden, deen Är Ufuerderungen entsprécht!










Ultrasonic High-Shear Homogenisatoren ginn am Labo, Bench-Top, Pilot an Industrieveraarbechtung benotzt.

Hielscher Ultrasonics fabrizéiert performant Ultraschall-Homogeniséierer fir Uwendungen, Dispersioun, Emulgatioun an Extraktioun am Labo, Pilot an industrieller Skala ze vermëschen.



Literatur / Referenzen

Fakten Wësse wat weess

Sono-Bioreactors

Ultraschall gëtt engersäits benotzt fir Zellen ze stéieren fir intrazellulär Verbindungen ze verëffentlechen, awer mat mëller Amplituden an / oder als pulséierend Ultraschallburst applizéiert, d'Sonicatioun kann d'metabolesch Produktivitéit vu mikrobiellen, Planz- an Déierzellen an Bioreaktoren staark verbesseren an doduerch d'Biotechnologie Prozesser erhéijen. Ultrasonic Sonden kënnen einfach a Bioreaktoren (sougenannte Sono-Bioreaktoren) integréiert ginn, fir d'Effizienz vu Live-Biokatalysatoren ze verstäerken. Hielscher Ultraschaller erlaben präzis kontrolléiert Ultraschallbedéngungen, déi optimal op héich katalytesch Konversioun vu liewegen Zellen ofgestëmmt kënne ginn. Léiert méi iwwer Hielscher Ultraschallsonden fir Sonobioreaktoren an d'Effekter vun der ultraschall verstäerkter Biokatalyse!

Zellfabriken an d'Synthese vu Metaboliten

Verschidde Mikroorganismen kënnen ähnlech Metaboliten synthetiséieren, zum Beispill fir d'Produktioun vun Aminosäuren Corynebacterium, Brevibacterium an Escherichia coli goufen erfollegräich benotzt; Vitamine gi mat Propionibacterium a Pseudomonas synthetiséiert; organesch Säure ginn aus Aspergillus, Lactobacillus, Rhizopus ofgeleet; wärend Enzyme kënne vun Aspergillus a Bacillus gemaach ginn; Antibiotike kënne vu Streptomyces a Penicillium produzéiert ginn; wärend fir d'Produktioun vu Biosurfactanten allgemeng geformt Pseudomonas, Bacillus a Lactobacillus als Zellfabriken benotzt ginn.

E. Coli als Microbial Zell Fabriken

D'Bakterien E. coli a seng vill Stämme gi wäit benotzt Molekularebiologie an ass als ee vun den éischten effiziente Zellmodeller ginn, déi asmikrobial Zellfabriken benotzt gi fir d'Produktioun vu rekombinante Proteinen, Biokraftstoffe a verschidde aner Chemikalien. E. coli weist eng natierlech Fäegkeet fir verschidde Verbindungen ze produzéieren, déi duerch Bio-Engineering a genetesch Modifikatioune verbessert ginn. Zum Beispill, andeems heterolog Enzyme transferéiert ginn, ass d'Fäegkeet vum E.coli fir vill Produkter ze produzéieren geännert fir nei biosynthetesch Weeër z'entwéckelen.
(Antonio Valle, Jorge Bolívar: Chapter 8 – Escherichia coli, the workhorse cell factory for the production of chemicals. In: Editor(s): Vijai Singh, Microbial Cell Factories Engineering for Production of Biomolecules, Academic Press, 2021. 115-137.)

Streptomyces als Mikrobielle Zellfabriken

Streptomyces ass déi gréisste Grupp vun Actinomyceten; Streptomyces Arten si verbreet an aquateschen an terrestreschen Ökosystemer. Membere vun der Streptomyces Gattung si vu kommerziellen Interessi wéinst hirer Kapazitéit fir eng enorm Zuel vu Biomolekülen a bioaktive sekundäre Metaboliten ze produzéieren. Et produzéiert klinesch nëtzlech Antibiotike wéi Tetracyclinen, Aminoglycosiden, Makroliden, Chloramphenicol, a Rifamycine. Zousätzlech zu Antibiotike produzéiere Streptomyces och aner héich wäertvoll pharmazeutesch Produkter, dorënner Antikriibs, immunostimuléierend, immunosuppressiv, antioxidativ Agenten, Insektiziden, an antiparasitäre Medikamenter, déi breet medizinesch a landwirtschaftlech Uwendungen hunn.
Streptomyces Arten produzéieren eng Rei vun Enzymen déi medizinesch wichteg sinn, dorënner L-Asparaginase, Urikase, a Cholesteroloxidase. Vill Actinomycetes kënnen industriell wichteg Enzyme produzéieren wéi Cellulasen, Chitinasen, Chitosanasen, α-Amylase, Proteasen a Lipasen. Vill Actinomycetes kënne verschidde Pigmenter produzéieren déi potenziell gutt Alternativ vu syntheteschen Faarwen sinn. Streptomyces Arten hu grouss Kapazitéit fir aktiv Uewerflächebiomoleküle ze produzéieren, dorënner Bioemulgatoren a Biosurfactanten. Antidiabetesch Acarbose gouf vu Stämme vu Streptomyces iwwer mikrobieller Fermentatioun produzéiert. Spezies vu Streptomyces hunn d'Fäegkeet gewisen Cholesterinsynthese-Inhibitoren ze synthetiséieren, wéi Pravastatin. Viru kuerzem kënnen Streptomyces Arten als ëmweltfrëndlech "Nanofactorien" fir Nanopartikel Synthese benotzt ginn. E puer Streptomyces Arten si villverspriechend fir Vitamin B12 Produktioun.
(Noura El-Ahmady El-Naggar: Chapter 11 – Streptomyces-based cell factories for production of biomolecules and bioactive metabolites, In: Editor(s): Vijai Singh, Microbial Cell Factories Engineering for Production of Biomolecules, Academic Press, 2021. 183-234.)


Héich performant Ultraschall! D'Produktpalette vun Hielscher deckt de ganze Spektrum vum kompakten Labo Ultraschall iwwer Bench-Top-Eenheeten op voll-industriell Ultraschallsystemer.

Hielscher Ultrasonics fabrizéiert performant Ultraschall Homogeniséierer aus Labo ze industriell Gréisst.