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.

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!

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.

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: