Ультразвуковий лізис біоінженерних клітин у промисловому виробництві

Біоінженерні види бактерій, такі як кишкова паличка, а також генетично модифіковані типи ссавців і рослинних клітин, широко використовуються в біотехнологіях для вираження молекул. Для того, щоб вивільнити ці синтезовані біо-молекули, потрібна надійна техніка порушення клітин. Високопродуктивна ультразвук є перевіреним методом ефективного та надійного клітинного лізису – легко масштабується до великих пропускних здатностей. Hielscher Ультразвук пропонує вам високопродуктивне ультразвукове обладнання для ефективного клітинного лізису, щоб виробляти великі обсяги високоякісних біо-молекул.

Вилучення молекул з клітинних фабрик

Для виробництва широкого спектру біомолекул, різні інженерні мікроби і рослинні клітини можуть бути використані в якості мікробних клітинних заводів, включаючи кишкову паличку, bacillus subtilis, Pseudomonas putida, Streptomyces, Corynebacterium glutamicum, Lactococcus lacti, Cyanobacteria, Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, Yarrowia lipolytica, Nicotiana benthamiana і водорості, серед багатьох інших. Ці клітинні фабрики можуть виробляти білки, ліпіди, біохімічні речовини, полімери, біопаливо і олеохімічні речовини, які використовуються в якості їжі або сировини для промислового застосування. Клітини, що використовуються як клітинні фабрики, культивуються в закритих біореакторах, де вони можуть досягти високої ефективності, специфічності та низьких енергетичних потреб.
Щоб ізолювати молекули-мішені з біоінженерних клітинних культур, клітини повинні бути порушені таким чином, щоб внутрішньоклітинний матеріал був випущений. Ультразвукові порушення клітин добре зарекомендували себе як дуже надійна та ефективна техніка розпаду клітин та вивільнення складних елементів.

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Ультразвукова дезінтеграція клітин використовується для ізоляції сполук від бактеріальних клітинних фабрик.

Ультразвукові дезінтегратори клітин, такі як UIP2000hdT використовуються для ізоляції сполук з мікробних клітинних заводів.

Мікробні клітинні фабрики - це метаболічно спроектовані клітини, що використовуються для синтезу різних сполук, таких як біологічно активні речовини, активні фармацевтичні інгредієнти (АФІ), біопаливо, полімери та білки. Ультразвукові дезінтегратори клітин є надійними, швидкими та ефективними, коли справа доходить до ізоляції цих цінних сполук з внутрішньої частини клітини.

Мікробні клітинні фабрики - це метаболічно спроектовані клітини, що використовуються для синтезу різних цінних сполук. Ультразвукове порушення клітин є ефективним і надійним методом, щоб звільнити цінні сполуки з внутрішньої клітини.
навчання та графіка: ©Віллаверде, 2010.

Переваги ультразвукових руйнувачів клітин

Як нетермічна, м'яка, але високоефективна технологія, ультразвукові руйнівники використовуються в лабораторії та промисловості для лизати клітини та виробляти високоякісні екстракти, наприклад, використовуються для ізоляції молекул з клітинних заводів.

Чому ультраакукатори для порушення клітин?

  • Висока ефективність
  • Нетермічний, ідеально підходить для температурочутливих речовин
  • Достовірні, повторювані результати
  • Точний контроль обробки
  • Лінійні масштабовані до більших пропускних точок
  • Доступно для промислових виробничих потужностей

Power-Ультразвук для ефективного порушення роботи мікробних клітинних заводів

Механізм і ефекти ультразвукових руйнувачів клітин:
Ультразвукове порушення клітин використовується в лежачому та промисловому масштабі, щоб порушити метаболічно спроектовані мікробні клітини, так звані клітинні фабрики, для вивільнення цінних сполук.Ультразвукове порушення клітин використовувало потужність ультразвукових хвиль. Ультразвуковий гомогенізатор / клітинний руйнівник оснащений зондом (він же сонотрод), виготовленим з титанового сплаву, який коливається на високій частоті близько 20 кГц. Це означає, що ультразвуковий зонд з'їє 20 000 вібрацій в секунду в ультразвукову рідину. Ультразвукові хвилі, з'єднаних з рідиною, характеризуються чергуванням циклів високого тиску / низького тиску. Під час циклу низького тиску рідина розширюється і виникають дрібні вакуумні бульбашки. Ці дуже маленькі бульбашки ростуть протягом декількох циклів змінного тиску, поки вони не зможуть поглинути будь-яку подальшу енергію. У цей момент кавітаційні бульбашки сильно вибухають і створюють локально надзвичайне енергоємне середовище. Це явище відоме як акустична кавітація і характеризується локально дуже високими температурами, дуже високим тиском і зсувними силами. Ці зсувні напруги ефективно порушують стінки клітин і збільшують передачу маси між інтер'єром клітини і навколишнім розчинником. Як чисто механічна техніка, широко використовуються ультразвукові сили зсуву і рекомендована процедура для порушення бактеріальних клітин, а також для ізоляції білка. Як простий і швидкий метод порушення клітин, ультразвуком ідеально підходить для ізоляції малих, середніх і великих обсягів. Цифрові ультразвукові апарати Hielscher оснащені чітким меню налаштувань для точного контролю ультразвуку. Всі дані ультразвукової обробки автоматично зберігаються на вбудованій SD-карті і просто доступні. Складні варіанти розсіювання тепла, такі як зовнішнє охолодження, ультразвук в режимі пульсу і т.д. Під час процесу ультразвукової дезінтеграції забезпечують підтримку ідеальної температури процесу і, таким чином, неушкодженість витягнутих теплочутливих сполук.

Дослідження підкреслюють сильні сторони ультразвукового порушення клітин і вилучення

Професор Чемат та ін. (2017) резюмує у своєму дослідженні, що «ультразвукова екстракція є зеленою та економічно життєздатною альтернативою звичайним методам харчування та натуральних продуктів. Основними перевагами є зменшення часу видобутку та переробки, кількості використаної енергії та розчинників, операцій з одиницями та СО2 викидів».
Gabig-Ciminska et al. (2014) використовував гомогенізатор високого тиску та ультразвуковий клітинний дсинтегатор у своєму дослідженні для лізису спор з метою вивільнення ДНК. Порівнюючи обидва методи порушення клітин, дослідницька група робить висновок, що що стосується клітинного лізису для спорної ДНК, «аналіз був зроблений шляхом використання клітинних лізатів від гомогенізації високого тиску. Потім ми зрозуміли, що порушення ультразвукових клітин має видатні переваги для цієї мети. Він досить швидкий і може бути оброблений для невеликих обсягів вибірки". (Габіг-Чімінська та ін., 2014)

Потужний ультразвуковий процесор потужністю 4000 Вт UIP4000hdT використовується для порушення біоінженерних клітин (тобто клітинних фабрик) для вивільнення молекул-мішеней.

Промисловий ультразвуковий дезінтегратор клітин UIP4000hdT (4000W, 20kHz) для безперервної вбудованої ізоляції та очищення синтезованих сполук з мікробних клітинних фабрик.

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Біомолекули з клітинних фабрик для виробництва продуктів харчування

Мікробні клітинні фабрики є життєздатною та ефективною методологією виробництва з використанням мікробних організмів для отримання високих врожаїв рідних та немісцевих метаболітів шляхом метаболічної біоінженії мікробних мікроорганізмів, таких як бактерії, дріжджі, гриби тощо. Об'ємні ферменти, наприклад, виробляються з використанням мікроорганізмів на жаль, як Aspergillus oryzae, гриби і бактерії. Ці сипучі ферменти використовуються для виробництва продуктів харчування та напоїв, а також у сільському господарстві, біоенергетики та домашньому догляді.
Деякі бактерії, такі як Acetobacter xylinum і Gluconacetobacter xylinus, виробляють целюлозу в процесі бродіння, де нановолокна синтезуються в процесі знизу вгору. Бактеріальна целюлоза (також відома як мікробна целюлоза) хімічно еквівалентна рослинній целюлозі, але має високий ступінь кристалічності і високу чистоту (без лігніну, геміцелюлози, пектину та інших біогенних компонентів), а також унікальну структуру целюлози нановолокнистої тривимірної (3D) сітчастої мережі. (див. Чжун, 2020) У порівнянні з рослинною целюлозою, бактеріальна целюлоза є більш стійкою, а вироблена целюлоза чиста, що не вимагає складних кроків очищення. Ультразвук і екстракція розчинника з використанням NaOH або SDS (додецилсульфат натрію) дуже ефективні для ізоляції бактеріальної целюлози від бактеріальних клітин.

Біомолекули з клітинних фабрик для фармацевтичного та вакцинного виробництва

Одним з найвідоміших фармацевтичних продуктів, отриманих з клітинних фабрик, є людський інсулін. Для біоінженерного вироблення інсуліну використовуються переважно E. coli і Saccharomyces cerevisiae. Оскільки біо-синтезовані молекули нанорозміру пропонують високу біосумісність, біологічні наночастинки, такі як феритин, є корисними для численних біовиробників. Крім того, виробництво метаболічно модифікованих мікробів часто значно ефективніше в отриманих врожаях. Наприклад, виробництво артемізинової кислоти, резвератролу і лікопіну зросло в десять разів до декількох сотень разів, і вже налагоджено або знаходиться в розробці до промислового масштабу виробництва. (пор. Лю та ін.; Мікроб. Клітинний факт. 2017)
Наприклад, білкові біомолекули на основі нанорозмірних розмірів з самозбірними властивостями, такими як феритин і вірусоподібні частинки, особливо цікаві для розробки вакцини, оскільки вони імітують як розмір, так і структуру патогенів і піддаються поверхневому кон'югації антигенів для сприяння взаємодії з імунними клітинами. Такі молекули виражаються на так званих клітинних фабриках (наприклад, інженерних штамах E. coli), які виробляють певну молекулу-мішень.

Протокол для ультразвукового лізису та E. coli BL21 для випуску феритину

Феритин - це білок, основною функцією якого є зберігання заліза. Феритин показує перспективні можливості як самостійне складання наночастинок у вакцинах, де він використовується як засіб доставки вакцин (наприклад, шипові білки SARS-Cov-2). Наукові дослідження Сонця і т.д. al. (2016) показує, що рекомбінантний феритин може виділятися як розчинна форма з кишкової палички при низьких концентраціях NaCl (≤50 ммоль /л). Для того, щоб виразити феритин в E. coli BL21 і випустити фертин, успішно був застосований наступний протокол. Рекомбінантний плазмід pET-28a/феритин був перетворений в штам E coli BL21 (DE3). Клітини феритину E coli BL21 (DE3) були культивовані в середовищі росту LB з 0,5% канаміцину при 37 °C і індуковані при OD600 0,6 з 0,4% ізопропіл-β-D-тіогалактопіранозид протягом 3 годин при 37 ° C. Потім остаточна культура була зібрана центрифугами при 8000г протягом 10 хвилин при 4 ° C, і гранула була зібрана. Потім гранула була відновлена в середовищі LB (1% NaCl, 1% типоне, 0,5% екстракт дріжджів) / лізис буфер (20 ммоль / л Tris, 50 ммоль / л NaCl, 1 ммоль / л EDTA, рН 7,6) і різні концентрації розчину NaCl (0, 50, 100, 170 і 300 ммоль / л) відповідно. Для бактеріального клітинного лізису ультразвуком застосовували в імпульсному режимі: наприклад, з використанням ультраакулятор UP400St при 100% амплітуді з циклом виконання 5 секунд ON, 10 секунд OFF, протягом 40 циклів), а потім центрифугується на 10 000 г протягом 15 хвилин при 4 ° C. Супернатант і осад були проаналізовані електрофорезом додецилсульфату натрію поліакриламідним гелем (SDS-PAGE). Всі гелі додецилсульфату натрію були відскановані за допомогою сканера високої роздільної здатності. Гелеві зображення були проаналізовані за допомогою програмного забезпечення Magic Chemi 1D. Для оптимальної чіткості білкові смуги були виявлені шляхом регулювання параметрів. Дані для смуг були отримані з технічних триплікатів. (пор. Нд та ін., 2016)

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Ультразвукові клітинні руйнівники для промислового лізису клітинних заводів

Ультразвуковий лізис і екстракція є надійним і зручним методом звільнення метаболітів з клітинних заводів, тим самим допомагаючи ефективному виробництву молекул-мішеней. Ультразвукові порушення клітин доступні від лабораторії до промислових розмірів, і процеси можуть бути масштабовані повністю лінійними.
Hielscher Ультразвук є вашим компетентним партнером для високопродуктивних ультразвукових руйнівників і має багаторічний досвід у галузі імплантації ультразвукових систем у лавці та промислових умовах.
Ультразвукові апарати Hielscher можна дистанційно керувати за допомогою управління браузером. Параметри ультразвукової обробки можна контролювати і підлаштовувати саме під вимоги процесу.Коли справа доходить до складного апаратного та програмного забезпечення, Hielscher Ultrasonics системи збоєння клітин відповідають усім вимогам для оптимального управління процесом, легкої роботи та зручності користувача. Клієнти та користувач ультразвукових апаратів Hielscher цінують користь, яку ультразвукові руйнатори та екстрактори Hielscher дозволяють точно контролювати та контролювати процес – за допомогою цифрового сенсорного дисплея та пульта дистанційного керування браузера. Всі важливі дані ультразвукової обробки (наприклад, чиста енергія, загальна енергія, амплітуда, тривалість, температура, тиск) автоматично зберігаються у вигляді файлу CSV на інтегрованій SD-карті. Це допомагає отримати відтворювані та повторювані результати та полегшує стандартизацію процесу, а також виконання належної виробничої практики (cGMP).
Звичайно, ультразвукові процесори Hielscher побудовані для роботи 24/7 при повному навантаженні і тому можуть надійно працювати в умовах промислового виробництва. Через високу надійність і низьке технічне обслуговування, простої ультразвукового обладнання дійсно низькі. CIP (clean-in-place) і SIP (стерилізувати на місці) мають мінімізуйте трудомістке прибирання, тим більше, що всі мокрі деталі є гладкими металевими поверхнями (без прихованих отворів або насадок).

У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв:

пакетний Обсяг швидкість потоку Рекомендовані пристрої
Від 1 до 500мл Від 10 до 200мл / хв UP100H
Від 10 до 2000мл Від 20 до 400мл / хв UP200Ht, UP400St
0.1 до 20 л 0.2 до 4л / хв UIP2000hdT
Від 10 до 100 л Від 2 до 10 л / хв UIP4000hdT
застосовується Від 10 до 100 л / хв UIP16000
застосовується більший кластер UIP16000

Зв'яжіться з нами! / Запитати нас!

Запитайте більше інформації

Будь ласка, використовуйте форму нижче, щоб запросити додаткову інформацію про ультразвукові процесори, програми та ціни. Ми будемо раді обговорити ваш процес з вами і запропонувати вам ультразвукову систему, що відповідає вашим вимогам!









Будь ласка, зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Ультразвукові гомогенізатори з високим зсувом використовуються в лабораторній, лавці, пілотній та промисловій обробці.

Hielscher Ultrasonics виробляє високоефотозні ультразвукові гомогенізатори для змішування застосувань, дисперсії, емульгування та екстракції в лабораторних, пілотних і промислових масштабах.



Література/довідники

Факти варті знати

Соно-біореактори

Ультразвук використовується, з одного боку, для порушення клітин для того, щоб вивільнити внутрішньоклітинні сполуки, але застосовується з більш м'якими амплітудами та / або як пульсуючі ультразвукові сплески, ультразвук може значно підвищити метаболічну продуктивність мікробних, рослинних і тваринних клітин в біореакторах, тим самим підвищуючи біотехнологічні процеси. Ультразвукові зонди можуть бути просто інтегровані в біореактори (так звані соно-біореактори), щоб підвищити ефективність живих біокаталітиків. Ультразвукові апарати Hielscher дозволяють точно контролювати ультразвукові умови, які можуть бути оптимально точно налаштовані на високе каталітичне перетворення живих клітин. Дізнайтеся більше про ультразвукові зонди Hielscher для сонобіореакторів та наслідки ультразвукового біокаталізу!

Клітинні фабрики і синтез метаболітів

Різні мікроорганізми можуть синтезувати подібні метаболіти, наприклад, для виробництва амінокислот Corynebacterium, Brevibacterium і Escherichia coli успішно використовуються; вітаміни хе синтезувалися за допомогою пропіонібактерій і pseudomonas; органічні кислоти отримують з Аспергілья, Лактобактелін, Різопуса; в той час як ферменти можуть бути зроблені Аспергіллусом і Бацилою; антибіотики можуть вироблятися стрептоміцесами і пеніцилієм; у той час як для виробництва біокурфактантів зазвичай утворюються Pseudomonas, Bacillus і Lactobacillus використовуються в якості клітинних фабрик.

E. Coli як мікробні клітинні фабрики

Бактерії E. coli і її численні штами широко використовуються молекулярної біології ANS стала однією з перших ефективних моделей клітин, що використовуються якmicrobial клітинних заводів для виробництва рекомбінантних білків, біопалива і різних інших хімічних речовин. E. coli має природну здатність виробляти кілька сполук, що було покращено за допомогою біоінженерної та генетичних модифікацій. Наприклад, шляхом передачі гетерологічних ферментів, здатність E.coli виробляти численні продукти була змінена з метою розробки нових біосинтетичних шляхів.
(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.)

Стрептоміція як мікробні клітинні фабрики

Стрептоміцес - найбільша група актиноміцетів; Види стрептоміцес широко поширені у водних і наземних екосистемах. Представники роду Streptomyces представляють комерційний інтерес через їх здатність виробляти величезну кількість біомолекул і біоактивних вторинних метаболітів. Він виробляє клінічно корисні антибіотики, такі як тетрацикліни, аміноглікозиди, макроліди, хлорамфенікол і рифаміцини. На додаток до антибіотиків, Streptomyces також виробляють інші дуже цінні фармацевтичні продукти, включаючи протипухлинні, імуностимулюючі, імуносупресивні, антиоксидантні засоби, інсектициди та протипаразитарні препарати, які мають широке медичне та сільськогосподарське застосування.
Стрептоміцеї виробляють цілий ряд ферментів, що є медично важливим, включаючи L-аспарагіназу, уріказу і антиоксидантну окислення. Багато актиноміцетів можуть виробляти промислово важливі ферменти, як целюли, хітинаси, хітосанази, α-амілаза, протеази і ліпази. Багато актиноміцетів можуть виробляти різні пігменти, які потенційно є хорошою альтернативою синтетичних кольорів. Види стрептоміцей мають велику здатність виробляти активні поверхневі біомолекули, включаючи біоемульпери та біотурфактанти. Антидіабетична акарбоза була вироблена штамами стрептоміцесів за допомогою мікробного бродіння. Види стрептоміцеї показали здатність синтезувати інгібітори синтезу холестерину, такі як правастатин. Останнім часом види Streptomyces можуть бути використані як екологічно чисті «нанофабрики» для синтезу наночастинок. Деякі види streptomyces є перспективними для виробництва вітаміну В12.
(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.)


Високопродуктивний ультразвук! Асортимент продукції Hielscher охоплює весь спектр від компактного лабораторного ультраакукатора над блоками лави до повних промислових ультразвукових систем.

Hielscher Ультразвук виробляє високоемоціивні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторія до промислових розмірів.