Prodhimi biosintetik i oligosakarideve të qumështit të njeriut
Biosinteza e oligosakarideve të qumështit të njeriut (HMOs) nëpërmjet fermentimit ose reaksioneve enzimatike është një proces kompleks, konsumues dhe shpesh me rendiment të ulët. Ultratingulli rrit transferimin e masës midis substratit dhe fabrikave të qelizave dhe stimulon rritjen dhe metabolizmin e qelizave. Kështu, sonikimi intensifikon fermentimin dhe proceset biokimike duke rezultuar në një prodhim të përshpejtuar dhe më efikas të HMOs.
oligosakaridet e qumështit të njeriut
Oligosakaridet e qumështit të njeriut (HMO), të njohura gjithashtu si glikanet e qumështit të njeriut, janë molekula sheqeri, që janë pjesë e grupit të oligosakarideve. Shembuj të shquar të HMO përfshijnë 2'-fukosilaktozën (2′-FL), lakto-N-neotetraozë (LNnT), 3'-galaktosilaktozë (3′-GL), dhe difukosilaktozë (DFL).
Ndërsa qumështi i gjirit të njeriut përbëhet nga më shumë se 150 struktura të ndryshme HMO, vetëm 2'-fukosilaktoza (2'-FL) dhe lakto-N-neotetraoza (LNnT) prodhohen aktualisht në nivel tregtar dhe përdoren si aditivë ushqyes në formulën e foshnjave.
Oligosakaridet e qumështit të njeriut (HMO) njihen për rëndësinë e tyre në ushqimin e foshnjave. Oligosakaridet e qumështit të njeriut janë një lloj unik i lëndëve ushqyese, të cilët veprojnë si prebiotikë, antimikrobikë anti-ngjitës dhe imunomodulues brenda zorrëve të foshnjës dhe kontribuojnë në mënyrë thelbësore në zhvillimin e trurit. HMO-të gjenden ekskluzivisht në qumështin e gjirit të njeriut; Qumështët e tjerë të gjitarëve (p.sh. lopë, dhi, dele, deve etj.) nuk i kanë këto forma specifike të oligosakarideve.
Oligosakaridet e qumështit të njeriut janë përbërësi i tretë më i bollshëm i ngurtë në qumështin e njeriut, i cili mund të jetë i pranishëm ose në formë të tretur ose të emulsifikuar ose të pezulluar në ujë. Laktoza dhe acidet yndyrore janë lëndët e ngurta më të bollshme që gjenden në qumështin e njeriut. HMO-të janë të pranishëm në një përqendrim prej 0,35-0,88 ons (9,9-24,9 g)/L. Janë të njohura përafërsisht 200 oligosakaride të ndryshme strukturore të qumështit të njeriut. Oligosakaridi dominues në 80% të të gjitha grave është 2′-fukosilaktozë, e cila është e pranishme në qumështin e gjirit të njeriut në një përqendrim prej afërsisht 2,5 g/L.
Meqenëse HMO-të nuk treten, ato nuk kontribuojnë me kalori në të ushqyerit. Duke qenë karbohidrate të patretshme, ato funksionojnë si prebiotikë dhe fermentohen në mënyrë selektive nga mikroflora e dëshirueshme e zorrëve, veçanërisht bifidobakteret.
- nxisin zhvillimin e foshnjave
- janë të rëndësishme për zhvillimin e trurit
- ka anti-inflamator dhe
- efekte anti-ngjitëse në traktin gastrointestinal
- mbështet sistemin imunitar tek të rriturit

Të procesor tejzanor UIP2000hdT rrit transferimin e masës dhe aktivizon fabrikat e qelizave për rendimente më të larta të molekulave biologjike të biosintetizuara si HMOs
Biosinteza e oligosakarideve të qumështit të njeriut
Fabrikat e qelizave dhe sistemet enzimatike/kimio-enzimatike janë teknologji aktuale që përdoren për sintezën e HMO-ve. Për prodhimin e HMO në shkallë industriale, fermentimi i fabrikave të qelizave mikrobike, sinteza biokimike dhe reaksione të ndryshme enzimatike janë mënyra të mundshme të prodhimit biologjik të HMO. Për arsye ekonomike, biosinteza nëpërmjet fabrikave të qelizave mikrobiale është aktualisht teknika e vetme e përdorur në nivelin e prodhimit industrial të HMO.
Fermentimi i HMO-ve duke përdorur Fabrikat e Qelizës Mikrobiale
E.coli, Saccharomyces cerevisiae dhe Lactococcus lactis janë fabrika qelizore të përdorura zakonisht për prodhimin biologjik të molekulave biologjike si HMOs. Fermentimi është një proces biokimik që përdor mikroorganizma për të kthyer një substrat në molekula biologjike të synuara. Fabrikat e qelizave mikrobike përdorin sheqerna të thjeshta si substrat, të cilat i konvertojnë në HMO. Meqenëse sheqernat e thjeshta (p.sh. laktoza) janë një substrat i bollshëm dhe i lirë, kjo e mban procesin e biosintezës me kosto efektive.
Shkalla e rritjes dhe biokonversionit ndikohet kryesisht nga transferimi masiv i lëndëve ushqyese (substrati) te mikroorganizmat. Shkalla e transferimit të masës është një faktor kryesor që ndikon në sintezën e produktit gjatë fermentimit. Ultrasonication është i njohur mirë për të promovuar transferimin në masë.
Gjatë fermentimit, kushtet në bioreaktor duhet të monitorohen dhe rregullohen vazhdimisht në mënyrë që qelizat të rriten sa më shpejt që të jetë e mundur në mënyrë që më pas të prodhojnë biomolekulat e synuara (p.sh. oligosakaridet si HMOs; insulina; proteinat rekombinante). Teorikisht, formimi i produktit fillon sapo kultura qelizore fillon të rritet. Megjithatë, veçanërisht në qelizat e modifikuara gjenetikisht, siç janë mikroorganizmat e inxhinieruar, zakonisht induktohet më vonë duke shtuar një substancë kimike në substrat, e cila rregullon lart shprehjen e biomolekulës së synuar. Bioreaktorët tejzanor (sono-bioreaktor) mund të kontrollohen saktësisht dhe të lejojnë stimulimin specifik të mikrobeve. Kjo rezulton në një biosintezë të përshpejtuar dhe rendimente më të larta.
Liza dhe nxjerrja tejzanor: Fermentimi i HMO-ve komplekse mund të kufizohet nga titrat e ulët të fermentimit dhe produktet që mbeten brendaqelizore. Liza dhe nxjerrja tejzanor përdoret për lirimin e materialit ndërqelizor përpara proceseve të pastrimit dhe në rrjedhën e poshtme.
Fermentimi i nxitur me ultratinguj
Shkalla e rritjes së mikrobeve të tilla si Escherichia coli, E.coli i inxhinieruar, Saccharomyces cerevisiae dhe Lactococcus lactis mund të përshpejtohet duke rritur shkallën e transferimit të masës dhe përshkueshmërinë e murit qelizor duke aplikuar ultratinguj të kontrolluar me frekuencë të ulët. Si një teknikë e butë përpunimi jo termik, ultratingulli zbaton forca thjesht mekanike në lëngun e fermentimit.
Kavitacioni akustik: Parimi i punës së sonikacionit bazohet në kavitacionin akustik. Sonda tejzanor (sonotrode) bashkon valët e ultrazërit me frekuencë të ulët në medium. Valët e ultrazërit udhëtojnë nëpër lëng duke krijuar cikle të alternuara të presionit të lartë (ngjeshje) / presion të ulët (rrallim). Duke e ngjeshur dhe shtrirë lëngun në cikle të alternuara, lindin flluska të vogla vakumi. Këto flluska të vogla vakumi rriten gjatë disa cikleve derisa të arrijnë një madhësi ku nuk mund të thithin më shumë energji. Në këtë pikë të rritjes maksimale, flluska e vakumit shpërthen dhunshëm dhe krijon kushte ekstreme lokale, të njohura si fenomeni i kavitacionit. Në "pikën e nxehtë" të kavitacionit, mund të vërehen diferenca të presionit dhe temperaturës së lartë dhe forca prerëse intensive me rryma të lëngshme deri në 280 m/sek. Me këto efekte kavitacionale, arrihet transferimi i plotë i masës dhe sonoporimi (perforimi i mureve qelizore dhe membranave qelizore). Lëndët ushqyese të substratit qarkullojnë në dhe në qelizat e tëra të gjalla, në mënyrë që fabrikat e qelizave të ushqehen në mënyrë optimale dhe rritja si dhe shkalla e konvertimit të përshpejtohet. Bioreaktorët tejzanor janë një strategji e thjeshtë, por shumë efektive për përpunimin e biomasës në një proces biosinteze me një tenxhere.
Një sonikacion i butë i kontrolluar saktësisht është i njohur për intensifikimin e proceseve të fermentimit.
Sonication përmirëson "produktivitetin e shumë bioproceseve që përfshijnë qelizat e gjalla nëpërmjet rritjes së marrjes së substratit, rritjes së prodhimit ose rritjes duke rritur porozitetin e qelizave dhe lirimin potencialisht të përmirësuar të komponentëve qelizor". (Naveena et al. 2015)
Lexoni më shumë rreth fermentimit të asistuar me ultratinguj!
- Rendiment i rritur
- Fermentimi i përshpejtuar
- Stimulimi specifik i qelizave
- Marrja e përmirësuar e substratit
- Rritja e porozitetit të qelizave
- Lehtë për t'u përdorur
- I sigurt
- Retro-montim i thjeshtë
- Rritje lineare
- Përpunimi Batch ose InIine
- ROI i shpejtë
Naveena et al. (2015) zbuloi se intensifikimi tejzanor ofron disa avantazhe gjatë përpunimit biologjik, duke përfshirë kosto të ulëta operative në krahasim me opsionet e tjera të trajtimit, thjeshtësinë e funksionimit dhe kërkesat modeste të energjisë.

MultiSonoReactor MSR-4 është një homogjenizues inline industrial i përshtatshëm për biosintezën e zgjeruar të Oligosakarideve të Qumështit të Njeriut (HMO).
Reaktorë fermentimi tejzanor me performancë të lartë
Proceset e fermentimit përfshijnë mikroorganizma të gjallë si bakteret ose maja, të cilat funksionojnë si fabrika qelizore. Ndërsa sonikacioni zbatohet për të nxitur transferimin e masës dhe për të rritur rritjen dhe shkallën e konvertimit të mikroorganizmave, është thelbësore të kontrollohet intensiteti tejzanor pikërisht për të shmangur shkatërrimin e fabrikave të qelizave.
Hielscher Ultrasonics është specialist në projektimin, prodhimin dhe shpërndarjen e ultrasonikëve me performancë të lartë, të cilët mund të kontrollohen dhe monitorohen saktësisht për të siguruar rendimente superiore të fermentimit.
Kontrolli i procesit nuk është vetëm thelbësor për rendimente të larta dhe cilësi superiore, por mundëson përsëritjen dhe riprodhimin e rezultateve. Sidomos kur bëhet fjalë për stimulimin e fabrikave të qelizave, përshtatja specifike e qelizave të parametrave të sonikacionit është thelbësore për të arritur rendimente të larta dhe për të parandaluar degradimin e qelizave. Prandaj, të gjitha modelet dixhitale të ultrasonikëve Hielscher janë të pajisura me softuer inteligjent, i cili ju lejon të rregulloni, monitoroni dhe rishikoni parametrat e tingullit. Parametrat e procesit tejzanor si amplituda, temperatura, presioni, kohëzgjatja e sonikimit, ciklet e punës dhe inputi i energjisë janë thelbësore për të nxitur prodhimin e HMO përmes fermentimit.
Softueri inteligjent i ultrazërit Hielscher regjistron automatikisht të gjithë parametrat e rëndësishëm të procesit në kartën SD të integruar. Regjistrimi automatik i të dhënave të procesit të tingullit është baza për standardizimin e procesit dhe riprodhueshmërinë / përsëritshmërinë, të cilat kërkohen për Praktikat e Mira të Prodhimit (GMP).
Rektorë tejzanor për Fermentim
Hielscher ofron sonda tejzanor të madhësive, gjatësisë dhe gjeometrive të ndryshme, të cilat mund të përdoren për trajtime në grup, si dhe për trajtim të vazhdueshëm. Reaktorët tejzanor, të njohur gjithashtu si sono-bioreaktorë, janë të disponueshëm për çdo vëllim që mbulon biopërpunimin tejzanor nga mostrat e vogla laboratorike deri në nivelin e prodhimit pilot dhe plotësisht tregtar.
Dihet mirë se vendndodhja e sonotrodit tejzanor në enën e reagimit ndikon në shpërndarjen e kavitacionit dhe mikro-transmetimit brenda mediumit. Sonotrode dhe reaktori tejzanor duhet të zgjidhen në përputhje me vëllimin e përpunimit të lëngut të qelizës. Ndërsa sonikimi mund të kryhet si në grup ashtu edhe në mënyrë të vazhdueshme, për vëllime të larta prodhimi rekomandohet përdorimi i një instalimi me rrjedhje të vazhdueshme. Duke kaluar nëpër një qelizë të rrjedhës tejzanor, i gjithë mediumi qelizor merr saktësisht të njëjtin ekspozim ndaj sonication duke siguruar trajtimin më efektiv. Gama e gjerë e sondave tejzanor dhe reaktorëve me qeliza rrjedhëse Hielscher Ultrasonics ju lejon të grumbulloni konfigurimin ideal të biopërpunimit tejzanor.
Hielscher Ultrasonics – Nga laboratori në pilot në prodhim
Hielscher Ultrasonics mbulon spektrin e plotë të pajisjeve tejzanor që ofrojnë homogjenizues tejzanor kompakt me dorë për përgatitjen e mostrave në sistemet e sipërme dhe pilot, si dhe njësi të fuqishme industriale ultrasonike që përpunojnë lehtësisht ngarkesat e kamionëve në orë. Duke qenë të gjithanshëm dhe fleksibël në opsionet e instalimit dhe montimit, ultrasonikët Hielscher mund të integrohen lehtësisht në të gjitha llojet e reaktorëve të grupeve, grupeve të ushqyera ose konfigurimeve të rrjedhës së vazhdueshme.
Aksesorë të ndryshëm si dhe pjesë të personalizuara lejojnë përshtatjen ideale të konfigurimit tuaj tejzanor me kërkesat tuaja të procesit.
Të ndërtuar për funksionim 24/7 nën ngarkesë të plotë dhe detyrë të rëndë në kushte të vështira, procesorët tejzanor Hielscher janë të besueshëm dhe kërkojnë vetëm mirëmbajtje të ulët.
Tabela e mëposhtme ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikëve tanë:
Vëllimi i grupit | Shkalla e rrjedhjes | Pajisjet e rekomanduara |
---|---|---|
1 deri në 500 ml | 10 deri në 200 ml/min | UP100H |
10 deri në 2000 ml | 20 deri në 400 ml/min | UP200Ht, UP400 St |
0.1 deri në 20L | 0.2 deri në 4L/min | UIP2000hdT |
10 deri në 100 litra | 2 deri në 10 l/min | UIP4000hdT |
na | 10 deri në 100 l/min | UIP16000 |
na | më të mëdha | grumbull i UIP16000 |
Na kontaktoni! / Na pyesni!

Homogjenizues tejzanor me fuqi të lartë nga laboratori te pilot dhe industriale shkallë.
Literatura / Referencat
- 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.
Fakte që ia vlen të dihen
Biosinteza duke përdorur Fabrikat e Qelizës
Një fabrikë e qelizave mikrobike është një metodë e bioinxhinierisë, e cila përdor qelizat mikrobike si një strukturë prodhimi. Nga mikrobet e inxhinierisë gjenetike, ADN-ja e mikroorganizmave si bakteret, majat, kërpudhat, qelizat e gjitarëve ose algat modifikohet duke i kthyer mikrobet në fabrika qelizore. Fabrikat e qelizave përdoren për të kthyer substratet në molekula biologjike të vlefshme, të cilat përdoren p.sh. në ushqim, farmaceutikë, kimi dhe prodhimin e karburantit. Strategji të ndryshme të biosintezës me bazë fabrika qelizore synojnë prodhimin e metabolitëve vendas, shprehjen e rrugëve biosintetike heterologjike ose shprehjen e proteinave.
Fabrikat e qelizave mund të përdoren ose për të sintetizuar metabolitët vendas, për të shprehur rrugë biosintetike heterologjike ose për të shprehur proteina.
Biosinteza e metabolitëve vendas
Metabolitët vendas përkufizohen si molekula biologjike, të cilat qelizat e përdorura si fabrika e qelizave i prodhojnë natyrshëm. Fabrikat e qelizave prodhojnë këto molekula biologjike ose brendaqelizore ose një substancë të sekretuar. Kjo e fundit preferohet pasi lehtëson ndarjen dhe pastrimin e përbërjeve të synuara. Shembuj për metabolitët vendas janë aminoacidet dhe nukleike, antibiotikët, vitaminat, enzimat, komponimet bioaktive dhe proteinat e prodhuara nga rrugët anabolike të qelizës.
Rrugët Biosintetike Heterologus
Kur përpiqeni të prodhoni një përbërje interesante, një nga vendimet më të rëndësishme është zgjedhja e prodhimit në hostin vendas, dhe optimizimi i këtij hosti, ose transferimi i shtegut te një host tjetër i njohur. Nëse pritësi origjinal mund t'i përshtatet një procesi fermentimi industrial dhe nuk ka rreziqe të lidhura me shëndetin duke e bërë këtë (p.sh. prodhimi i nënprodukteve toksike), kjo mund të jetë një strategji e preferuar (siç ishte rasti p.sh. për penicilinën ). Megjithatë, në shumë raste moderne, potenciali i përdorimit të një fabrike celulare të preferuar industrialisht dhe proceseve të platformës përkatëse e tejkalon vështirësinë e transferimit të shtegut.
shprehja e proteinave
Shprehja e proteinave mund të arrihet nëpërmjet mënyrave homologe dhe heterologjike. Në shprehjen homologe, një gjen që është natyrshëm i pranishëm në një organizëm është i mbishprehur. Nëpërmjet kësaj mbi-shprehjeje, mund të prodhohet një rendiment më i lartë i një molekule të caktuar biologjike. Për shprehje heterologe, një gjen specifik transferohet në një qelizë pritëse në atë që gjeni nuk është i pranishëm natyrshëm. Duke përdorur inxhinierinë e qelizave dhe teknologjinë rekombinante të ADN-së, gjeni futet në ADN-në e bujtësit në mënyrë që qeliza pritëse të prodhojë sasi (të mëdha) të një proteine që nuk do ta prodhonte natyrshëm. Shprehja e proteinave bëhet në një sërë strehësh nga bakteret, p.sh. E. coli dhe Bacillis subtilis, majat, p.sh., Klyuveromyces lactis, Pichia pastoris, S. cerevisiae, kërpudhat filamentoze, p.sh. A. niger, dhe qelizat që rrjedhin nga organizmat shumëqelizorë si p.sh. si gjitarë dhe insekte. Proteinat e panumërta janë me interes të madh tregtar, duke përfshirë nga enzimat me shumicë, bio-farmaceutikët komplekse, reagentët diagnostikues dhe kërkimor. (krh. AM Davy et al. 2017)