Hielscher ultraljud teknik

Biosyntetiska Produktion av Human Milk Oligosackarider

Biosyntesen av humanmjölk oligosackarider (HMOs) via jäsning eller enzymatiska reaktioner är en komplex, tidskrävande och ofta lågaktande process. Ultraljud ökar massöverföringen mellan substrat och cellfabriker ans stimulerar celltillväxt och ämnesomsättning. Därmed intensifierar ultraljudsbehandling jäsning och biokemiska processer vilket resulterar i en accelererad och effektivare produktion av HMOs.

Human mjölk oligosackarider

Human mjölk oligosackarider (HMOs), även känd som humanmjölk glycans, är sockermolekyler, som är en del av oligosackarider gruppen. Framstående exempel på HMOs är 2'-fucosyllactose (2′-FL), lakto-N-neotetraose (LNnT), 3'-galaactosyllactose (3′-GL) och difucosyllactose (DFL).
Medan bröstmjölk bryts samman med mer än olika 150 HMO strukturer, endast 2'-fucosyllactose (2'-FL) och laktos-N-neotetraose (LNnT) produceras för närvarande på kommersiell nivå och används som näringstillsatser i modersmjölksersättning.
Human mjölk oligosackarider (HMOs) är kända för sin betydelse i baby näring. Human mjölk oligosackarider är en unik typ av näringsämnen, som fungerar som prebiotika, antihäftande antimikrobiella medel och immunmodulatorer i barnets tarm och bidrar avsevärt till hjärnans utveckling. Hmos finns uteslutande i bröstmjölk; Andra däggdjursmjölk (t.ex. ko, get, får, kamel etc.) har inte denna specifika form av oligosackarider.
Human mjölk oligosackarider är den tredje mest rikliga fasta komponenten i bröstmjölk, som kan förekomma antingen i upplöst eller emulgerat eller suspenderat form i vatten. Laktos och fettsyror är de vanligast förekommande fasta ämnen som finns i bröstmjölk. HMOs finns i en koncentration av 0,35-0,88 uns (9,9-24,9 g)/ L. Cirka 200 strukturellt olika mänskliga mjölk oligosackarider är kända. Den dominerande oligosasacken hos 80 % av alla kvinnor är 2′-fucosyllactose, som förekommer i bröstmjölk hos människa vid en koncentration av cirka 2,5 g/ L.
Eftersom hmos inte smälts, bidrar de inte calorically till näring. Att vara osmäldliga kolhydrater, de fungerar som prebiotika och är selektivt jäst av önskvärda gut mikroflora, särskilt bifidobakterier.

Hälsofördelar med oligosackarider för människomjölk (HMOS)

  • främja utvecklingen av spädbarn
  • är viktiga för hjärnans utveckling
  • har antiinflammatoriska och
  • anti-självhäftande effekter i mag-tarmkanalen
  • stödjer immunsystemet hos vuxna
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

De Ultraljud processor UIP2000hdT ökar massöverföringen och aktiverar cellfabriker för högre avkastning av biosyntetiserade biologiska molekyler som hmos

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


Biosyntes av oligosackarider för humanmjölk

Cellfabriker och enzymatiska / kemo-enzymatiska system är nuvarande teknik som används för syntes av HMOs. För HMO-produktion i industriell skala är jäsning av mikrobiella cellfabriker, biokemisk syntes och olika enzymatiska reaktioner genomförbara sätt att hmo-bioproduktion. På grund av ekonomiska skäl är biosyntesen via mikrobiella cellfabriker för närvarande den enda teknik som används på industriell produktionsnivå för hmos.

Jäsning av HMOs med microbial cellfabriker

E.coli, Saccharomyces cerevisiae och Lactococcus laktatis används ofta cellfabriker som används för bioproduktion av biologiska molekyler som HMOs. Jäsning är en biokemisk process som använder mikroorganismer för att omvandla ett substrat till riktade biologiska molekyler. Mikrobiella cellfabriker använder enkla sockerarter som substrat, som de omvandlar till HMOs. Eftersom enkla sockerarter (t.ex. laktos) är ett rikligt, billigt substrat, håller detta biosyntesprocessen kostnadseffektiv.
Tillväxt och biokonversion påverkas huvudsakligen av massöverföring av näringsämnen (substrat) till mikroorganismerna. Massöverföringshastigheten är en viktig faktor som påverkar produktsyntesen under jäsningen. Ultraljud är väl känt för att främja massöverföring.
Under jäsningen måste förhållandena i bioreaktorn ständigt övervakas och regleras så att cellerna kan växa så snabbt som möjligt för att sedan producera de riktade biomolekylerna (t.ex. oligosackarider som HMOs; insulin; rekombinanta proteiner). Teoretiskt sett startar produktbildningen så snart cellkulturen börjar växa. Men särskilt i genetiskt modifierade celler såsom modifierade mikroorganismer är det oftast induceras senare genom att lägga till ett kemiskt ämne till substratet, som upregulates uttrycket av riktade biomolekyl. Ultraljudsbioreaktorer (sono-bioreaktor) kan kontrolleras exakt och möjliggöra specifik stimulering av mikrober. Detta resulterar i en accelererad biosyntes och högre avkastning.
Ultraljudslys och extraktion: Jäsning av komplexa HMOs kan begränsas av låg jäsning titrar och produkter som återstår intracellulära. Ultraljudslysning och extraktion används för att frigöra intracellulärt material före rening och nedströmsprocesser.

Ultraljud främjas jäsning

Tillväxttakten för mikrober som Escherichia coli, konstruerad E.coli, Saccharomyces cerevisiae och Lactococcus lactis kan påskyndas genom att öka massöverföringshastigheten och cellväggens permeabilitet genom att tillämpa kontrollerad lågfrekvent ultraljud. Som en mild, icke-termisk bearbetningsteknik gäller ultraljud rent mekaniska krafter i jäsningsbuljongen.
Akustisk kavitation: Arbetsprincipen för ultraljudsbehandling bygger på akustisk kavitation. Ultraljudssonden (sonotrode) par lågfrekventa ultraljud d vågor in i mediet. Ultraljudsvågorna färdas genom vätskan skapa omväxlande högtryck (kompression) / lågtryck (rarefaction) cykler. Genom att komprimera och sträcka vätskan i alternerande cykler uppstår minut vakuumbubblor. Dessa små vakuum bubblor växer under flera cykler tills de når en storlek där de inte kan absorbera någon ytterligare energi. Vid denna punkt av maximal tillväxt, vakuumbubblan imploderar våldsamt och genererar lokalt extrema förhållanden, känd som fenomenet kavitation. I den cavitational "hot-spot", högt tryck och temperatur differentialer och intensiva skjuvkrafter med flytande strålar på upp till 280m/sek kan observeras. Genom dessa cavitational effekter, grundlig massöverföring och sonoporation (perforeringen av cellväggar och cellmembran) uppnås. Underlagets näringsämnen svävas till och in i de levande hela cellerna, så att cellfabrikerna får optimalt näring och tillväxt samt omräkningskurserna accelereras. Ultraljud bioreaktorer är en enkel, men ändå mycket effektiv strategi för att bearbeta biomassa i en en-pot biosyntes process.
En exakt kontrollerad, mild ultraljudsbehandling är välkänd för att intensifiera jäsningsprocesser.
Ultraljudsbehandling förbättrar "produktiviteten hos många bioprocesser som involverar levande celler via förbättring av substratupptag, ökad produktion eller tillväxt genom att öka cell porositet, och potentiellt förbättrad frisättning av cellkomponenter." (Naveena et al. 2015)
Läs mer om ultraljudsassisterad jäsning!
Fördelar med ultraljud intensifierad jäsning

  • ökad avkastning
  • Accelererad jäsning
  • Cellspecifik stimulering
  • Förbättrat upptag av substrat
  • Ökad cell porositet
  • lätt att använda
  • Säker
  • Enkel eftermontering
  • linjär skala upp
  • Batch- eller iniintbearbetning
  • Snabb ROI

Naveena et al. (2015) fann att ultraljud intensifiering erbjuder flera fördelar under biobearbetning, inklusive låga driftskostnader jämfört med andra förbättra behandlingsalternativ, enkelhet i drift och blygsamma effektkrav.

Agitated ultrasonic tank (sono-bioreactor) for batch processing

Tank med 8kW ultrasonicators och agitator

Högpresterande ultraljud jäsning reaktorer

Jäsningsprocesser involverar levande mikroorganismer som bakterier eller jäst, som fungerar som cellfabriker. Medan ultraljudsbehandling tillämpas för att främja massöverföring och öka mikroorganismens tillväxt och omvandlingsfrekvens, är det viktigt att kontrollera ultraljud intensiteten just för att undvika förstörelsen av cellfabrikerna.
Hielscher Ultrasonics är specialist på att designa, tillverka och distribuera högpresterande ultrasonicators, som kan kontrolleras och övervakas exakt för att säkerställa överlägsen jäsning avkastning.
Exakt kontroll över ultraljudprocessparametrarna av Hielscher Ultrasonics' intelligent programvaraProcesskontroll är inte bara viktigt för hög avkastning och överlägsen kvalitet, men gör det möjligt att upprepa och reproducera resultat. Speciellt när ist kommer till stimulering av cellfabriker, den cellspecifika anpassning av ultraljudsbehandling parametrar är viktigt att uppnå höga avkastning och för att förhindra cellförsämring. Därför är alla digitala modeller av Hielscher ultrasonicators utrustade med intelligent programvara, vilket gör att du kan justera, övervaka och revidera ultraljudsbehandling parametrar. Ultraljud processparametrar såsom amplitud, temperatur, tryck, ultraljudsbehandling varaktighet, cykler, och energitillförsel är viktiga för att främja HMO produktion via jäsning.
Den smarta programvaran för Hielscher ultrasonicators registrerar automatiskt alla viktiga processparametrar på det integrerade SD-kortet. Den automatiska dataregistrering av ultraljudsbehandling processen är grunden för process standardisering och reproducerbarhet / repeterbarhet, som krävs för god tillverkningssed (GMP).

Hielscher Ultrasonics Cascatrode

Mer från cascatrodeTm i en ultraljudsflödescellreaktor

Ultraljud rektorer för jäsning

Hielscher Ultrasonics CascatrodeHielscher erbjuder ultraljud sonder av olika storlek, längd och geometrier, som kan användas för parti samt kontinuerlig genomströmning-behandlingar. Ultraljudsreaktorer, även känd som sono-bioreaktorer, finns tillgängliga för alla volymer som täcker ultraljud biobearbetning från små lab prover till pilot och fullt kommersiell produktionsnivå.
Det är väl känt att placeringen av ultraljudssonotroden i reaktionskärlet påverkar fördelningen av kavitation och mikroströmning inom mediet. Sonotrod och ultraljud reaktor bör väljas i enlighet med bearbetningsvolymen av cellbuljong. Medan ultraljudsbehandling kan utföras i parti samt i kontinuerligt läge, för höga produktionsvolymer användningen av ett kontinuerligt flöde installation rekommenderas. Passerar genom ett ultraljud flöde cell, alla cellmedium får exakt samma exponering för ultraljudsbehandling säkerställa den mest effektiva behandlingen. Hielscher Ultrasonics brett utbud av ultraljud sonder och reaktorer flödescell gör det möjligt att montera den perfekta ultraljud biobearbetning setup.

Hielscher Ultrasonics – Från labb till pilot till produktion

Hielscher Ultrasonics täcker hela spektrumet av ultraljud utrustning som erbjuder kompakt handhållna ultraljud homogenisatorer för provberedning till bänk-top och pilotsystem samt kraftfulla industriella ultraljud enheter som enkelt bearbeta lastbilslaster per timme. Hielschers ultrasonicatorer är mångsidiga och flexibla i installations- och monteringsalternativ och kan enkelt integreras i alla typer av batchreaktorer, fed-batchar eller kontinuerliga genomströmningsinställningar.
Olika tillbehör samt anpassade delar möjliggör en idealisk anpassning av din ultraljud setup till din process krav.
Hielschers ultraljudsprocessorer är byggda för 24/7 drift under full belastning och tunga under krävande förhållanden och är tillförlitliga och kräver endast lågt underhåll.
Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera:

batch Volym Flödeshastighet Rekommenderade Devices
1 till 500 ml 10 till 200 ml / min UP100H
10 till 2000 ml 20 till 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 till 20L 0.2 till 4L / min UIP2000hdT
10 till 100 liter 2 till 10 1 / min UIP4000hdT
n.a. 10 till 100 l / min UIP16000
n.a. större kluster av UIP16000

Kontakta oss! / Fråga oss!

Be om mer information

Använd formuläret nedan för att begära ytterligare information om ultraljudprocessorer, applikationer och pris. Vi kommer gärna att diskutera din process med dig och att erbjuda dig ett ultraljudssystem som uppfyller dina krav!









Observera att våra Integritetspolicy.


Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljud Homogenisatorer för spridning, emulgering och cell utvinning.

Hög effekt ultraljud Homogenisatorer från Labb till Pilot och Industriell Skala.

Litteratur / Referenser



Fakta Värt att veta

Biosyntes med hjälp av Cell Fabriker

En mikrobiell cellfabrik är en metod för bioteknik, som utnyttjar mikrobiella celler som en produktionsanläggning. Av genetiskt ingenjörsmässiga mikrober, DNA av mikroorganismer som bakterier, jäst, svampar, däggdjursceller, eller alger modifieras vrida mikrober till cellfabriker. Cellfabriker används för att omvandla substrat till värdefulla biologiska molekyler, som används t ex inom livsmedel, pharma, kemi och bränsleproduktion. Olika strategier för cell fabriksbaserad biosyntes syftar till produktion av inhemska metaboliter, uttryck för heterologa biosyntetiska vägar, eller proteinuttryck.
Cell fabriker kan användas för att antingen syntetisera inhemska metaboliter, att uttrycka heterologa biosyntetiska vägar, eller att uttrycka proteiner.

Biosyntes av inhemska metaboliter

Inhemska metaboliter definieras som biologiska molekyler, som de celler som används som cellfabrik producerar naturligt. Cell fabriker producerar dessa biologiska molekyler antingen intracellulärt eller en utsöndrande substans. Det senare är att föredra eftersom det underlättar separation och rening av de riktade föreningarna. Exempel för inhemska metaboliter är amino- och nukleinsyror, antibiotika, vitaminer, enzymer, bioaktiva föreningar, och proteiner som framställs från anabola vägar av cell.

Heterologus biosyntetiska vägar

När du försöker producera en intressant förening, en av de viktigaste besluten är valet av produktion i den inhemska värd, och optimera denna värd, eller överföring av vägen till en annan välkänd värd. Om den ursprungliga värden kan anpassas till en industriell jäsningsprocess, och det inte finns några hälsorelaterade risker med att göra detta (t.ex. produktion av giftiga biprodukter), kan detta vara en föredragen strategi (vilket var fallet t.ex. för penicillin). Men i många moderna fall, potentialen att använda en industriellt föredragen cell fabrik och relaterade plattform processer ut-väger svårigheten att överföra vägen.

Protein uttryck

Proteinernas uttryck kan uppnås via homologa och heterologa sätt. I homologt uttryck överuttrycker man en gen som finns naturligt i en organism. Genom detta överuttryck kan en högre avkastning av en viss biologisk molekyl produceras. För heterologt uttryck överförs en specifik gen till en värdcell genom att genen inte är närvarande naturligt. Med hjälp av cellteknik och rekombinant DNA-teknik sätts genen in i värdens DNA så att värdcellen producerar (stora) mängder av ett protein som det inte skulle producera naturligt. Proteinuttryck görs i en mängd olika värdar från bakterier, t ex E. coli och Bacillis subtilis, jäst, t ex, Klyuveromyces lactis, Pichia pastoris, S. cerevisiae, fintrådiga svampar, t ex som A. niger, och celler som härrör från flercelliga organismer som däggdjur och insekter. Innummerproteiner är av stort kommersiellt intresse, bland annat från bulkenzymer, komplexa bio-läkemedel, diagnostik och forskningsreagenser. (jfr. A.M. Davy m.fl. 2017)