Liza cu ultrasunete a celulelor bioinginerate în producția industrială

Speciile de bacterii bioinginerate, cum ar fi E. coli, precum și tipurile de mamifere și celule vegetale modificate genetic sunt utilizate pe scară largă în biotehnologie pentru a exprima moleculele. Pentru a elibera aceste bio-molecule sintetizate, este necesară o tehnică fiabilă de întrerupere a celulelor. Ultrasonication de înaltă performanță este o metodă dovedită pentru liza celulară eficientă și fiabilă – ușor scalabil la debite mari. Hielscher Ultrasonics vă oferă echipamente cu ultrasunete de înaltă performanță pentru liza celulară eficace pentru a produce volume mari de bio-molecule de înaltă calitate.

Extracția moleculelor din fabricile de celule

Pentru producerea unei game largi de biomolecule, diferiți microbi și celule vegetale prelucrate pot fi utilizați ca fabrici de celule microbiene, inclusiv Escherichia coli, Bacillus subtilis, Pseudomonas putida, Streptomyces, Corynebacterium glutamicum, Lactococcus lacti, Cianobacteria, Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, Yarrowia lipolytica, Nicotiana benthamiana și alge, printre multe altele. Aceste fabrici de celule pot produce proteine, lipide, biochimice, polimeri, biocombustibili și oleochimicale, care sunt utilizate ca alimente sau materii prime pentru aplicații industriale. Celulele folosite ca fabrici de celule sunt cultivate în bioreactoare închise, unde pot obține o eficiență ridicată, specificitate și cerințe scăzute de energie.
Pentru a izola moleculele țintă din culturile de celule bioinginerate, celulele trebuie perturbate astfel încât materialul intracelular să fie eliberat. Perturbatorii de celule cu ultrasunete sunt bine stabilite ca tehnică extrem de fiabilă și eficientă pentru dezintegrarea celulelor și eliberarea compusă.

Cerere de informatie





Dezintegrarea celulelor cu ultrasunete este utilizată pentru a izola compușii din fabricile de celule bacteriene.

Dezintegratoare de celule cu ultrasunete, cum ar fi UIP2000hdT sunt folosite pentru a izola compușii din fabricile de celule microbiene.

Fabricile de celule microbiene sunt celule modificate metabolic utilizate pentru sinteza diferiților compuși, cum ar fi substanțele bioactive, ingredientele pharmceutiale active (API), biocombustibilii, polimerii și proteinele. Dezintegratoare de celule cu ultrasunete sunt fiabile, rapide și eficiente, atunci când vine vorba de izolarea acestor compuși valoroși din interiorul celulei.

Fabricile de celule microbiene sunt celule modificate metabolic utilizate pentru sinteza diferiților compuși valoroși. Întreruperea celulelor cu ultrasunete este o metodă eficientă și fiabilă pentru a elibera compușii valoroși din interiorul celulei.
studiu și grafic: ©Villaverde, 2010.

Avantajele perturbatorilor de celule cu ultrasunete

Ca o tehnologie non-termică, ușoară, dar extrem de eficientă, perturbatorii cu ultrasunete sunt utilizați în laborator și industrie pentru a liza celulele și pentru a produce extracte de înaltă calitate, de exemplu, utilizate pentru izolarea moleculelor din fabricile de celule.

De ce Ultrasonicators pentru întreruperea celulelor?

  • De înaltă eficiență
  • Non-termic, ideal pentru substanțe sensibile la temperatură
  • Rezultate fiabile, repetabile
  • Control precis al procesării
  • Scalabil liniar la debite mai mari
  • Disponibil pentru capacitățile de producție industrială

Putere-ultrasunete pentru întreruperea eficientă a fabricilor de celule microbiene

Mecanismul și efectele perturbatorilor de celule cu ultrasunete:
Perturbarea celulelor cu ultrasunete este utilizat în banc-top și scară industrială pentru a perturba celulele microbiene proiectate metabolic, așa-numitele fabrici de celule, pentru a elibera compuși valoroși.Întreruperea celulelor cu ultrasunete a folosit puterea undelor cu ultrasunete. Omogenizatorul cu ultrasunete / perturbator celular este echipat cu o sondă (aka sonotrode) fabricată din aliaj de titan care oscilează la o frecvență ridicată de aproximativ 20 kHz. Aceasta înseamnă că sonda cu ultrasunete cuplează 20.000 de vibrații pe secundă în lichidul sonicat. Undele cu ultrasunete cuplate în lichid se caracterizează prin alternarea ciclurilor de înaltă presiune / joasă presiune. În timpul unui ciclu de joasă presiune, lichidul se extinde și apar bule de vid minute. Aceste bule foarte mici cresc pe parcursul mai multor cicluri de presiune alternativ până când nu mai pot absorbi energie. În acest moment, bulele de cavitație fac implozie violentă și creează la nivel local un mediu extraordinar de dens din punct de vedere energetic. Acest fenomen este cunoscut sub numele de cavitație acustică și se caracterizează prin temperaturi locale foarte ridicate, presiuni foarte mari și forțe de forfecare. Aceste tensiuni de forfecare rupe eficient peretii celulelor și de a crește transferul de masă între interiorul celulei și solventul din jur. Ca tehnică pur mecanică, forțele de forfecare generate cu ultrasunete sunt utilizate pe scară largă și procedura recomandată pentru întreruperea celulelor bacteriene, precum și pentru izolarea proteinelor. Ca o metodă simplă și rapidă de întrerupere a celulelor, sonicare este ideal pentru izolarea volumelor mici, medii și mari. Ultrasonicators digitale Hielscher sunt echipate cu un meniu clar de setări pentru controlul sonicare precisă. Toate datele sonicare sunt stocate automat pe un card SD încorporat și sunt pur și simplu accesibile. Opțiuni sofisticate de disipare a căldurii, cum ar fi răcirea externă, sonicare în modul puls etc. în timpul procesului de dezintegrare cu ultrasunete asigură menținerea temperaturii ideale a procesului și, prin urmare, intactitatea compușilor extrași sensibili la căldură.

Cercetarea subliniază punctele forte ale întreruperii și extracției celulelor cu ultrasunete

Prof. Chemat et al. (2017) reia în studiul lor că "extracția asistată cu ultrasunete este o alternativă verde și viabilă din punct de vedere economic la tehnicile convenționale pentru alimente și produse naturale. Principalele beneficii sunt reducerea timpului de extracție și prelucrare, cantitatea de energie și solvenți utilizați, operațiunile unitare și CO2 emisiile."
Gabig-Ciminska et al. (2014) a folosit un omogenizator de înaltă presiune și un dsintegrator de celule cu ultrasunete în studiul lor pentru liza sporilor pentru a elibera ADN-ul. Comparând ambele metode de întrerupere a celulelor, echipa de cercetare concluzionează că, în ceea ce privește liza celulară pentru ADN-ul sporilor, "analiza a fost făcută prin utilizarea lizatelor celulare din omogenizarea de înaltă presiune. După aceea, ne-am dat seama că o întrerupere a celulelor cu ultrasunete are avantaje remarcabile în acest scop. Este destul de rapid și poate fi procesat pentru volume mici de probe." (Gabig-Ciminska et al., 2014)

4000 wați puternic procesor cu ultrasunete UIP4000hdT este utilizat pentru a perturba celulele bioinginerate (de exemplu, fabrici de celule) pentru a elibera molecule țintă.

Dezintegrator de celule cu ultrasunete industriale UIP4000hdT (4000W, 20kHz) pentru izolarea continuă în linie și purificarea compușilor sintetizați din fabricile de celule microbiene.

Cerere de informatie





Biomolecule de la fabricile de celule pentru producția de alimente

Fabricile de celule microbiene sunt o metodologie de producție viabilă și eficientă care utilizează organisme microbiene pentru a produce randamente ridicate de metaboliți nativi și non-nativi prin bio-ingineria metabolică a microorganismelor microbiene, cum ar fi bacteriile, drojdiile, ciupercile etc. Enzimele în vrac sunt, de exemplu, produse folosind microorganisme cum ar fi Aspergillus oryzae, ciuperci, și bacterii. Aceste enzime în vrac sunt utilizate pentru producția de alimente și băuturi, precum și în agricultură, bioenergie și îngrijirea gospodăriei.
Anumite bacterii, cum ar fi Acetobacter xylinum și Gluconacetobacter xylinus produc celuloză în timpul procesului de fermentare, unde nanofibrele sunt sintetizate într-un proces de jos în sus. Celuloza bacteriană (cunoscută și sub numele de celuloză microbiană) este echivalentă din punct de vedere chimic cu celuloza vegetală, dar are un grad ridicat de cristalinitate și puritate ridicată (fără lignină, hemiceluloză, pectină și alte componente biogene), precum și o structură unică a rețelei reticulate tridimensionale tridimensionale (3D) țesute cu nanofibră de celuloză. (cf. Zhong, 2020) În comparație cu celuloza derivată din plante, celuloza bacteriană este mai durabilă, iar celuloza produsă este pură, fără a necesita etape complexe de purificare. Ultrasonication și extracția solvenților folosind NaOH sau SDS (dodecil sulfat de sodiu) sunt foarte eficiente pentru izolarea celulozei bacteriene din celulele bacteriene.

Biomolecule de la fabricile de celule pentru producția farmaceutică și de vaccinuri

Unul dintre cele mai proeminente produse farmaceutice derivate din fabricile de celule este insulina umană. Pentru producția de insulină bioinginerată, se utilizează predominant E. coli și Saccharomyces cerevisiae. Deoarece moleculele de dimensiuni nano sintetizate bio oferă o biocompatibilitate ridicată, nanoparticulele biologice, cum ar fi feritina, sunt avantajoase pentru numeroase aplicații de biomanufacturare. În plus, producția de microbi proiectați metabolic este adesea semnificativ mai eficace în randamentele obținute. De exemplu, producția de acid artemisinic, resveratrol și licopen a crescut de zece ori la câteva sute de ori și este deja stabilită sau este în curs de dezvoltare pentru producția la scară industrială. (cf. Liu et al.; Microb. Celulă fapt. 2017)
De exemplu, biomoleculele nano-dimensionate pe bază de proteine cu proprietăți de auto-asamblare, cum ar fi feritina și particulele asemănătoare virusului, sunt deosebit de interesante pentru dezvoltarea vaccinului, deoarece imită atât dimensiunea, cât și structura agenților patogeni și sunt supuse conjugării la suprafață a antigenelor pentru a promova interacțiunea cu celulele imune. Astfel de molecule sunt exprimate în așa-numitele fabrici de celule (de exemplu, tulpini de E. coli prelucrate), care produc o anumită moleculă țintă.

Protocol pentru liza cu ultrasunete și de E. coli BL21 pentru eliberarea feritinei

Feritina este o proteină, care funcția principală este depozitarea fierului. Feritina prezintă capacități promițătoare ca nanoparticule de auto-asamblare în vaccinuri, unde este utilizată ca vehicul de livrare a vaccinului (de exemplu, proteine spike SARS-Cov-2). Cercetarea științifică a Sun et. al. (2016) arată că feritina recombinantă poate fi eliberată ca formă solubilă din Escherichia coli la concentrații scăzute de NaCl (≤50 mmol/L). Pentru a exprima feritina în E. coli BL21 și pentru a elibera fertina, a fost aplicat cu succes următorul protocol. Plasmida pET-28a/feritină recombinantă a fost transformată în tulpina E coli BL21 (DE3). Celulele feritina E coli BL21 (DE3) au fost cultivate în medii de creștere LB cu 0,5% kanamicină la 37 ° C și induse la un OD600 de 0,6 cu 0,4% izopropil-β-D-tiogalactopyranoside timp de 3 ore la 37 ° C. Cultura finală a fost apoi recoltată prin centrifugare la 8000g timp de 10 minute la 4 °C, iar peleții au fost colectați. Apoi, peletul a fost resuspendat în mediu LB (1% NaCl, 1% Typone, 0,5% extract de drojdie)/tampon de liză (20 mmol/L Tris, 50 mmol/L NaCl, 1 mmol/L EDTA, pH 7,6) și concentrații diferite de soluție de NaCl (0, 50, 100, 170 și, respectiv, 300 mmol/L). Pentru liza celulelor bacteriene, sonicare a fost aplicat în modul puls: de exemplu, folosind ultrasonicator UP400St la amplitudine 100% cu un ciclu de funcționare de 5 secunde ON, 10 secunde OFF, timp de 40 de cicluri) și apoi centrifugat la 10 000g timp de 15 minute la 4 °C. Supernatantul și precipitatul au fost analizate de electroforeza gelului de poliacrilamidă dodecil sulfat de sodiu (SDS-PAGE). Toate gelurile colorate cu dodecil sulfat de sodiu au fost scanate cu scaner de înaltă rezoluție. Imaginile cu gel au fost analizate folosind software-ul Magic Chemi 1D. Pentru o claritate optimă, benzile proteice au fost detectate prin ajustarea parametrilor. Datele pentru benzi au fost generate de triplicate tehnice. (cf. Sun et al., 2016)

Cerere de informatie





Perturbatori de celule cu ultrasunete pentru liza industrială a fabricilor de celule

Liza și extracția cu ultrasunete este o metodă fiabilă și confortabilă de a elibera metaboliți din fabricile de celule, asistând astfel la o producție eficace de molecule țintă. Perturbatori de celule cu ultrasunete sunt disponibile de la laborator la dimensiunea industrială și procesele pot fi scalate complet liniare.
Hielscher Ultrasonics este partenerul tău competent pentru perturbatori cu ultrasunete de înaltă performanță și are o experiență îndelungată în domeniul implantării sistemelor cu ultrasunete în setările banc-top și industriale.
Hielscher ultrasonicators pot fi controlate de la distanță prin intermediul controlului browser-ului. Parametrii sonicare pot fi monitorizați și ajustați cu precizie la cerințele procesului.Când vine vorba de hardware și software sofisticat, hielscher Ultrasonics sisteme de întrerupere a celulelor îndeplinește toate cerințele pentru controlul optim al procesului, operare ușoară și ușurința de utilizare. Clienții și utilizatorul hielscher ultrasonicators valoarea beneficiului că Hielscher perturbatori de celule cu ultrasunete și extractoare permit monitorizarea și controlul precis al procesului de – prin intermediul touch-display-ului digital și al telecomenzii browserului. Toate datele importante sonicare (de exemplu, energie netă, energie totală, amplitudine, durată, temperatură, presiune) sunt stocate automat ca fișier CSV pe un card SD integrat. Acest lucru ajută la obținerea de rezultate reproductibile și repetabile și facilitează standardizarea proceselor, precum și îndeplinirea bunelor practici de fabricație (cGMP).
Desigur, procesoarele cu ultrasunete Hielscher sunt construite pentru funcționarea 24/7 sub sarcină completă și, prin urmare, pot fi operate în mod fiabil în setările de producție industrială. Datorită robusteții ridicate și întreținerii reduse, timpul de nefuncționare al echipamentului cu ultrasunete este foarte scăzut. Caracteristicile CIP (clean-in-place) și SIP (sterilize-in-place) minimizează curățarea laborioasă, mai ales că toate părțile umede sunt suprafețe metalice netede (fără orificii sau duze ascunse).

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre:

volum lot Debit Aparate recomandate
1 la 500mL 10 până la 200 ml / min UP100H
10 la 2000ml 20 până la 400ml / min Uf200 ः t. UP400St
0.1 la 20L 0.2 4L / min UIP2000hdT
10 100L 2 până la 10L / min UIP4000hdT
N / A. 10 la 100L / min UIP16000
N / A. mai mare grup de UIP16000

Contacteaza-ne! / Intreaba-ne!

Cere mai multe informații

Vă rugăm să folosiți formularul de mai jos pentru a solicita informații suplimentare despre procesoare cu ultrasunete, aplicații și preț. Vom fi bucuroși să discutăm procesul cu tine și să vă oferim un sistem cu ultrasunete care îndeplinește cerințele dumneavoastră!









Vă rugăm să rețineți Politica de confidentialitate.


Omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă forfecare sunt utilizate în laborator, banc-top, pilot și prelucrare industrială.

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru amestecarea aplicațiilor, dispersie, emulsificare și extracție pe scară de laborator, pilot și industrial.



Literatură / Referințe

Ce trebuie să știți

Sono-Bioreactoare

Ultrasunetele sunt utilizate pe de o parte pentru a perturba celulele pentru a elibera compuși intracelulari, dar se aplică cu amplitudini mai ușoare și / sau ca explozii cu ultrasunete pulsante, sonicare poate spori foarte mult productivitatea metabolică a celulelor microbiene, vegetale și animale în bioreactoare, stimulând astfel procesele biotehnologice. Sondele cu ultrasunete pot fi pur și simplu integrate în bioreactoare (așa-numitele sono-bioreactoare) pentru a intensifica eficiența biocataliștilor vii. Hielscher ultrasonicators permite condiții cu ultrasunete controlate cu precizie, care pot fi reglate în mod optim fin la conversia catalitică ridicată a celulelor vii. Aflați mai multe despre sondele cu ultrasunete Hielscher pentru sonobioreactoare și efectele biocatalizei ultrasonically îmbunătățită!

Fabricile de celule și sinteza metaboliților

Diferite microorganisme pot sintetiza metaboliți similari, de exemplu, pentru producerea de aminoacizi Corynebacterium, Brevibacterium și Escherichia coli au fost utilizate cu succes; vitaminele hee au fost sintetizate folosind Propionibacterium și Pseudomonas; acizii organici sunt derivați din Aspergillus, Lactobacillus, Rhizopus; în timp ce enzimele pot fi făcute de Aspergillus și Bacillus; antibioticele pot fi produse de Streptomyces și Penicillium; în timp ce pentru producția de biosurfactants frecvent format Pseudomonas, Bacillus, și Lactobacillus sunt folosite ca fabrici de celule.

E. Coli ca fabrici de celule microbiene

Bacteriile E. coli și numeroasele sale tulpini sunt utilizate pe scară largă ans biologie moleculară a devenit ca unul dintre primele modele celulare eficiente utilizate fabrici de celule asmicrobial pentru producția de proteine recombinante, biocombustibili, și diverse alte substanțe chimice. E. coli are o capacitate naturală de a produce mai mulți compuși, care a fost îmbunătățită prin bio-inginerie și modificări genetice. De exemplu, prin transferul enzimelor heterologe, capacitatea E.coli de a produce numeroase produse a fost modificată pentru a dezvolta noi căi biosintetice.
(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 ca fabrici de celule microbiene

Streptomyces este cel mai mare grup de actinomycetes; Speciile streptomyces sunt larg răspândite în ecosistemele acvatice și terestre. Membrii genului Streptomyces sunt de interes comercial datorită capacității lor de a produce un număr imens de biomolecule și metaboliți secundari bioactivi. Produce antibiotice utile clinic, cum ar fi tetracicline, aminoglicozide, macrolide, cloramfenicol și rifamicine. În plus față de antibiotice, Streptomyces produce, de asemenea, alte produse farmaceutice extrem de valoroase, inclusiv împotriva cancerului, imunostimulatoare, imunosupresoare, agenți antioxidativi, insecticide și medicamente antiparazitare, care au aplicații medicale și agricole largi.
Streptomyces specii produc o serie de enzime care este important din punct de vedere medical, inclusiv L-asparaginaza, uricase, și colesterol oxidaza. Multe actinomicete pot produce enzime importante din punct de vedere industrial ca celuloze, chitinaze, chitosanaze, α-amilază, proteaze și lipaze. Multe actinomicete pot produce pigmenți diferiți, care sunt potențial o alternativă bună de culori sintetice. Speciile de streptomyces au o mare capacitate de a produce biomolecule active de suprafață, inclusiv bioemulgatori și biosurfactanti. Acarboza antidiabetică a fost produsă de tulpini de Streptomyces prin fermentație microbiană. Specii de Streptomyces au demonstrat capacitatea de a sintetiza inhibitori de sinteza colesterolului, cum ar fi pravastatina. Recent, speciile Streptomyces pot fi folosite ca "nanofactorii" ecologice pentru sinteza nanoparticulelor. Unele specii de Streptomyces sunt o promițătoare pentru producția de vitamina B12.
(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.)


Ultrasunete de înaltă performanță! Gama de produse Hielscher acoperă întregul spectru de la ultrasonicator de laborator compact peste unități de banc-top la sisteme cu ultrasunete complet industriale.

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la laborator la dimensiunea industrială.