Ultrazvuková lýza bioinžiniarských buniek v priemyselnej výrobe

Bioinžinierske baktérie, ako sú E. coli, ako aj geneticky modifikované typy cicavcov a rastlinných buniek, sa široko používajú v biotechnológiách na vyjadrenie molekúl. Na uvoľnenie týchto syntetizovaných bio-molekúl je potrebná spoľahlivá technika narušenia buniek. Vysoko výkon ultrazvukom je osvedčená metóda pre efektívnu a spoľahlivú bunkovú lýzu – ľahko škálovateľné na veľké priepustnosti. Hielscher Ultrasonics vám ponúka vysoko výkonné ultrazvukové zariadenia pre účinnú bunkovúlýzu s cieľom produkovať veľké objemy vysoko kvalitných bio-molekúl.

Extrakcia molekúl z bunkových tovární

Na výrobu širokej škály biomolekúl sa môžu ako mikrobiálne bunkové továrne použiť rôzne umelé mikróby a rastlinné bunky vrátane tovární mikrobiálnych buniek vrátane Escherichia coli, Bacillus subtilis, Pseudomonas putida, Streptomyces, Corynebacterium glutamicum, Lactococcus lacti, Cyanobacteria, Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, Yarrowia lipolytica, Nicotiana benthamiana a riasy, medzi mnohými inými. Tieto bunkové továrne môžu produkovať proteíny, lipidy, biochemické, polyméry, biopalivá a oleochemikálie, ktoré sa používajú ako potraviny alebo suroviny pre priemyselné aplikácie. Bunky používané ako bunkové továrne sú kultivované v uzavretých bioreaktoroch, kde môžu dosiahnuť vysokú účinnosť, špecifickosť a nízke energetické požiadavky.
Na izoláciu cieľových molekúl z bioinžinierovaných bunkových kultúr musia byť bunky narušené tak, aby sa intracelulárny materiál uvoľnil. Ultrazvukové bunkové disruptory sú dobre zavedené ako vysoko spoľahlivá a účinná technika pre rozpad buniek a uvoľňovanie zlúčenín.

Žiadosť o informácie





Ultrazvuková bunková dezintegrácia sa používa na izoláciu zlúčenín z tovární bakteriálnych buniek.

Ultrazvukové bunkové dezintegrátory, ako je UIP2000hdT Používajú sa na izoláciu zlúčenín z tovární na mikrobiálne bunky.

Továrne na mikrobiálne bunky sú metabolicky skonštruované bunky používané na syntézu rôznych zlúčenín, ako sú bioaktívne látky, aktívne apiceutiálne zložky (API), biopalivá, polyméry a proteíny. Ultrazvukové bunkové dezintegrátory sú spoľahlivé, rýchle a efektívne, pokiaľ ide o izoláciu týchto cenných zlúčenín z vnútra bunky.

Továrne na mikrobiálne bunky sú metabolicky navrhnuté bunky používané na syntézu rôznych cenných zlúčenín. Ultrazvukové narušenie buniek je efektívna a spoľahlivá metóda na uvoľnenie cenných zlúčenín z vnútra bunky.
Štúdia a grafika: ©Villaverde, 2010.

Výhody ultrazvukových bunkových disruptorov

Ako netepelná, mierna, ale vysoko efektívna technológia sa ultrazvukové disruptory používajú v laboratóriu a priemysle na lyzáciu buniek a na výrobu vysoko kvalitných extraktov, napr. používaných na izoláciu molekúl z bunkových tovární.

Prečo ultrasonicators pre bunkové narušenie?

  • Vysoká účinnosť
  • Netepelné, ideálne pre látky citlivé na teplotu
  • Spoľahlivé a opakovateľné výsledky
  • Presná kontrola spracovania
  • Lineárne škálovateľné na väčšie priepustnosti
  • K dispozícii pre priemyselné výrobné kapacity

Power-ultrazvuk pre efektívne narušenie tovární mikrobiálnych buniek

Mechanizmus a účinky ultrazvukových bunkových disruptorov:
Ultrazvukové narušenie buniek sa používa v lavicovej a priemyselnej mierke na narušenie metabolicky upravených mikrobiálnych buniek, takzvaných bunkových tovární, na uvoľnenie cenných zlúčenín.Ultrazvukové bunkové narušenie využívalo silu ultrazvukových vĺn. Ultrazvukový homogenizátor / bunkový disruptor je vybavený sondou (aka sonotrode) vyrobenou z titánovej zliatiny, ktorá osciluje pri vysokej frekvencii približne 20 kHz. To znamená, že ultrazvuková sonda páruje 20 000 vibrácií za sekundu do ultrazvukom kvapaliny. Ultrazvukové vlny spojené s kvapalinou sa vyznačujú striedavými vysokotlakovými / nízkotlakovými cyklami. Počas nízkotlakového cyklu sa kvapalina rozširuje a vznikajú minútové vákuové bubliny. Tieto veľmi malé bubliny rastú počas niekoľkých striedajúcich sa tlakových cyklov, kým nedokážu absorbovať žiadnu ďalšiu energiu. V tomto bode kavitačné bubliny násilne vybuchnú a vytvárajú lokálne mimoriadne energeticky husté prostredie. Tento jav je známy ako akustická kavitácia a vyznačuje sa lokálne veľmi vysokými teplotami, veľmi vysokými tlakmi a šmykovými silami. Tieto šmykové namáhanie účinne prerazia bunkové steny a zvyšujú prenos hmoty medzi interiérom bunky a okolitým rozpúšťadlom. Ako čisto mechanická technika sú rozpúšťadle generované šmykové sily široko používané a odporúčaný postup pre narušenie bakteriálnych buniek, ako aj pre izoláciu bielkovín. Ako jednoduchá a rýchla metóda narušenia buniek je ultrazvukom ideálna pre izoláciu malých, stredných a veľkých objemov. Hielscher digitálne ultrasonicators sú vybavené jasným menu nastavení pre presné ultrazvukom ovládanie. Všetky údaje o ultrazvukom sú automaticky uložené na vstavanej SD karte a sú jednoducho prístupné. Sofistikované možnosti odvodu tepla, ako je vonkajšie chladenie, ultrazvukom v režime pulzov atď. počas ultrazvukového procesu dezintegrácie zabezpečujú udržiavanie ideálnej teploty procesu a tým neporušenosť extrahovaných zlúčenín citlivých na teplo.

Výskum zdôrazňuje silné stránky ultrazvukových bunkových narušení a extrakcie

Chemat et al. (2017) vo svojej štúdii pokračuje, že "ultrazvukom asistovaná extrakcia je zelenou a ekonomicky životaschopnou alternatívou k konvenčným technikám pre potraviny a prírodné produkty. Hlavnými výhodami sú skrátenie času extrakcie a spracovania, množstvo použitej energie a rozpúšťadiel, jednotkové operácie a CO2 emisie."
Gabig-Ciminska et al. (2014) použil vysokotlakový homogenizátor a ultrazvukový bunkový dsintegrator vo svojej štúdii na lýzu spór s cieľom uvoľniť DNA. Pri porovnaní oboch metód narušenia buniek výskumný tím dospel k záveru, že pokiaľ ide o bunkovú lýzu pre SPÓROVÚ DNA, "analýza bola vykonaná použitím bunkových lyzátov z homogenizácie vysokého tlaku. Potom sme si uvedomili, že ultrazvukové narušenie buniek má na tento účel vynikajúce výhody. Je pomerne rýchly a môže byť spracovaný pre malé objemy vzoriek." (Gabig-Ciminska et al., 2014)

Výkonný ultrazvukový procesor UIP4000hdT s výkonom 4000 wattov sa používa na narušenie bioinžinierske bunky (tj bunkové továrne) na uvoľnenie cieľových molekúl.

Priemyselný ultrazvukový bunkový dezintegrátor UIP4000hdT (4000W, 20kHz) pre nepretržitú inline izoláciu a čistenie syntetizovaných zlúčenín z tovární mikrobiálnych buniek.

Žiadosť o informácie





Biomolekuly z bunkových tovární na výrobu potravín

Továrne na mikrobiálne bunky sú životaschopnou a účinnou výrobnou metodikou využívajúcej mikrobiálne organizmy na výrobu vysokých výnosov pôvodných a nepôvodných metabolitov metabolickým bioinžinierstvom mikrobiálnych mikroorganizmov, ako sú baktérie, kvasinky, huby atď. Voľne ložené enzýmy sa napríklad vyrábajú pomocou mikroorganizmov auch ako Aspergillus oryzae, huby a baktérie. Tieto voľne ložené enzýmy sa používajú na výrobu potravín a nápojov, ako aj v poľnohospodárstve, bioenergii a starostlivosti o domácnosť.
Niektoré baktérie ako Acetobacter xylinum a Gluconacetobacter xylinus produkujú celulózu počas fermentačného procesu, kde sa nanovlákny syntetizujú v procese zdola nahor. Bakteriálna celulóza (tiež známa ako mikrobiálna celulóza) je chemicky ekvivalentná rastlinnej celulóze, ale má vysoký stupeň kryštalickosti a vysokej čistoty (bez lignínu, hemicelulózy, pektínu a iných biogénnych zložiek), ako aj jedinečnú štruktúru trojrozmernej (3D) retikulovanej siete celulózového nanomfidovaného nanompozitu. (porovnaj Zhong, 2020) V porovnaní s celulózou odvodenou z rastlín je bakteriálna celulóza udržateľnejšia a produkovaná celulóza si nevyžaduje komplexné kroky čistenia. Ultrazvukom a extrakcia rozpúšťadlom pomocou NaOH alebo SDS (dodecyl sulfát) sú veľmi účinné pre izoláciu bakteriálnej celulózy z bakteriálnych buniek.

Biomolekuly z bunkových tovární pre farmaceutickú výrobu a výrobu vakcín

Jedným z najvýznamnejších farmaceutických produktov získaných z bunkových tovární je ľudský inzulín. Na produkciu bioinžinierovaného inzulínu sa používajú prevažne E. coli a Saccharomyces cerevisiae. Keďže bio-syntetizované nano-veľké molekuly ponúkajú vysokú biokompatibilitu, biologické nanočastice, ako je feritín, sú výhodné pre početné biomanufakturačné aplikácie. Okrem toho je produkcia v metabolicky upravených mikróboch často výrazne účinnejšia pri získaných výnosoch. Napríklad výroba kyseliny artemisinovej, resveratrolu a lykopénu sa desaťnásobne zvýšila na niekoľko stonásobne a už je stanovená alebo je vo vývoji priemyselnej výroby. (porovnaj Liu et al.; Mikrob. Bunkový fakt. 2017)
Napríklad nano-veľké biomolekuly na báze bielkovín so samozmontačnými vlastnosťami, ako sú feritín a častice podobné vírusom, sú obzvlášť zaujímavé pre vývoj vakcíny, pretože napodobňujú veľkosť a štruktúru patogénov a sú vhodné na povrchovú konjugáciu antigénov na podporu interakcie s imunitnými bunkami. Takéto molekuly sú vyjadrené v takzvaných bunkových továrňach (napr. skonštruované kmene E. coli), ktoré produkujú určitú cieľovú molekulu.

Protokol pre ultrazvukovú lýzu a E. coli BL21 pre uvoľnenie feritínu

Feritín je proteín, ktorého primárnou funkciou je skladovanie železa. Feritín vykazuje sľubné schopnosti ako samozmontovanie nanočastíc vo vakcínach, kde sa používa ako nosič vakcíny (napr. hrotové proteíny SARS-Cov-2). Vedecký výskum sun et. al. (2016) ukazuje, že rekombinantný feritín sa môže uvoľňovať ako rozpustná forma z Escherichia coli pri nízkych koncentráciách NaCl (≤50 mmol/l). Na vyjadrenie feritínu v E. coli BL21 a uvoľnenie fertínu sa úspešne použil nasledujúci protokol. Rekombinantný pET-28a/feritin plazmid sa transformoval na kmeň E coli BL21 (DE3). Feritínové bunky E coli BL21 (DE3) boli kultivované v rastových médiách LB s 0,5% kanamycínom pri 37 °C a indukované pri OD600 0, 6 s 0, 4% izopropyl-β-D-tiogalactopyranoidom počas 3 hodín pri 37 °C. Konečná kultúra sa potom zbierala odstreďovaním pri 8000 g počas 10 minút pri teplote 4 °C a peleta sa zbierala. Potom sa peleta resuspendovala v LB médiu (1% NaCl, 1% typón, 0,5% extrakt z kvasiniek)/tlmivý roztok (20 mmol/L Tris, 50 mmol/L NaCl, 1 mmol/L EDTA, pH 7,6) a rôzne koncentrácie roztoku NaCl (0, 50, 100, 170 a 300 mmol/l). V prípade bakteriálnej bunkovej lýzy sa ultrazvukom použilo v pulznom režime: napr. ultrasonicator UP400St pri 100 % amplitúde s pracovným cyklom 5 sekúnd ZAPNUTÝ, 10 sekúnd VYPNUTÝ, počas 40 cyklov) a potom odstreďovaný pri 10 000 g počas 15 minút pri teplote 4 °C. Supernatant a zrazenina boli analyzované dodecyl sulfátovým polyakrylamidovým gélom (SDS-PAGE). Všetky gély zafarbené dodecyl sulfátom sodným boli skenované skenerom s vysokým rozlíšením. Gélové obrázky boli analyzované pomocou softvéru Magic Chemi 1D. Pre optimálnu jasnosť boli proteínové pásy detekované úpravou parametrov. Údaje o pásmach boli generované z technických troch. (porovnaj Sun et al., 2016)

Žiadosť o informácie





Ultrazvukové bunkové disruptory pre priemyselnú lýzu bunkových tovární

Ultrazvuková lýza a extrakcia je spoľahlivá a pohodlná metóda uvoľňovania metabolitov z bunkových tovární, čím pomáha efektívnej produkcii cieľových molekúl. Ultrazvukové bunkové disruptory sú k dispozícii od laboratória po priemyselnú veľkosť a procesy môžu byť zmenšené úplne lineárne.
Hielscher Ultrasonics je váš kompetentný partner pre vysoko výkonné ultrazvukové disruptory a má dlhoročné skúsenosti v oblasti implantácie ultrazvukových systémov v bench-top a priemyselné nastavenia.
Hielscher ultrasonicators môžu byť diaľkovo ovládané prostredníctvom ovládania prehliadača. Parametre ultrazvukom je možné monitorovať a presne prispôsobiť požiadavkám procesu.Pokiaľ ide o sofistikovaný hardvér a softvér, systémy narušenia buniek Hielscher Ultrasonics spĺňa všetky požiadavky na optimálne riadenie procesov, jednoduchú prevádzku a užívateľskú prívetivosť. Zákazníci a užívateľ Hielscher ultrasonicators oceniť výhody, že Hielscher ultrazvukové bunkové disruptory a extraktory umožňujú presné monitorovanie a kontrolu procesov – prostredníctvom digitálneho dotykového displeja a diaľkového ovládania prehliadača. Všetky dôležité údaje o ultrazvukom (napr. čistá energia, celková energia, amplitúda, trvanie, teplota, tlak) sú automaticky uložené ako súbor CSV na integrovanej SD karte. To pomáha dosiahnuť reprodukovateľné a opakovateľné výsledky a uľahčuje štandardizáciu procesov, ako aj plnenie správnych výrobných postupov (cGMP).
Samozrejme, ultrazvukové procesory Hielscher sú postavené pre 24/7 prevádzku pri plnom zaťažení, a preto môžu byť spoľahlivo prevádzkované v priemyselných výrobných nastaveniach. Vzhľadom na vysokú robustnosť a nízku údržbu sú prestoje ultrazvukového zariadenia naozaj nízke. Funkcie CIP (clean-in-place) a SIP (sterilizovať na mieste) minimalizujú namáhavé čistenie, najmä preto, že všetky mokré časti sú hladké kovové povrchy (žiadne skryté otvory alebo trysky).

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,


Ultrazvukové high-shear homogenizers sa používajú v laboratóriu, bench-top, pilotné a priemyselné spracovanie.

Hielscher Ultrazvukom vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory pre miešanie aplikácií, disperzie, emulgácie a extrakcie na laboratórne, pilotné a priemyselné meradle.



Literatúra/referencie

Fakty stojí za to vedieť

Sono-bioreactors

Ultrazvuk sa používa na jednej strane na narušenie buniek s cieľom uvoľniť intracelulárne zlúčeniny, ale aplikuje sa s miernejšími amplitúdami a / alebo ako pulzujúce ultrazvukové výbuchy, ultrazvukom môže výrazne zvýšiť metabolickú produktivitu mikrobiálnych, rastlinných a živočíšnych buniek v bioreaktoroch, čím sa zvyšujú biotechnologické procesy. Ultrazvukové sondy môžu byť jednoducho integrované do bioreaktorov (tzv. sono-bioreaktory) s cieľom zintenzívniť účinnosť živých biokatalyzín. Hielscher ultrasonicators umožňujú presne kontrolované ultrazvukové podmienky, ktoré môžu byť optimálne vyladené na vysokú katalytickú konverziu živých buniek. Získajte viac informácií o ultrazvukových sondách Hielscher pre sonobioreactors a účinkoch rozpúšťadle vylepšenej biokatalyzácie!

Bunkové továrne a syntéza metabolitov

Rôzne mikroorganizmy môžu syntetizovať podobné metabolity, napríklad na výrobu aminokyselín Corynebacterium, Brevibacterium a Escherichia coli boli úspešne použité; vitamíny boli syntetizované pomocou Propionibacterium a Pseudomonas; organické kyseliny sú odvodené z Aspergillus, Lactobacillus, Rhizopus; zatiaľ čo enzýmy môžu byť vyrobené Aspergillus a Bacillus; antibiotiká môžu byť produkované Streptomyces a Penicillium; zatiaľ čo na výrobu biosurfactantov bežne vytvorených Pseudomonas, Bacillus a Lactobacillus sa používajú ako bunkové továrne.

E. Coli ako továrne na mikrobiálne bunky

Baktérie E. coli a ich početné kmene sú široko používané molekulárnej biológie ans sa stala jedným z prvých efektívnych bunkových modelov používaných ako chemické bunkové továrne na výrobu rekombinantných bielkovín, biopalív a rôznych ďalších chemikálií. E. coli má prirodzenú schopnosť produkovať niekoľko zlúčenín, ktoré boli vylepšené bioinžinierskymi a genetickými modifikáciami. Napríklad prenosom heterológnych enzýmov bola schopnosť E.coli vyrábať početné produkty upravená s cieľom vyvinúť nové biosyntetické cesty.
(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 ako mikrobiálne bunkové továrne

Streptomyces je najväčšia skupina actinomycetov; Druhy Streptomyces sú rozšírené vo vodných a suchozemských ekosystémoch. Členovia rodu Streptomyces sú v komerčnom záujme kvôli svojej schopnosti produkovať obrovské množstvo biomolekúl a bioaktívnych sekundárnych metabolitov. Produkuje klinicky užitočné antibiotiká, ako sú tetracyklíny, aminoglykozidy, makrolidy, chloramfenikol a rifamycíny. Okrem antibiotík, Streptomyces tiež vyrába ďalšie vysoko cenné farmaceutické výrobky vrátane protirakovinových, imunostimulačných, imunosupresívnych, antioxidačných činidiel, insekticídov a antiparazitárnych liekov, ktoré majú široké lekárske a poľnohospodárske aplikácie.
Druhy streptomyces produkujú celý rad enzýmov, ktoré sú medicínsky dôležité, vrátane L-asparaginázy, urikase a cholesterol oxidázy. Mnoho aktinomycetov môže produkovať priemyselne dôležité enzýmy ako celulázy, chitinázy, chitosanázy, α-amylázy, proteázy a lipázy. Mnoho aknomycetov môže produkovať rôzne pigmenty, ktoré sú potenciálne dobrou alternatívou syntetických farieb. Druhy Streptomyces majú veľkú kapacitu na výrobu aktívnych povrchových biomolekúl vrátane bioemulsifikátorov a biosurfactantov. Antidiabetická akarbose bola produkovaná kmeňmi Streptomyces prostredníctvom mikrobiálnej fermentácie. Druhy Streptomyces preukázali schopnosť syntetizovať inhibítory syntézy cholesterolu, ako je pravastatín. V poslednej dobe môžu byť druhy Streptomyces použité ako ekologické "nanofaktory" na syntézu nanočastíc. Niektoré druhy Streptomyces sú sľubné pre produkciu vitamínu 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.)


Vysoko výkonné ultrazvukom! Hielscherov sortiment pokrýva celé spektrum od kompaktného laboratórneho ultrasonicatora cez bench-top jednotky až po plne priemyselné ultrazvukové systémy.

Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizers z laboratórium na priemyselnej veľkosti.