İnsan Sütü Oligosakkaritlerinin Biyosentetik Üretimi
İnsan sütü oligosakkaritlerinin (HMO'lar) fermantasyon veya enzimatik reaksiyonlar yoluyla biyosentezi, karmaşık, tüketen ve genellikle düşük verimli bir süreçtir. Ultrasonikasyon, substrat ve hücre fabrikaları arasındaki kütle transferini arttırır ve hücre büyümesini ve metabolizmasını uyarır. Böylece, sonikasyon, fermantasyon ve biyo-kimyasal süreçleri yoğunlaştırır ve bu da HMO'ların hızlandırılmış ve daha verimli bir şekilde üretilmesine neden olur.
insan sütü oligosakkaritleri
İnsan sütü glikanları olarak da bilinen insan sütü oligosakkaritleri (HMO'lar), oligosakkaritler grubunun bir parçası olan şeker molekülleridir. HMO'ların öne çıkan örnekleri arasında 2'-fukosillaktoz (2′-FL), lakto-N-neotetraoz (LNnT), 3'-galaktosillaktoz (3′-GL) ve difukosyllactoz (DFL).
İnsan anne sütü 150'den fazla farklı HMO yapısından oluşurken, şu anda sadece 2'-fukosillaktoz (2'-FL) ve lakto-N-neotetraoz (LNnT) ticari düzeyde üretilmekte ve bebek mamalarında besin katkı maddesi olarak kullanılmaktadır.
İnsan sütü oligosakkaritleri (HMO'lar), bebek beslenmesindeki önemleri ile bilinir. İnsan sütü oligosakkaritleri, bebeğin bağırsağında prebiyotikler, yapışma önleyici antimikrobiyaller ve immünomodülatörler olarak işlev gören ve beyin gelişimine önemli ölçüde katkıda bulunan benzersiz bir besin türüdür. HMO'lar sadece anne sütünde bulunur; Diğer memeli sütleri (örneğin, keçi, koyun, deve vb.) bu spesifik oligosakkarit formlarına sahip değildir.
İnsan sütü oligosakkaritleri, insan sütünde en bol bulunan üçüncü katı bileşendir ve suda çözünmüş veya emülsifiye edilmiş veya süspanse edilmiş formda bulunabilir. Laktoz ve yağ asitleri, anne sütünde en bol bulunan katı maddelerdir. HMO'lar 0.35-0.88 ons (9.9-24.9 g) / L. Yaklaşık 200 yapısal olarak farklı insan sütü oligosakkariti bilinmektedir. Tüm kadınların% 80'inde baskın oligosakkarit 2'dir′-insan anne sütünde yaklaşık 2,5 g/L konsantrasyonda bulunan fukosillaktoz.
HMO'lar sindirilmediğinden, beslenmeye kalorik olarak katkıda bulunmazlar. Sindirilemeyen karbonhidratlar olduklarından, prebiyotik olarak işlev görürler ve arzu edilen bağırsak mikroflorası, özellikle bifidobakteriler tarafından seçici olarak fermente edilirler.
- Bebeklerin gelişimini teşvik etmek
- beyin gelişimi için önemlidir
- anti-enflamatuar ve
- Gastrointestinal sistemde yapışma önleyici etkiler
- Yetişkinlerde bağışıklık sistemini destekler

bu ultrasonik işlemci UIP2000hdT kütle transferini arttırır ve HMO'lar gibi biyosentezlenmiş biyolojik moleküllerin daha yüksek verimi için hücre fabrikalarını aktive eder
Anne Sütü Oligosakkaritlerinin Biyosentezi
Hücre fabrikaları ve enzimatik / kemo-enzimatik sistemler, HMO'ların sentezi için kullanılan güncel teknolojilerdir. Endüstriyel ölçekte HMO üretimi için, mikrobiyal hücre fabrikalarının fermantasyonu, biyo-kimyasal sentez ve farklı enzimatik reaksiyonlar, HMO biyo-üretiminin uygun yollarıdır. Ekonomik nedenlerden dolayı, mikrobiyal hücre fabrikaları aracılığıyla biyo-sentez, şu anda HMO'ların endüstriyel üretim düzeyinde kullanılan tek tekniktir.
Mikrobiyal Hücre Fabrikaları Kullanılarak HMO'ların Fermantasyonu
E.coli, Saccharomyces cerevisiae ve Lactococcus lactis, HMO'lar gibi biyolojik moleküllerin biyo-üretimi için kullanılan yaygın olarak kullanılan hücre fabrikalarıdır. Fermantasyon, bir substratı hedeflenen biyolojik moleküllere dönüştürmek için mikroorganizmaları kullanan biyokimyasal bir süreçtir. Mikrobiyal hücre fabrikaları, substrat olarak basit şekerler kullanır ve bunları HMO'lara dönüştürürler. Basit şekerler (örneğin laktoz) bol ve ucuz bir substrat olduğundan, bu biyo-sentez sürecini maliyet etkin tutar.
Büyüme ve biyodönüşüm oranı esas olarak besinlerin (substrat) mikroorganizmalara kütle transferinden etkilenir. Kütle transfer hızı, fermantasyon sırasında ürün sentezini etkileyen ana faktördür. Ultrasonikasyon kitle transferini teşvik etmek için iyi bilinmektedir.
Fermantasyon sırasında, biyoreaktördeki koşullar sürekli olarak izlenmeli ve düzenlenmelidir, böylece hücreler daha sonra hedeflenen biyomolekülleri (örneğin HMO'lar gibi oligosakkaritler; insülin; rekombinant proteinler) üretmek için hücreler mümkün olduğunca çabuk büyüyebilir. Teorik olarak, hücre kültürü büyümeye başlar başlamaz ürün oluşumu başlar. Bununla birlikte, özellikle tasarlanmış mikroorganizmalar gibi genetik olarak değiştirilmiş hücrelerde, genellikle daha sonra substrata kimyasal bir madde eklenerek indüklenir, bu da hedeflenen biyomolekülün ekspresyonunu yukarı regüle eder. Ultrasonik biyoreaktörler (sono-biyoreaktör) hassas bir şekilde kontrol edilebilir ve mikropların spesifik olarak uyarılmasına izin verebilir. Bu, hızlandırılmış bir biyosentez ve daha yüksek verim ile sonuçlanır.
Ultrasonik lizis ve ekstraksiyon: Karmaşık HMO'ların fermantasyonu, düşük fermantasyon titreleri ve hücre içi kalan ürünlerle sınırlı olabilir. Ultrasonik lizis ve ekstraksiyon, saflaştırma ve aşağı akış işlemlerinden önce hücre içi materyali serbest bırakmak için kullanılır.
Ultrasonik Olarak Teşvik Edilen Fermantasyon
Escherichia coli, mühendislik ürünü E.coli, Saccharomyces cerevisiae ve Lactococcus lactis gibi mikropların büyüme hızı, kontrollü düşük frekanslı ultrasonikasyon uygulanarak kütle transfer hızı ve hücre duvarı geçirgenliği artırılarak hızlandırılabilir. Hafif, ısıl olmayan bir işleme tekniği olarak, ultrasonication fermantasyon suyuna tamamen mekanik kuvvetler uygular.
Akustik Kavitasyon: Sonikasyonun çalışma prensibi akustik kavitasyona dayanmaktadır. Ultrasonik prob (sonotrot), düşük frekanslı ultrason dalgalarını ortama birleştirir. Ultrason dalgaları, alternatif yüksek basınç (sıkıştırma) / düşük basınç (seyrekleşme) döngüleri oluşturarak sıvının içinden geçer. Sıvıyı alternatif döngülerde sıkıştırarak ve gererek, çok küçük vakum kabarcıkları ortaya çıkar. Bu küçük vakum kabarcıkları, daha fazla enerji ememeyecekleri bir boyuta ulaşana kadar birkaç döngü boyunca büyür. Bu maksimum büyüme noktasında, vakum kabarcığı şiddetli bir şekilde patlar ve kavitasyon fenomeni olarak bilinen yerel olarak aşırı koşullar üretir. Kavitasyonel "sıcak noktada", yüksek basınç ve sıcaklık farkları ve 280 m/sn'ye kadar sıvı jetleri ile yoğun kesme kuvvetleri gözlemlenebilir. Bu kavitasyonel etkilerle, tam kütle transferi ve sonoporasyon (hücre duvarlarının ve hücre zarlarının delinmesi) elde edilir. Substratın besinleri, canlı bütün hücrelere ve hücrelere yüzdürülür, böylece hücre fabrikaları en iyi şekilde beslenir ve büyümenin yanı sıra dönüşüm oranları da hızlanır. Ultrasonik biyoreaktörler, biyokütleyi tek kap biyosentez sürecinde işlemek için basit ama oldukça etkili bir stratejidir.
Hassas bir şekilde kontrol edilen, hafif bir sonikasyonun fermantasyon süreçlerini yoğunlaştırdığı iyi bilinmektedir.
Sonikasyon, "substrat alımının arttırılması, hücre gözenekliliğini artırarak üretim veya büyümenin arttırılması ve hücre bileşenlerinin potansiyel olarak arttırılması yoluyla canlı hücreleri içeren birçok biyoprosesin üretkenliğini" artırır. (Naveena ve ark. 2015)
Ultrasonik destekli fermantasyon hakkında daha fazla bilgi edinin!
- Artan Verim
- Hızlandırılmış Fermantasyon
- Hücreye Özgü Stimülasyon
- Gelişmiş Substrat Alımı
- Artan Hücre Gözenekliliği
- Kullanımı Kolay
- Kasa
- Basit Güçlendirme
- Doğrusal Ölçek Büyütme
- Toplu veya InIine İşleme
- Hızlı Yatırım Getirisi
Naveena ve ark. (2015), ultrasonik yoğunlaştırmanın, diğer gelişmiş tedavi seçeneklerine kıyasla düşük işletme maliyetleri, işlem kolaylığı ve mütevazı güç gereksinimleri dahil olmak üzere biyoproses sırasında çeşitli avantajlar sunduğunu bulmuşlardır.

The MultiSonoReactor MSR-4 İnsan Sütü Oligosakkaritlerinin (HMO) gelişmiş biyosentezi için uygun endüstriyel bir hat içi homojenizatördür.
Yüksek Performanslı Ultrasonik Fermantasyon Reaktörleri
Fermantasyon işlemleri, hücre fabrikaları olarak işlev gören bakteri veya maya gibi canlı mikroorganizmaları içerir. Sonikasyon, kütle transferini teşvik etmek ve mikroorganizmanın büyüme ve dönüşüm oranını artırmak için uygulanırken, hücre fabrikalarının tahrip olmasını önlemek için ultrasonik yoğunluğu hassas bir şekilde kontrol etmek çok önemlidir.
Hielscher Ultrasonics, üstün fermantasyon verimleri sağlamak için hassas bir şekilde kontrol edilebilen ve izlenebilen yüksek performanslı ultrasonicators tasarımı, üretimi ve dağıtımı konusunda uzmandır.
Proses kontrolü sadece yüksek verim ve üstün kalite için gerekli değildir, aynı zamanda sonuçların tekrarlanmasını ve yeniden üretilmesini sağlar. Özellikle hücre fabrikalarının uyarılması söz konusu olduğunda, sonikasyon parametrelerinin hücreye özgü adaptasyonu, yüksek verim elde etmek ve hücre bozulmasını önlemek için esastır. Bu nedenle, Hielscher ultrasonicators tüm dijital modelleri, sonication parametrelerini ayarlamanıza, izlemenize ve revize etmenize olanak tanıyan akıllı yazılımla donatılmıştır. Genlik, sıcaklık, basınç, sonikasyon süresi, görev döngüleri ve enerji girişi gibi ultrasonik işlem parametreleri, fermantasyon yoluyla HMO üretimini teşvik etmek için gereklidir.
Hielscher ultrasonicators'ın akıllı yazılımı, entegre SD karttaki tüm önemli işlem parametrelerini otomatik olarak kaydeder. Sonikasyon işleminin otomatik veri kaydı, İyi Üretim Uygulamaları (GMP) için gerekli olan süreç standardizasyonu ve tekrarlanabilirlik / tekrarlanabilirlik için temel oluşturur.
Fermantasyon için Ultrasonik Rektörler
Hielscher, toplu ve sürekli akış işlemleri için kullanılabilecek çeşitli boyut, uzunluk ve geometrilerde ultrasonik problar sunar. Sono-biyoreaktörler olarak da bilinen ultrasonik reaktörler, küçük laboratuvar örneklerinden pilot ve tamamen ticari üretim seviyesine kadar ultrasonik biyoişlemeyi kapsayan herhangi bir hacim için mevcuttur.
Ultrasonik sonotrotun reaksiyon kabındaki konumunun, ortam içindeki kavitasyon ve mikro akışın dağılımını etkilediği iyi bilinmektedir. Sonotrode ve ultrasonik reaktör, hücre suyunun işlem hacmine göre seçilmelidir. Sonikasyon toplu olarak ve sürekli modda gerçekleştirilebilirken, yüksek üretim hacimleri için sürekli bir akış kurulumunun kullanılması önerilir. Ultrasonik bir akış hücresinden geçerek, tüm hücre ortamı, en etkili tedaviyi sağlayan sonikasyona tam olarak aynı maruz kalır. Hielscher Ultrasonik ultrasonik problar ve akış hücresi reaktörleri geniş yelpazesi ideal ultrasonik biyoproses kurulumunu bir araya getirmeye izin verir.
Hielscher Ultrasonics – Laboratuvardan Pilot Uygulamaya ve Üretime
Hielscher Ultrasonics, tezgah üstü ve pilot sistemlere numune hazırlama için kompakt el tipi ultrasonik homojenizatörlerin yanı sıra saatte kamyon yüklerini kolayca işleyen güçlü endüstriyel ultrasonik üniteler sunan ultrasonik ekipmanın tüm spektrumunu kapsar. Kurulum ve montaj seçeneklerinde çok yönlü ve esnek olan Hielscher ultrasonicators, her türlü toplu reaktöre, beslemeli partilere veya sürekli akış kurulumlarına kolayca entegre edilebilir.
Çeşitli aksesuarların yanı sıra özelleştirilmiş parçalar, ultrasonik kurulumunuzun proses gereksinimlerinize ideal şekilde uyarlanmasını sağlar.
Zorlu koşullarda tam yük ve ağır hizmet altında 7/24 çalışma için üretilen Hielscher ultrasonik işlemciler güvenilirdir ve sadece az bakım gerektirir.
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:
Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
---|---|---|
1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdT |
n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
n.a. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sor!

Yüksek güçlü ultrasonik homojenizatörler laboratuvar Hedef pilot ve Endüstriyel ölçeklemek.
Literatür / Referanslar
- 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.
Bilmeye Değer Gerçekler
Hücre Fabrikaları ile Biyosentez
Mikrobiyal hücre fabrikası, mikrobiyal hücreleri bir üretim tesisi olarak kullanan bir biyomühendislik yöntemidir. Mikropların genetik mühendisliği ile bakteri, maya, mantar, memeli hücreleri veya algler gibi mikroorganizmaların DNA'sı modifiye edilerek mikroplar hücre fabrikalarına dönüştürülür. Hücre fabrikaları, substratları örneğin gıda, ilaç, kimya ve yakıt üretiminde kullanılan değerli biyolojik moleküllere dönüştürmek için kullanılır. Hücre fabrikası temelli biyosentezin farklı stratejileri, doğal metabolitlerin üretimini, heterolog biyosentetik yolların ekspresyonunu veya protein ekspresyonunu hedefler.
Hücre fabrikaları, doğal metabolitleri sentezlemek, heterolog biyosentetik yolları eksprese etmek veya proteinleri eksprese etmek için kullanılabilir.
Doğal metabolitlerin biyosentezi
Doğal metabolitler, hücre fabrikası olarak kullanılan hücrelerin doğal olarak ürettiği biyolojik moleküller olarak tanımlanır. Hücre fabrikaları bu biyolojik molekülleri ya hücre içinde ya da salgılanan bir madde olarak üretirler. İkincisi, hedeflenen bileşiklerin ayrılmasını ve saflaştırılmasını kolaylaştırdığı için tercih edilir. Doğal metabolitlere örnek olarak amino ve nükleik asitler, antibiyotikler, vitaminler, enzimler, biyoaktif bileşikler ve hücrenin anabolik yollarından üretilen proteinler verilebilir.
Heterolog Biyosentetik Yolaklar
İlginç bir bileşik üretmeye çalışırken, en önemli kararlardan biri, yerel ana bilgisayarda üretim seçimi ve bu ana bilgisayarı optimize etmek veya yolun başka bir iyi bilinen ana bilgisayara aktarılmasıdır. Orijinal konak endüstriyel bir fermantasyon işlemine uyarlanabilirse ve bunu yaparken sağlıkla ilgili herhangi bir risk yoksa (örneğin, toksik yan ürünlerin üretimi), bu tercih edilen bir strateji olabilir (örneğin, penisilin için olduğu gibi). Bununla birlikte, birçok modern durumda, endüstriyel olarak tercih edilen bir hücre fabrikasını ve ilgili platform süreçlerini kullanma potansiyeli, yolun aktarılmasının zorluğundan daha ağır basmaktadır.
Protein ekspresyonu
Proteinlerin ekspresyonu homolog ve heterolog yollarla sağlanabilir. Homolog ifadede, bir organizmada doğal olarak bulunan bir gen aşırı eksprese edilir. Bu aşırı ifade sayesinde, belirli bir biyolojik molekülün daha yüksek bir verimi üretilebilir. Heterolog ekspresyon için, spesifik bir gen, genin doğal olarak bulunmadığı bir konakçı hücreye aktarılır. Hücre mühendisliği ve rekombinant DNA teknolojisi kullanılarak, gen, konakçının DNA'sına yerleştirilir, böylece konakçı hücre, doğal olarak üretmeyeceği (büyük) miktarlarda protein üretir. Protein ekspresyonu, E. coli ve Bacillis subtilis gibi bakterilerden, mayalardan, örneğin Klyuveromyces lactis, Pichia pastoris, S. cerevisiae, filamentli mantarlardan, örneğin A. niger ve memeliler ve böcekler gibi çok hücreli organizmalardan türetilen hücrelerden elde edilen çeşitli konakçılarda yapılır. Sayısız proteinler, toplu enzimler, karmaşık biyo-farmasötikler, teşhis ve araştırma reaktifleri dahil olmak üzere büyük ticari ilgi görmektedir. (bkz. A.M. Davy ve ark. 2017)