Hielscher Ultrazvukové technológie

Biosynthetic Production of Human Milk Oligosaccharides

Biosyntéza oligosacharidov ľudského mlieka (HMO) fermentáciou alebo enzymatickými reakciami je komplexný, náročný a často nízkovýsporný proces. Ultrazvukom zvyšuje prenos hmoty medzi substrátom a bunkových tovární ans stimuluje rast buniek a metabolizmus. Tým ultrazvukom zintenzívňuje fermentačné a biochemické procesy, čo vedie k zrýchlenej a účinnejšej výrobe HMO.

Oligosacharidy ľudského mlieka

Oligosacharidy ľudského mlieka (HMO), tiež známe ako ľudské mliečne glycans, sú molekuly cukru, ktoré sú súčasťou skupiny oligosacharidov. Medzi významné príklady hmos patria 2"-fukozyllactose (2′-FL), lakto-N-neotetraózy (LNnT), 3'-galaktózovej etylfotoktózy (3′-GL) a difukozyllactose (DFL).
Zatiaľ čo ľudské materské mlieko sakomponuje viac ako rôzne štruktúry HMO 150, iba 2'-fukosyllactose (2'-FL) a lakto-N-neotetraózy (LNnT) sú v súčasnosti vyrábané na komerčnej úrovni a používané ako výživové doplnkové látky v dojčenskej výžive.
Oligosacharidy ľudského mlieka (HMOs) sú známe svojím významom pre detskú výživu. Oligosacharidy ľudského mlieka sú jedinečným typom živín, ktoré pôsobia ako prebiotiká, antilepiace antimikrobiálne látky a imunomodulátory v čreve dieťaťa a významne prispievajú k vývoju mozgu. HmOs sa nachádzajú výlučne v ľudskom materskom mlieku; iné mlieko cicavcov (napr. krava, koza, ovce, ťava atď.) nemajú tieto špecifické formy oligosacharidov.
Oligosacharidy ľudského mlieka sú treťou najhojnejšou pevnou zložkou v ľudskom mlieku, ktorá môže byť prítomná buď v rozpustenej alebo emulgovanej alebo suspendovanej forme vo vode. Laktóza a mastné kyseliny sú najhojnejšie pevné látky nájdené v ľudskom mlieku. HmOs sú prítomné v koncentrácii 0, 35-0, 88 uncí (9, 9- 24, 9 g)/ l. Približne 200 štrukturálne odlišných ľudských mliečnych oligosacharidov je známych. Dominantný oligosacharid u 80 % všetkých žien je 2′-fukozyllaktoóza, ktorá je prítomná v ľudskom materskom mlieku v koncentrácii približne 2, 5 g/ l.
Vzhľadom k tomu, HMO nie sú trávené, nemajú calorically prispievať k výžive. Ako nestráviteľné sacharidy fungujú ako prebiotiká a sú selektívne fermentované žiaducou črevnou mikroflórou, najmä bifidobaktériami.

Zdravie Výhody ľudského mlieka Oligosacharidy (HMOs)

  • podporovať rozvoj dojčiat
  • sú dôležité pre vývoj mozgu
  • má protizápalové a
  • antilepivé účinky v gastrointestinálnom trakte
  • podporuje imunitný systém u dospelých
Ultrasonication and the use of ultrasonic bioreactors (sono-bioreactors) are highly effective to promote mass transfer between substrate and living cells used as cell factories

Na Ultrazvukový procesor UIP2000hdT zvyšuje prenos hmoty a aktivuje bunkové továrne pre vyššie výnosy biosyntesizovaných biologických molekúl, ako sú HMO

Žiadosť o informácie





Biosyntéza oligosacharidov ľudského mlieka

Bunkové továrne a enzymatické / chemo-enzymatické systémy sú súčasné technológie používané na syntézu HMO. Pre výrobu HMO v priemyselnom meradle je fermentácia mikrobiálnych bunkových tovární, biochemickej syntézy a rôznych enzymatických reakcií uskutočniteľnými spôsobmi biovýroby HMO. Z ekonomických dôvodov je biosutefúrná syntéza prostredníctvom mikrobiálnych bunkových tovární v súčasnosti jedinou technikou používanou na úrovni priemyselnej výroby HMO.

Kvasenie HMOs pomocou mikrobiálnych bunkových tovární

E.coli, Saccharomyces cerevisiae a Lactococcus lactis sú bežne používané bunkové továrne používané na výrobu biologických molekúl, ako sú HMO. Fermentácia je biochemický proces používajúci mikroorganizmy na konverziu substrátu na cielené biologické molekuly. Mikrobiálne bunkové továrne používajú jednoduché cukry ako substrát, ktoré premieňajú na HMO. Keďže jednoduché cukry (napr. laktóza) sú bohatým, lacným substrátom, udržuje to proces bio-syntézy nákladovo efektívny.
Rýchlosť rastu a biokonverzie je ovplyvnená najmä hromadním prenosom živín (substrátu) do mikroorganizmov. Rýchlosť prenosu hmoty je hlavným faktorom, ktorý ovplyvňuje syntézu produktu počas kvasenia. Ultrazvukom je dobre známe, že podporujú prenos hmoty.
During fermentation, the conditions in the bioreactor must be constantly monitored and regulated so that the cells can grow as quickly as possible in order to then produce the targeted biomolecules (e.g. oligosaccharides such as HMOs; insulin; recombinant proteins). Theoretically, the product formation starts as soon as the cell culture begins to grow. However especially in genetically modified cells such as engineered microorganisms it is usually induced later by adding a chemical substance to the substrate, which upregulates the expression of the targeted biomolecule. Ultrasonic bioreactors (sono-bioreactor) can be precisely controlled and allow for the specific stimulation of microbes. This results in an accelerated biosynthesis and higher yields.
Ultrasonic lysis and extraction: Fermentation of complex HMOs might be limited by low fermentation titers and products remaining intracellular. Ultrasonic lysis and extraction is used to release intracellular material before purification and down-stream processes.

Ultrazvukom podporované kvasenie

The growth rate of microbes such as Escherichia coli, engineered E.coli, Saccharomyces cerevisiae and Lactococcus lactis can be accelerated by increasing the mass transfer rate and cell wall permeability by applying controlled low-frequency ultrasonication. As a mild, non-thermal processing technique, ultrasonication applies purely mechanical forces into the fermentation broth.
Acoustic Cavitation: The working principle of sonication is based on acoustic cavitation. The ultrasonic probe (sonotrode) couples low-frequency ultrasound d waves into the medium. The ultrasound waves travel through the liquid creating alternating high-pressure (compression) / low-pressure (rarefaction) cycles. By compressing and stretching the liquid in alternating cycles, minute vacuum bubbles arise. These small vacuum bubbles grow over several cycles until they reach a size where they cannot absorb any further energy. At this point of maximum growth, the vacuum bubble implodes violently and generates locally extreme conditions, known as the phenomenon of cavitation. In the cavitational “hot-spot”, high pressure and temperature differentials and intense shear forces with liquid jets of up to 280m/sec can be observed. By these cavitational effects, thorough mass transfer and sonoporation (the perforation of cell walls and cell membranes) is achieved. The nutrients of the substrate are floated to and into the living whole cells, so that the cell factories are optimally nourished and growth as well as conversion rates are accelerated. Ultrasonic bioreactors are a simple, yet highly effective strategy to process biomass in a one-pot biosynthesis process.
Presne kontrolovaná, mierna sonikácia je dobre známa tým, že zosilní fermentačné procesy.
Ultrazvukom zlepšuje "produktivitu mnohých bioprocesov zahŕňajúcich živé bunky prostredníctvom zvýšenia absorpcie substrátu, zvýšenej produkcie alebo rastu zvýšením pórovitosti buniek a potenciálne zvýšeným uvoľňovaním bunkových komponentov." (Naveena et al. 2015)
Read more about ultrasonically-assisted fermentation!
Výhody ultrazvukom intenzívnejšie kvasenie

  • zvýšený výnos
  • Zrýchlené kvasenie
  • Stimulácia špecifická pre bunky
  • Zvýšená absorpcia substrátu
  • Zvýšená porosťová bunka
  • Easy-to-prevádzkovať
  • trezor
  • Jednoduché retro-montáž
  • Lineárna mierka-up
  • Dávkové alebo iniine spracovanie
  • rýchle RoI

Naveena et al. (2015) zistila, že ultrazvukové intenzifikácia ponúka niekoľko výhod počas bioprocesovania, vrátane nízkych prevádzkových nákladov v porovnaní s inými možnosťami zlepšenia liečby, jednoduchosť prevádzky a skromné požiadavky na napájanie.

Agitated ultrasonic tank (sono-bioreactor) for batch processing

Nádrž s 8kW ultrasonicators a miešadlom

Vysokovýkonné ultrazvukové fermentačné reaktory

Fermentačné procesy zahŕňajú živé mikroorganizmy, ako sú baktérie alebo kvasinky, ktoré fungujú ako bunkové továrne. Zatiaľ čo sonikácia sa používa na podporu prenosu hmoty a zvýšenie rastu mikroorganizmu a konverzného kurzu, je dôležité kontrolovať intenzitu ultrazvuku práve preto, aby sa zabránilo zničeniu bunkových tovární.
Hielscher Ultrazvukom je špecialista na navrhovanie, výrobu a distribúciu vysoko výkonné ultrazvukom, ktoré môžu byť presne kontrolované a monitorované, aby sa zabezpečilo vynikajúce výnosy fermentácie.
Presná kontrola parametrov ultrazvukového procesu podľa Hielscher Ultrasonics' inteligentný softvérRiadenie procesov je nielen nevyhnutné pre vysoké výnosy a vynikajúcu kvalitu, ale umožňuje opakovať a reprodukovať výsledky. Zvlášť, keď ist príde na stimuláciu bunkových tovární, bunka-špecifické adaptácia parametrov ultrazvukom je nevyhnutné pre dosiahnutie vysokých výnosov a aby sa zabránilo degradácii buniek. Preto sú všetky digitálne modely Hielscher ultrasonicators vybavené inteligentným softvérom, ktorý vám umožní upraviť, monitorovať a revidovať parametre ultrazvukom. Ultrazvukové proces parametre, ako je amplitúda, teplota, tlak, trvanie ultrazvukom, duty cycles, a energetický vstup sú nevyhnutné na podporu HMO výroby prostredníctvom kvasenia.
Inteligentný softvér Hielscher ultrasonicators zaznamenáva automaticky všetky dôležité parametre procesu na integrovanej SD karty. Automatické zaznamenávanie údajov zo sonikácie proces sú základom pre procesnú štandardizáciu a reprodukovateľnosť / opakovateľnosť, ktoré sú potrebné pre správne výrobné postupy (GMP).

Hielscher Ultrasonics Cascatrode

cascatrodeTm v reaktore ultrazvukových prietokových buniek

Ultrazvukové rektory pre kvasenie

Hielscher Ultrasonics CascatrodeHielscher offers ultrasonic probes of various size, length and geometries, which can be used for batch as well as continuous flow-through treatments. Ultrasonic reactors, also known as sono-bioreactors, are available for any volume covering the ultrasonic bioprocessing from small lab samples to pilot and fully-commercial production level.
Je dobre známe, že umiestnenie ultrazvukovej sonotródy v reakčnej nádobe ovplyvňuje distribúciu kavitácie a mikrosychu v médiu. Sonotróda a ultrazvukový reaktor by sa mali zvoliť v súlade so objemom spracovania bunkového vývaru. Zatiaľ čo ultrazvukom môže byť vykonaná v dávke, rovnako ako v nepretržitom režime, pre veľké objemy výroby sa odporúča použitie kontinuálneho prietoku inštalácie. Prechádza ultrazvukové prietokové bunky, všetky bunkové médium dostane presne rovnakú expozíciu ultrazvukom zabezpečenie najúčinnejšie liečby. Hielscher Ultrazvukom širokú škálu ultrazvukové sondy a tok bunky reaktory umožňuje zostaviť ideálne ultrazvukové nastavenie biosprocessing.

Hielscher Ultrazvuk – Od laboratória k pilotovi až po výrobu

Hielscher Ultrazvukom pokrýva celé spektrum ultrazvukové zariadenia ponúkajúce kompaktné ručné ultrazvukové homogenizátory na prípravu vzoriek na bench-top a pilotné systémy, ako aj výkonné priemyselné ultrazvukové jednotky, ktoré ľahko spracovávať truckloads za hodinu. Byť univerzálny a flexibilný v možnosti inštalácie a montáže, Hielscher ultrasonicators môžu byť ľahko integrované do všetkých druhov dávkových reaktorov, fed-šarže alebo kontinuálne prietok-through nastavenia.
Rôzne príslušenstvo, rovnako ako prispôsobené diely umožňujú ideálne prispôsobenie vášho ultrazvukového nastavenia podľa vašich požiadaviek procesu.
Hielscher ultrazvukové procesory sú stvorené pre prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v 7:00, 18:00, 100
Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:

Objem šarže prietok Odporúčané Devices
1 až 500mL 10 až 200mL/min UP100H
10 až 2000mL 20 až 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 až 20L 02 až 4 l / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000hdT
neuv 10 až 100 l / min UIP16000
neuv väčšia strapec UIP16000

Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!

Požiadajte o ďalšie informácie

Prosím, použite formulár nižšie požiadať o ďalšie informácie o ultrazvukové procesory, aplikácie a ceny. Budeme radi diskutovať o vašom procese s vami a ponúknuť vám Ultrazvukový systém spĺňajúci vaše požiadavky!









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


Hielscher Ultrasonics vyrába vysoko výkonné ultrazvukové homogenizers pre disperziu, emulgáciu a extrakciu buniek.

Vysoko výkonné ultrazvukové homogenizers z laboratórium na Pilot a Priemyselný Rozsahu.

Literatúra/referencie



Fakty stojí za to vedieť

Biosynthesis using Cell Factories

A microbial cell factory is a method of bioengineering, which utilizes microbial cells as a production facility. By genetically engineering microbes, the DNA of microorganisms such as bacteria, yeasts, fungi, mammalian cells, or algae is modified turning microbes into cell factories. Cell factories are used to convert substrates into valuable biological molecules, which are used e.g. in food, pharma, chemistry and fuel production. Different strategies of cell factory-based biosynthesis aim at the production of native metabolites, expression of heterologous biosynthetic pathways, or protein expression.
Cell factories can be used to either synthesize native metabolites, to express heterologous biosynthetic pathways, or to express proteins.

Biosynthesis of native metabolites

Native metabolites are defined as biological molecules, which the cells used as cell factory produce naturally. Cell factories produce these biological molecules either intracellularly or a secreted substance. The latter is preferred since it facilitates the separation and purification of the targeted compounds. Examples for native metabolites are amino and nucleic acids, antibiotics, vitamins, enzymes, bioactive compounds, and proteins produced from anabolic pathways of cell.

Heterologus Biosynthetic Pathways

When trying to produce an interesting compound, one of the most important decisions is the choice of production in the native host, and optimize this host, or transfer of the pathway to another well-known host. If the original host can be adapted to an industrial fermentation process, and there are no health-related risks in doing so (e.g., production of toxic by-products), this can be a preferred strategy (as was the case e.g., for penicillin). However, in many modern cases, the potential of using an industrially preferred cell factory and related platform processes out-weighs the difficulty of transferring the pathway.

Protein Expression

The expression of proteins can be achieved via homologous and heterologous ways. In homologous expression, a gene that is naturally present in an organism is over-expressed. Through this over-expression, a higher yield of a certain biological molecule can be produced. For heterologous expression, a specific gene is transferred into a host cell in that the gene is not present naturally. Using cell engineering and recombinant DNA technology, the gene is inserted into the host’s DNA so that the host cell produces (large) amounts of a protein that it would not produce naturally. Protein expression is done in a variety of hosts from bacteria, e.g. E. coli and Bacillis subtilis, yeasts, e.g., Klyuveromyces lactis, Pichia pastoris, S. cerevisiae, filamentous fungi, e.g. as A. niger, and cells derived from multicellular organisms such as mammals and insects. Innummerous proteins are of great commercial interest, including from bulk enzymes, complex bio-pharmaceuticals, diagnostics and research reagents. (cf. A.M. Davy et al. 2017)