Ona suti oligosaxaridlarini biosintetik ishlab chiqarish
Ona suti oligosaxaridlarining (HMO) fermentatsiya yoki fermentativ reaksiyalar orqali biosintezi murakkab, resurs talab qiladigan va koʻpincha kam mahsulot beradigan jarayondir. Ultratovush bilan ishlov berish substrat va hujayra fabrikalari oʻrtasidagi massa almashinuvini oshiradi hamda hujayralarning oʻsishi va metabolizmini ragʻbatlantiradi. Shu tariqa ultratovush bilan ishlov berish fermentatsiya va biokimyoviy jarayonlarni jadallashtirib, HMO ishlab chiqarishning tezlashishi va samaradorligining oshishiga olib keladi.
Ona suti oligosaxaridlari
Ona suti glikanlari deb ham ataladigan ona suti oligosaxaridlari (HMO) oligosaxaridlar guruhiga kiruvchi shakar molekulalaridir. HMOning asosiy misollariga 2’-fukozillaktoza (2′-FL), lakto-N-neotetraoza (LNnT), 3’-galaktozillaktoza (3′-GL) va difukozillaktoza (DFL) kiradi.
Ona sutida 150 dan ortiq turli HMO tuzilmalari mavjud boʻlsa-da, hozirda faqat 2′-fukozillaktoza (2′-FL) va lakto-N-neotetraoza (LNnT) tijorat miqyosida ishlab chiqariladi hamda chaqaloqlar uchun sutli aralashmalarda ozuqaviy qoʻshimchalar sifatida ishlatiladi.
Ona suti oligosaxaridlari (HMO) chaqaloqlar ovqatlanishidagi ahamiyati bilan maʼlum. Ona suti oligosaxaridlari chaqaloq ichagida prebiotiklar, yopishishga qarshi antimikrob moddalar va immunomodulyatorlar vazifasini bajaradigan hamda miyaning rivojlanishiga sezilarli hissa qoʻshadigan oʻziga xos oziq moddalar turidir. HMO faqat ona sutida uchraydi; boshqa sutemizuvchilarning sutida (masalan, sigir, echki, qoʻy, tuya va boshqalar) oligosaxaridlarning ushbu oʻziga xos shakllari mavjud emas.
Ona suti oligosaxaridlari ona sutidagi miqdori boʻyicha uchinchi oʻrinda turadigan qattiq komponent boʻlib, suvda erigan, emulsiyalangan yoki suspenziya holida boʻlishi mumkin. Laktoza va yogʻ kislotalari ona sutida eng koʻp uchraydigan qattiq moddalardir. HMO 0,35–0,88 unsiya (9,9–24,9 g)/ L konsentratsiyada mavjud. Tuzilishi jihatidan bir-biridan farq qiladigan taxminan 200 ta ona suti oligosaxaridi maʼlum. Barcha ayollarning 80% ida asosiy oligosaxarid 2′-fukozillaktoza boʻlib, u ona sutida taxminan 2,5 g/ L konsentratsiyada mavjud.
HMO hazm boʻlmagani sababli oziqlanishga kaloriya jihatidan hissa qoʻshmaydi. Hazm boʻlmaydigan uglevodlar sifatida ular prebiotiklar vazifasini bajaradi va foydali ichak mikroflorasi, ayniqsa bifidobakteriyalar tomonidan tanlab fermentatsiya qilinadi.
- chaqaloqlarning rivojlanishiga yordam beradi
- miyaning rivojlanishi uchun muhimdir
- yalligʻlanishga qarshi va
- oshqozon-ichak yoʻlida yopishishga qarshi taʼsir koʻrsatadi
- kattalarda immun tizimini qoʻllab-quvvatlaydi
Ushbu UIP2000hdT ultratovushli protsessori massa almashinuvini oshiradi va HMO kabi biosintezlangan biologik molekulalarning yuqoriroq chiqishini taʼminlash uchun hujayra fabrikalarini faollashtiradi
Ona suti oligosaxaridlarining biosintezi
Hujayra fabrikalari va fermentativ / kimyoviy-fermentativ tizimlar HMO sintezi uchun qoʻllaniladigan zamonaviy texnologiyalardir. HMOni sanoat miqyosida ishlab chiqarishda mikrob hujayra fabrikalari yordamidagi fermentatsiya, biokimyoviy sintez va turli fermentativ reaksiyalar HMOni biologik ishlab chiqarishning amalga oshirish mumkin boʻlgan usullaridir. Iqtisodiy sabablarga koʻra, mikrob hujayra fabrikalari orqali biosintez hozirda HMOni sanoat miqyosida ishlab chiqarishda qoʻllaniladigan yagona usuldir.
Mikrob hujayra fabrikalari yordamida HMO fermentatsiyasi
E.coli, Saccharomyces cerevisiae va Lactococcus lactis HMO kabi biologik molekulalarni biologik ishlab chiqarishda keng qoʻllaniladigan hujayra fabrikalaridir. Fermentatsiya mikroorganizmlar yordamida substratni maqsadli biologik molekulalarga aylantiradigan biokimyoviy jarayondir. Mikrob hujayra fabrikalari oddiy shakarlarni substrat sifatida ishlatib, ularni HMOga aylantiradi. Oddiy shakarlar (masalan, laktoza) moʻl va arzon substrat boʻlgani sababli biosintez jarayoni iqtisodiy jihatdan samarali boʻlib qoladi.
Oʻsish va biokonversiya tezligiga asosan oziq moddalarning (substratning) mikroorganizmlarga massa almashinuvi orqali yetib borishi taʼsir qiladi. Massa almashinuvi tezligi fermentatsiya vaqtida mahsulot sinteziga taʼsir qiladigan asosiy omildir. Ultratovush bilan ishlov berish massa almashinuvini kuchaytirishi bilan yaxshi maʼlum.
Fermentatsiya davomida hujayralar imkon qadar tez oʻsib, keyin maqsadli biomolekulalarni (masalan, HMO kabi oligosaxaridlar; insulin; rekombinant oqsillar) ishlab chiqarishi uchun bioreaktordagi sharoitlar doimiy ravishda kuzatilishi va boshqarilishi kerak. Nazariy jihatdan, mahsulot hosil boʻlishi hujayra kulturasi oʻsa boshlashi bilanoq boshlanadi. Biroq, ayniqsa genetik modifikatsiyalangan hujayralarda, masalan, muhandislik yoʻli bilan oʻzgartirilgan mikroorganizmlarda, bu odatda keyinroq substratga maqsadli biomolekula ekspressiyasini oshiradigan kimyoviy modda qoʻshish orqali induksiya qilinadi. Ultratovushli bioreaktorlarni (sono-bioreaktorlarni) aniq boshqarish mumkin va ular mikroblarni oʻziga xos tarzda ragʻbatlantirish imkonini beradi. Bu biosintezning tezlashishiga va mahsulot chiqishining oshishiga olib keladi.
Ultratovushli lizis va ekstraksiya: murakkab HMO fermentatsiyasi past fermentatsiya titrlari va mahsulotlarning hujayra ichida qolishi tufayli cheklanishi mumkin. Ultratovushli lizis va ekstraksiya tozalash va keyingi qayta ishlash jarayonlaridan oldin hujayra ichidagi materialni ajratib chiqarish uchun qoʻllaniladi.
Ultratovush yordamida kuchaytirilgan fermentatsiya
Escherichia coli, muhandislik yoʻli bilan oʻzgartirilgan E.coli, Saccharomyces cerevisiae va Lactococcus lactis kabi mikroblarning oʻsish tezligini boshqariladigan past chastotali ultratovush bilan ishlov berish orqali massa almashinuvi tezligi va hujayra devori oʻtkazuvchanligini oshirish hisobiga tezlashtirish mumkin. Yumshoq, issiqlik bilan bogʻliq boʻlmagan ishlov berish usuli sifatida ultratovush bilan ishlov berish fermentatsiya buloniga sof mexanik kuchlarni qoʻllaydi.
Akustik kavitatsiya: ultratovush bilan ishlov berishning ishlash tamoyili akustik kavitatsiyaga asoslanadi. Ultratovushli zond (sonotrod) past chastotali ultratovush toʻlqinlarini muhitga uzatadi. Ultratovush toʻlqinlari suyuqlik orqali tarqalib, navbatma-navbat yuqori bosim (siqilish) / past bosim (siyraklashish) sikllarini hosil qiladi. Suyuqlikning navbatma-navbat sikllarda siqilishi va choʻzilishi natijasida juda mayda vakuum pufakchalari paydo boʻladi. Ushbu kichik vakuum pufakchalari bir necha sikl davomida oʻsib, boshqa energiyani yuta olmaydigan oʻlchamga yetadi. Oʻsishning ushbu eng yuqori nuqtasida vakuum pufakchasi shiddat bilan ichkariga qulab, mahalliy ekstremal sharoitlarni hosil qiladi; bu kavitatsiya hodisasi deb ataladi. Kavitatsion “qaynoq nuqta”da bosim va haroratning katta farqlari hamda 280m/sec gacha tezlikdagi suyuqlik oqimchalari bilan birga kuchli siljish kuchlarini kuzatish mumkin. Ushbu kavitatsion taʼsirlar tufayli toʻliq massa almashinuvi va sonoporatsiya (hujayra devorlari va hujayra membranalarining teshilishi) taʼminlanadi. Substratdagi oziq moddalar tirik, butun hujayralarga tomon va ularning ichiga tashiladi, natijada hujayra fabrikalari optimal oziqlanadi hamda oʻsish va konversiya tezliklari oshadi. Ultratovushli bioreaktorlar biomassaga bitta idishda amalga oshiriladigan biosintez jarayonida ishlov berishning oddiy, ammo juda samarali strategiyasidir.
Aniq boshqariladigan, yumshoq ultratovush bilan ishlov berish fermentatsiya jarayonlarini jadallashtirishi bilan yaxshi maʼlum.
Ultratovush bilan ishlov berish “substratning oʻzlashtirilishini kuchaytirish, hujayra gʻovakligini oshirish orqali ishlab chiqarish yoki oʻsishni kuchaytirish va hujayra komponentlarining ajralib chiqishini ehtimol kuchaytirish orqali tirik hujayralar ishtirokidagi koʻplab biojarayonlarning unumdorligini” oshiradi. (Naveena et al. 2015)
Ultratovush yordamidagi fermentatsiya haqida batafsil oʻqing!
- Mahsulot chiqishining oshishi
- Tezlashtirilgan fermentatsiya
- Hujayraga xos ragʻbatlantirish
- Substrat oʻzlashtirilishining kuchayishi
- Hujayra gʻovakligining oshishi
- Boshqarish oson
- Xavfsiz
- Mavjud tizimga oson oʻrnatish
- Miqyosni chiziqli oshirish
- Partiyali yoki oqim liniyasida ishlov berish
- Investitsiyaning tez qaytishi
Naveena et al. (2015) ultratovush bilan jadallashtirish bioishlov berish davomida bir qator afzalliklarni, jumladan, samaradorlikni oshiruvchi boshqa ishlov berish usullariga nisbatan past ekspluatatsiya xarajatlari, boshqarishning soddaligi va quvvatga nisbatan kam talabni taqdim etishini aniqlagan.
MultiSonoReactor MSR-4 ona suti oligosaxaridlari (HMO) biosintezini kuchaytirish uchun mos sanoat oqim liniyasi gomogenizatoridir.
Yuqori unumdorlikdagi ultratovushli fermentatsiya reaktorlari
Fermentatsiya jarayonlarida hujayra fabrikalari vazifasini bajaradigan bakteriyalar yoki achitqilar kabi tirik mikroorganizmlar ishtirok etadi. Ultratovush bilan ishlov berish massa almashinuvini kuchaytirish va mikroorganizmlarning oʻsish hamda konversiya tezligini oshirish uchun qoʻllanilsa-da, hujayra fabrikalarining nobud boʻlishiga yoʻl qoʻymaslik uchun ultratovush intensivligini aniq boshqarish nihoyatda muhimdir.
Hielscher Ultrasonics yuqori unumdorlikdagi ultratovush qurilmalarini loyihalash, ishlab chiqarish va tarqatishga ixtisoslashgan; fermentatsiyada yuqori mahsulot chiqishini taʼminlash uchun bu qurilmalarni aniq boshqarish va kuzatish mumkin.
Jarayonni boshqarish nafaqat yuqori mahsulot chiqishi va yuqori sifat uchun zarur, balki natijalarni takrorlash va qayta hosil qilish imkonini ham beradi. Ayniqsa hujayra fabrikalarini ragʻbatlantirishda yuqori mahsulot chiqishiga erishish va hujayralarning yemirilishiga yoʻl qoʻymaslik uchun ultratovush bilan ishlov berish parametrlarini hujayraga xos tarzda moslashtirish zarur. Shuning uchun Hielscher ultratovush qurilmalarining barcha raqamli modellari ultratovush bilan ishlov berish parametrlarini sozlash, kuzatish va qayta koʻrib chiqish imkonini beradigan aqlli dasturiy taʼminot bilan jihozlangan. Amplituda, harorat, bosim, ultratovush bilan ishlov berish davomiyligi, ish sikllari va kiritilgan energiya kabi ultratovush jarayoni parametrlari fermentatsiya orqali HMO ishlab chiqarishni kuchaytirish uchun zarurdir.
Hielscher ultratovush qurilmalarining aqlli dasturiy taʼminoti barcha muhim jarayon parametrlarini oʻrnatilgan SD-kartaga avtomatik ravishda yozib boradi. Ultratovush bilan ishlov berish jarayoni maʼlumotlarini avtomatik qayd etish tegishli ishlab chiqarish amaliyotlari (GMP) uchun talab qilinadigan jarayonni standartlashtirish va qayta hosil qilinuvchanlik / takrorlanuvchanlikning asosidir.
Fermentatsiya uchun ultratovushli reaktorlar
Hielscher turli oʻlcham, uzunlik va geometriyadagi ultratovushli zondlarni taklif etadi; ulardan partiyali hamda uzluksiz oqimli ishlov berishda foydalanish mumkin. Sono-bioreaktorlar deb ham ataladigan ultratovushli reaktorlar istalgan hajm uchun mavjud boʻlib, kichik laboratoriya namunalaridan tajriba va toʻliq tijorat ishlab chiqarishi miqyosigacha boʻlgan ultratovushli bioishlov berishni qamrab oladi.
Ultratovushli sonotrodning reaksiya idishidagi joylashuvi muhit ichida kavitatsiya va mikrooqimlarning taqsimlanishiga taʼsir qilishi yaxshi maʼlum. Sonotrod va ultratovushli reaktor hujayra bulonining ishlov beriladigan hajmiga mos ravishda tanlanishi kerak. Ultratovush bilan ishlov berish partiyali hamda uzluksiz rejimda bajarilishi mumkin boʻlsa-da, katta ishlab chiqarish hajmlari uchun uzluksiz oqimli qurilmadan foydalanish tavsiya etiladi. Ultratovushli oqim hujayrasidan oʻtishda butun hujayra muhiti ultratovush bilan ishlov berishning aynan bir xil taʼsiriga duch keladi, bu esa eng samarali ishlov berishni taʼminlaydi. Hielscher Ultrasonics kompaniyasining keng turdagi ultratovushli zondlari va oqim hujayrasi reaktorlari ultratovushli bioishlov berish uchun ideal tizimni yigʻish imkonini beradi.
Hielscher Ultrasonics – Laboratoriyadan tajriba miqyosiga va ishlab chiqarishga
Hielscher Ultrasonics ultratovush uskunalarining toʻliq doirasini qamrab oladi: namunalarni tayyorlash uchun ixcham qoʻlda ushlanadigan ultratovushli gomogenizatorlardan tortib stol usti va tajriba tizimlarigacha, shuningdek, soatiga yuk mashinalari sigʻimiga teng miqdordagi materialga oson ishlov beradigan kuchli sanoat ultratovush qurilmalarini taklif etadi. Oʻrnatish va mahkamlash imkoniyatlari jihatidan koʻp maqsadli va moslashuvchan boʻlgan Hielscher ultratovush qurilmalarini barcha turdagi partiyali reaktorlarga, oziqa bosqichma-bosqich qoʻshiladigan partiyali tizimlarga yoki uzluksiz oqimli tizimlarga oson integratsiya qilish mumkin.
Turli aksessuarlar va buyurtma asosida tayyorlangan qismlar ultratovush tizimingizni jarayon talablaringizga ideal moslashtirish imkonini beradi.
Murakkab sharoitlarda toʻliq yuklama va ogʻir ish rejimida 24/7 ishlash uchun yaratilgan Hielscher ultratovushli protsessorlari ishonchli boʻlib, faqat kam miqdorda texnik xizmat talab qiladi.
Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi:
| Partiya hajmi | Hajmiy oqim tezligi | Tavsiya etiladigan qurilmalar |
|---|---|---|
| 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. | kattaroq | qurilmalar klasteri: UIP16000 |
Biz bilan bogʻlaning! / Bizdan soʻrang!
Yuqori quvvatli ultratovushli gomogenizatorlar – laboratoriya miqyosidan tajriba va sanoat miqyosigacha.
Adabiyotlar / Manbalar
- 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.
Bilishga arziydigan faktlar
Hujayra fabrikalari yordamida biosintez
Mikrob hujayra fabrikasi mikrob hujayralaridan ishlab chiqarish vositasi sifatida foydalanadigan bioinjeneriya usulidir. Mikroblarni genetik muhandislik yoʻli bilan oʻzgartirish orqali bakteriyalar, achitqilar, zamburugʻlar, sutemizuvchi hujayralari yoki suvoʻtlar kabi mikroorganizmlarning DNKsi oʻzgartirilib, mikroblar hujayra fabrikalariga aylantiriladi. Hujayra fabrikalari substratlarni, masalan, oziq-ovqat, farmatsevtika, kimyo va yoqilgʻi ishlab chiqarishda ishlatiladigan qimmatli biologik molekulalarga aylantirish uchun qoʻllaniladi. Hujayra fabrikalariga asoslangan biosintezning turli strategiyalari tabiiy metabolitlarni ishlab chiqarish, geterologik biosintetik yoʻllarning ekspressiyasi yoki oqsil ekspressiyasiga qaratilgan.
Hujayra fabrikalaridan tabiiy metabolitlarni sintez qilish, geterologik biosintetik yoʻllarni ekspressiya qilish yoki oqsillarni ekspressiya qilish uchun foydalanish mumkin.
Tabiiy metabolitlar biosintezi
Tabiiy metabolitlar hujayra fabrikasi sifatida ishlatiladigan hujayralar tabiiy ravishda ishlab chiqaradigan biologik molekulalar deb taʼriflanadi. Hujayra fabrikalari ushbu biologik molekulalarni hujayra ichida yoki tashqariga ajratiladigan modda sifatida ishlab chiqaradi. Ikkinchi holat afzalroq, chunki u maqsadli birikmalarni ajratish va tozalashni osonlashtiradi. Tabiiy metabolitlarga aminokislotalar va nuklein kislotalar, antibiotiklar, vitaminlar, fermentlar, biofaol birikmalar hamda hujayraning anabolik yoʻllari orqali ishlab chiqariladigan oqsillar misol boʻladi.
Geterologik biosintetik yoʻllar
Qiziqish uygʻotadigan birikmani ishlab chiqarishga urinishda eng muhim qarorlardan biri uni tabiiy xoʻjayin organizmda ishlab chiqarib, shu organizmni optimallashtirish yoki biosintetik yoʻlni boshqa yaxshi oʻrganilgan xoʻjayin organizmga koʻchirishni tanlashdir. Agar asl xoʻjayin organizmni sanoat fermentatsiyasi jarayoniga moslashtirish mumkin boʻlsa va bunda salomatlik bilan bogʻliq xavflar (masalan, zaharli yon mahsulotlar hosil boʻlishi) mavjud boʻlmasa, bu afzal strategiya boʻlishi mumkin (masalan, penitsillin uchun shunday boʻlgan). Biroq koʻplab zamonaviy holatlarda sanoat uchun afzal hujayra fabrikasi va unga bogʻliq platforma jarayonlaridan foydalanish imkoniyati biosintetik yoʻlni koʻchirish qiyinligidan ustun keladi.
Oqsil ekspressiyasi
Oqsil ekspressiyasiga gomologik va geterologik usullar orqali erishish mumkin. Gomologik ekspressiyada organizmda tabiiy ravishda mavjud boʻlgan gen meʼyordan yuqori darajada ekspressiya qilinadi. Bunday yuqori ekspressiya orqali muayyan biologik molekulaning yuqoriroq chiqishiga erishish mumkin. Geterologik ekspressiya uchun muayyan gen ushbu gen tabiiy ravishda mavjud boʻlmagan xoʻjayin hujayraga koʻchiriladi. Hujayra muhandisligi va rekombinant DNK texnologiyasi yordamida gen xoʻjayin organizmning DNKsiga kiritiladi, shunda xoʻjayin hujayra tabiiy ravishda ishlab chiqarmaydigan oqsilni (katta) miqdorda ishlab chiqaradi. Oqsil ekspressiyasi turli xoʻjayinlarda amalga oshiriladi: bakteriyalar, masalan, E. coli va Bacillis subtilis; achitqilar, masalan, Klyuveromyces lactis, Pichia pastoris, S. cerevisiae; ipsimon zamburugʻlar, masalan, A. niger; hamda sutemizuvchilar va hasharotlar kabi koʻp hujayrali organizmlardan olingan hujayralar. Koʻplab oqsillar katta tijorat qiziqishiga ega, jumladan, ommaviy ishlab chiqariladigan fermentlar, murakkab biofarmatsevtik preparatlar, diagnostika va tadqiqot reagentlari. (qarang: A.M. Davy et al. 2017)