Inson suti oligosakkaridlarini biosintetik ishlab chiqarish
Fermentatsiya yoki fermentativ reaktsiyalar orqali inson suti oligosakkaridlarini (HMO) biosintezi murakkab, iste'mol qiluvchi va ko'pincha past mahsuldor jarayondir. Ultrasonikatsiya substrat va hujayra fabrikalari o'rtasidagi massa uzatishni oshiradi va hujayra o'sishi va metabolizmini rag'batlantiradi. Shunday qilib, sonikatsiya fermentatsiya va biokimyoviy jarayonlarni kuchaytiradi, natijada HMO ning tezlashtirilgan va samaraliroq ishlab chiqarilishiga olib keladi.
inson suti oligosakkaridlari
Inson suti oligosakkaridlari (HMO), shuningdek, inson suti glikanlari sifatida ham tanilgan, oligosakkaridlar guruhiga kiruvchi shakar molekulalaridir. HMOlarning ko'zga ko'ringan misollari 2'-fukosillaktoza (2′-FL), lakto-N-neotetraoza (LNnT), 3'-galaktosillaktoza (3)′-GL) va difukozillaktoza (DFL).
Ko'krak suti 150 dan ortiq turli xil HMO tuzilmalaridan iborat bo'lsa-da, faqat 2'-fukozillaktoza (2'-FL) va lakto-N-neotetraoza (LNnT) hozirda tijorat darajasida ishlab chiqariladi va chaqaloq formulalarida ozuqaviy qo'shimchalar sifatida ishlatiladi.
Inson suti oligosakkaridlari (HMO) chaqaloqlarning ovqatlanishidagi ahamiyati bilan mashhur. Ko'krak suti oligosakkaridlari chaqaloqning ichaklarida prebiyotiklar, antimikrobiyallar va immunomodulyatorlar bo'lib, miya rivojlanishiga sezilarli hissa qo'shadigan noyob turdagi ozuqa moddalaridir. HMOlar faqat ona sutida mavjud; boshqa sutemizuvchilar sutlarida (masalan, sigir, echki, qo'y, tuya va boshqalar) oligosakkaridlarning bunday o'ziga xos shakli yo'q.
Odam suti oligosakkaridlari ona sutidagi uchinchi eng keng tarqalgan qattiq komponent bo'lib, ular suvda erigan yoki emulsiyalangan yoki suspenziyalangan holda mavjud bo'lishi mumkin. Laktoza va yog 'kislotalari inson sutida eng ko'p uchraydigan qattiq moddalardir. HMO'lar 0,35-0,88 untsiya (9,9-24,9 g) / L konsentratsiyasida mavjud. Taxminan 200 ga yaqin tizimli ravishda turli xil ona suti oligosakkaridlari ma'lum. Barcha ayollarning 80 foizida dominant oligosakkarid 2 ni tashkil qiladi′- fukozillaktoza, inson ona sutida taxminan 2,5 g / L konsentratsiyada mavjud.
HMOlar hazm bo'lmagani uchun ular ovqatlanishga kaloriyali hissa qo'shmaydi. Sindirilmaydigan uglevodlar bo'lib, ular prebiyotiklar vazifasini bajaradi va kerakli ichak mikroflorasi, ayniqsa bifidobakteriyalar tomonidan tanlab fermentlanadi.
- chaqaloqlarning rivojlanishini rag'batlantirish
- miya rivojlanishi uchun muhimdir
- yallig'lanishga qarshi va mavjud
- oshqozon-ichak traktida yopishqoqlikka qarshi ta'sir
- kattalardagi immunitet tizimini qo'llab-quvvatlaydi
The ultratovushli protsessor UIP2000hdT massa o'tkazuvchanligini oshiradi va HMO kabi biosintezlangan biologik molekulalarning yuqori hosildorligi uchun hujayra fabrikalarini faollashtiradi.
Odam suti oligosakkaridlarining biosintezi
Hujayra fabrikalari va enzimatik / kimyo-fermentativ tizimlar HMO sintezi uchun ishlatiladigan zamonaviy texnologiyalardir. Sanoat miqyosida HMO ishlab chiqarish uchun mikrobial hujayra zavodlarining fermentatsiyasi, biokimyoviy sintez va turli fermentativ reaktsiyalar HMO bio-ishlab chiqarishning mumkin bo'lgan usullaridir. Iqtisodiy sabablarga ko'ra, mikrobial hujayra zavodlari orqali biosintez hozirgi vaqtda HMOlarni sanoat ishlab chiqarish darajasida qo'llaniladigan yagona usuldir.
Mikrobial hujayra fabrikalari yordamida HMOlarni fermentatsiyalash
E.coli, Saccharomyces cerevisiae va Lactococcus lactis HMO kabi biologik molekulalarni bio-ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan keng tarqalgan hujayra zavodlaridir. Fermentatsiya - bu substratni maqsadli biologik molekulalarga aylantirish uchun mikroorganizmlar yordamida biokimyoviy jarayon. Mikrob hujayralari zavodlari substrat sifatida oddiy shakarlardan foydalanadi, ular HMOga aylanadi. Oddiy shakar (masalan, laktoza) ko'p, arzon substrat bo'lganligi sababli, bu biosintez jarayonini tejamkor qiladi.
O'sish va biokonversiya tezligi, asosan, mikroorganizmlarga ozuqa moddalarining (substratning) ommaviy o'tishi bilan ta'sir qiladi. Massa uzatish tezligi fermentatsiya jarayonida mahsulot sinteziga ta'sir qiluvchi asosiy omil hisoblanadi. Ultrasonikatsiya ommaviy uzatishni targ'ib qilish uchun yaxshi ma'lum.
Fermentatsiya paytida bioreaktordagi sharoitlar doimiy ravishda nazorat qilinishi va tartibga solinishi kerak, shunda hujayralar maqsadli biomolekulalarni (masalan, HMOs, insulin, rekombinant oqsillar kabi oligosakkaridlar) ishlab chiqarish uchun imkon qadar tezroq o'sishi mumkin. Nazariy jihatdan, mahsulot shakllanishi hujayra madaniyati o'sishi bilanoq boshlanadi. Biroq, ayniqsa, genetik jihatdan o'zgartirilgan hujayralarda, masalan, muhandislik mikroorganizmlarida, u odatda keyinchalik substratga kimyoviy moddani qo'shish orqali induktsiya qilinadi, bu esa maqsadli biomolekulaning ifodasini tartibga soladi. Ultrasonik bioreaktorlar (sono-bioreaktor) aniq nazorat qilinishi mumkin va mikroblarning o'ziga xos stimulyatsiyasiga imkon beradi. Bu tezlashtirilgan biosintez va yuqori hosilga olib keladi.
Ultrasonik lizis va ekstraktsiya: Murakkab HMOlarning fermentatsiyasi past fermentatsiya titrlari va hujayra ichida qolgan mahsulotlar bilan cheklanishi mumkin. Ultrasonik liziz va ekstraktsiya tozalash va quyi oqim jarayonlaridan oldin hujayra ichidagi materialni chiqarish uchun ishlatiladi.
Ultrasonik targ'ib qilingan fermentatsiya
Escherichia coli, muhandislik E.coli, Saccharomyces cerevisiae va Lactococcus lactis kabi mikroblarning o'sish tezligi nazorat ostida past chastotali ultratovushni qo'llash orqali massa uzatish tezligini va hujayra devorining o'tkazuvchanligini oshirish orqali tezlashishi mumkin. Yumshoq, termal bo'lmagan ishlov berish usuli sifatida ultratovush fermentatsiya buloniga sof mexanik kuchlarni qo'llaydi.
Akustik kavitatsiya: Sonikatsiyaning ishlash printsipi akustik kavitatsiyaga asoslangan. Ultrasonik prob (sonotrode) past chastotali ultratovush to'lqinlarini muhitga birlashtiradi. Ultratovush to'lqinlari suyuqlik orqali o'tib, o'zgaruvchan yuqori bosimli (siqilish) / past bosimli (kamdan-kam uchraydigan) tsikllarni hosil qiladi. Suyuqlikni o'zgaruvchan davrlarda siqish va cho'zish orqali daqiqali vakuum pufakchalari paydo bo'ladi. Ushbu kichik vakuum pufakchalari bir necha tsikl davomida o'sib boradi, ular boshqa energiyani o'zlashtira olmaydigan o'lchamga erishadilar. Maksimal o'sishning ushbu nuqtasida vakuum pufakchasi shiddat bilan portlaydi va kavitatsiya fenomeni deb nomlanuvchi mahalliy ekstremal sharoitlarni keltirib chiqaradi. Kavitatsion "issiq nuqta" da yuqori bosim va harorat farqlari va 280 m / sek gacha bo'lgan suyuqlik oqimlari bilan kuchli kesish kuchlari kuzatilishi mumkin. Ushbu kavitatsion ta'sirlar orqali to'liq massa almashinuvi va sonoporatsiyaga (hujayra devorlari va hujayra membranalarining teshilishi) erishiladi. Substratning ozuqa moddalari tirik butun hujayralarga va ichiga suzadi, shuning uchun hujayra fabrikalari optimal darajada oziqlanadi va o'sish va konversiya tezligi tezlashadi. Ultrasonik bioreaktorlar oddiy, ammo bir vaqtning o'zida biosintez jarayonida biomassani qayta ishlash uchun juda samarali strategiyadir.
Aniq boshqariladigan, yumshoq sonikatsiya fermentatsiya jarayonlarini kuchaytirish uchun yaxshi ma'lum.
Sonication "substratning so'rilishini kuchaytirish, hujayra g'ovakligini oshirish orqali ishlab chiqarish yoki o'sishni kuchaytirish va hujayra tarkibiy qismlarining potentsial ravishda kuchayishi orqali jonli hujayralar ishtirokidagi ko'plab bioproseslarning mahsuldorligini" yaxshilaydi. (Naveena va boshq. 2015)
Ultratovushli fermentatsiya haqida ko'proq o'qing!
- Hosildorlikning oshishi
- Tezlashtirilgan fermentatsiya
- Hujayraga xos stimulyatsiya
- Substratni yaxshi qabul qilish
- Hujayra porozligining oshishi
- Ishlash oson
- xavfsiz
- Oddiy Retro-Fitting
- Chiziqli masshtabni kattalashtirish
- Ommaviy yoki InIine ishlov berish
- Tez daromadli daromad
Naveena va boshqalar. (2015) ultratovushli intensivlashtirish bioprocessing jarayonida bir qator afzalliklarni, jumladan, boshqa davolash usullariga nisbatan past operatsion xarajatlarni, ishlashning soddaligini va oddiy quvvat talablarini taqdim etishini aniqladi.
MultiSanoReaktor MSR-4 Inson suti oligosakkaridlarining (HMO) yaxshilangan biosintezi uchun mos bo'lgan sanoat inline gomogenizator.
Yuqori samarali ultratovushli fermentatsiya reaktorlari
Fermentatsiya jarayonlari hujayra fabrikasi sifatida ishlaydigan bakteriyalar yoki xamirturush kabi tirik mikroorganizmlarni o'z ichiga oladi. Mikroorganizmlarning o'sishi va konversiya tezligini oshirish va massa o'tkazishni rag'batlantirish uchun sonikatsiya qo'llanilsa-da, hujayra zavodlarini yo'q qilishning oldini olish uchun ultratovush intensivligini aniq nazorat qilish juda muhimdir.
Hielscher Ultrasonics yuqori samarali ultrasonikatorlarni loyihalash, ishlab chiqarish va tarqatish bo'yicha mutaxassis bo'lib, ular yuqori fermentatsiya hosildorligini ta'minlash uchun aniq nazorat qilinishi va kuzatilishi mumkin.
Jarayonni nazorat qilish nafaqat yuqori hosil va yuqori sifat uchun muhim, balki natijalarni takrorlash va takrorlash imkonini beradi. Ayniqsa, hujayra fabrikalarini rag'batlantirish haqida gap ketganda, sonikatsiya parametrlarining hujayraga xos moslashuvi yuqori rentabellikka erishish va hujayra degradatsiyasini oldini olish uchun juda muhimdir. Shuning uchun, Hielscher ultrasonikatorlarining barcha raqamli modellari sonikatsiya parametrlarini sozlash, kuzatish va qayta ko'rib chiqish imkonini beruvchi aqlli dasturiy ta'minot bilan jihozlangan. Amplituda, harorat, bosim, sonikatsiya davomiyligi, ish davrlari va energiya kiritish kabi ultratovushli jarayon parametrlari fermentatsiya orqali HMO ishlab chiqarishni rag'batlantirish uchun zarurdir.
Hielscher ultrasonikatorlarining aqlli dasturiy ta'minoti avtomatik ravishda barcha muhim jarayon parametrlarini o'rnatilgan SD-kartada qayd etadi. Sonikatsiya jarayonining avtomatik ma'lumotlarini yozib olish yaxshi ishlab chiqarish amaliyotlari (GMP) uchun zarur bo'lgan jarayonni standartlashtirish va takrorlanuvchanlik / takroriylik uchun asosdir.
Fermentatsiya uchun ultratovush rektorlari
Hielscher turli o'lchamdagi, uzunlikdagi va geometriyadagi ultratovushli zondlarni taklif qiladi, ular partiyalar uchun, shuningdek, doimiy oqim orqali ishlov berish uchun ishlatilishi mumkin. Ultrasonik reaktorlar, shuningdek, sono-bioreaktorlar sifatida ham tanilgan, kichik laboratoriya namunalaridan tortib to uchuvchi va to'liq tijorat ishlab chiqarish darajasigacha bo'lgan ultratovushli bioqayta ishlashni qamrab oladigan har qanday hajm uchun mavjud.
Ma'lumki, ultratovushli sonotrodning reaktsiya idishidagi joylashuvi kavitatsiya va mikro-oqimning muhitda tarqalishiga ta'sir qiladi. Sonotrode va ultratovushli reaktor hujayra bulonini qayta ishlash hajmiga muvofiq tanlanishi kerak. Sonikatsiya to'plamda ham, uzluksiz rejimda ham amalga oshirilishi mumkin bo'lsa-da, yuqori ishlab chiqarish hajmlari uchun doimiy oqim o'rnatishdan foydalanish tavsiya etiladi. Ultrasonik oqim xujayrasidan o'tib, barcha hujayra muhiti eng samarali davolashni ta'minlaydigan sonikatsiyaga mutlaqo bir xil ta'sir qiladi. Hielscher Ultrasonics keng ko'lamli ultratovushli zondlar va oqim hujayra reaktorlari ideal ultratovushli bioprocessing o'rnatishni yig'ish imkonini beradi.
Hielscher Ultrasonics – Laboratoriyadan pilotgacha, ishlab chiqarishgacha
Hielscher Ultrasonics skameykali va uchuvchi tizimlarga namuna tayyorlash uchun ixcham qo'lda ultratovushli homogenizatorlarni, shuningdek, soatiga yuk yuklarini osonlik bilan qayta ishlaydigan kuchli sanoat ultratovush qurilmalarini taklif qiluvchi ultratovush uskunalarining to'liq spektrini qamrab oladi. O'rnatish va o'rnatish variantlarida ko'p qirrali va moslashuvchan bo'lgan Hielscher ultrasonikatorlari barcha turdagi ommaviy reaktorlarga, oziqlangan partiyalarga yoki uzluksiz oqim orqali o'rnatishga osongina integratsiya qilinishi mumkin.
Har xil aksessuarlar va moslashtirilgan qismlar sizning ultratovush sozlamalaringizni jarayon talablariga ideal moslashtirishga imkon beradi.
To'liq yuk va og'ir sharoitlarda 24/7 ishlash uchun qurilgan Hielscher ultratovushli protsessorlari ishonchli va faqat kam texnik xizmat ko'rsatishni talab qiladi.
Quyidagi jadvalda ultrasonikatorlarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati ko'rsatilgan:
| To'plam hajmi | Oqim darajasi | Tavsiya etilgan qurilmalar |
|---|---|---|
| 1 dan 500 ml gacha | 10 dan 200 ml / min | UP100H |
| 10 dan 2000 ml gacha | 20 dan 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 dan 20 L gacha | 0.2 dan 4L/min gacha | UIP2000hdT |
| 10 dan 100 l gacha | 2 dan 10 l / min | UIP4000hdT |
| na | 10 dan 100 l / min | UIP16000 |
| na | kattaroq | ning klasteri UIP16000 |
Biz bilan bog'lanish! / Bizdan so'rang!
Yuqori quvvatli ultratovushli gomogenizatorlardan laboratoriya uchun uchuvchi va sanoat masshtab.
Adabiyot / Adabiyotlar
- 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
Mikrobial hujayra fabrikasi - bu mikrobial hujayralarni ishlab chiqarish ob'ekti sifatida ishlatadigan bioinjeneriya usuli. Mikroblarni genetik muhandislik yo'li bilan bakteriyalar, xamirturushlar, zamburug'lar, sutemizuvchilar hujayralari yoki suv o'tlari kabi mikroorganizmlarning DNKsi mikroblarni hujayra fabrikalariga aylantiradi. Hujayra zavodlari substratlarni qimmatli biologik molekulalarga aylantirish uchun ishlatiladi, ular oziq-ovqat, farmatsevtika, kimyo va yoqilg'i ishlab chiqarishda qo'llaniladi. Hujayra zavodiga asoslangan biosintezning turli strategiyalari mahalliy metabolitlarni ishlab chiqarishga, heterologik biosintetik yo'llarni ifodalashga yoki oqsillarni ifodalashga qaratilgan.
Hujayra fabrikalari tabiiy metabolitlarni sintez qilish, geterologik biosintetik yo'llarni ifodalash yoki oqsillarni ifodalash uchun ishlatilishi mumkin.
Mahalliy metabolitlarning biosintezi
Mahalliy metabolitlar hujayra zavodi sifatida ishlatiladigan hujayralar tabiiy ravishda ishlab chiqaradigan biologik molekulalar sifatida belgilanadi. Hujayra fabrikalari bu biologik molekulalarni hujayra ichida yoki ajratilgan moddani ishlab chiqaradi. Ikkinchisiga afzallik beriladi, chunki u maqsadli birikmalarni ajratish va tozalashni osonlashtiradi. Mahalliy metabolitlarga aminokislotalar va nuklein kislotalar, antibiotiklar, vitaminlar, fermentlar, bioaktiv birikmalar va hujayraning anabolik yo'llaridan hosil bo'lgan oqsillar misol bo'ladi.
Heterolog biosintetik yo'llar
Qiziqarli birikma ishlab chiqarishga urinayotganda, eng muhim qarorlardan biri bu mahalliy xostda ishlab chiqarishni tanlash va bu xostni optimallashtirish yoki yo'lni boshqa taniqli xostga o'tkazishdir. Agar asl xostni sanoat fermentatsiya jarayoniga moslash mumkin bo'lsa va bunda sog'liq bilan bog'liq xavflar bo'lmasa (masalan, zaharli qo'shimcha mahsulotlar ishlab chiqarish), bu afzal strategiya bo'lishi mumkin (masalan, penitsillin uchun bo'lgani kabi). ). Biroq, ko'pgina zamonaviy holatlarda, sanoatda afzal qilingan hujayra zavodidan va tegishli platforma jarayonlaridan foydalanish potentsiali yo'lni o'tkazish qiyinligini oshiradi.
protein ifodasi
Proteinlarni ifodalash gomologik va geterologik usullar bilan amalga oshirilishi mumkin. Gomologik ifodada organizmda tabiiy ravishda mavjud bo'lgan gen ortiqcha ifodalangan. Ushbu haddan tashqari ifoda orqali ma'lum bir biologik molekulaning yuqori hosildorligini olish mumkin. Geterologik ifoda uchun o'ziga xos gen mezbon hujayraga o'tkaziladi, chunki gen tabiiy ravishda mavjud emas. Hujayra muhandisligi va rekombinant DNK texnologiyasidan foydalangan holda, gen uy egasining DNKsiga kiritiladi, shunda xost hujayrasi tabiiy ravishda ishlab chiqara olmaydigan (katta) miqdordagi protein ishlab chiqaradi. Protein ifodasi bakteriyalarning turli xostlarida, masalan, E. coli va Bacillis subtilis, xamirturushlar, masalan, Klyuveromyces lactis, Pichia pastoris, S. cerevisiae, filamentli zamburug'lar, masalan, A. niger va ko'p hujayrali organizmlardan olingan hujayralarda amalga oshiriladi. sutemizuvchilar va hasharotlar kabi. Ko'p sonli oqsillar, jumladan, quyma fermentlar, murakkab biofarmatsevtika, diagnostika va tadqiqot reagentlaridan katta tijorat qiziqishiga ega. (qarang. AM Davy va boshq. 2017)