Sanoat ishlab chiqarishida bioengineer qilingan hujayralarning ultratovushli lizisi
E. coli, shuningdek, genetik jihatdan o'zgartirilgan sutemizuvchilar va o'simlik hujayralari turlari kabi bioinjeneriya qilingan bakteriyalar turlari molekulalarni ifodalash uchun biotexnologiyada keng qo'llaniladi. Ushbu sintezlangan bio-molekulalarni chiqarish uchun ishonchli hujayralarni buzish texnikasi talab qilinadi. Yuqori samarali ultratovushli hujayra lizisining samarali va ishonchli isbotlangan usuli hisoblanadi – osonlik bilan katta o'tkazish qobiliyatiga ega. Hielscher Ultrasonics sizga katta hajmdagi yuqori sifatli bio-molekulalarni ishlab chiqarish uchun samarali hujayra lizisi uchun yuqori samarali ultratovush uskunasini taklif qiladi.
Hujayra fabrikalaridan molekulalarni ajratib olish
Biomolekulalarning keng assortimentini ishlab chiqarish uchun turli xil muhandislik mikroblari va o'simlik hujayralari mikrobial hujayralar fabrikalari sifatida ishlatilishi mumkin, jumladan Escherichia coli, Bacillus subtilis, Pseudomonas putida, Streptomyces, Corynebacterium glutamicum, Lactococcus lacti, Sayanobacteria, Sianobacteria, pastoris, Yarrowia lipolytica, Nicotiana benthamiana va suv o'tlari va boshqalar. Ushbu hujayra fabrikalari oqsillar, lipidlar, biokimyoviy moddalar, polimerlar, bioyoqilg'i va oleokimyoviy moddalarni ishlab chiqarishi mumkin, ular sanoatda oziq-ovqat yoki xom ashyo sifatida ishlatiladi. Hujayra zavodlari sifatida ishlatiladigan hujayralar yopiq bioreaktorlarda o'stiriladi, bu erda ular yuqori samaradorlik, o'ziga xoslik va kam energiya talablariga erishishlari mumkin.
Maqsadli molekulalarni biomuhandislik qilingan hujayra madaniyatidan ajratib olish uchun hujayra ichidagi materialni chiqarish uchun hujayralar buzilishi kerak. Ultrasonik hujayra buzg'unchilar hujayra parchalanishi va birikmalarni chiqarish uchun juda ishonchli va samarali usul sifatida yaxshi tasdiqlangan.
kabi ultratovushli hujayra parchalanuvchilari UIP2000hdT mikrob hujayralari zavodlaridan birikmalarni ajratib olish uchun ishlatiladi.
Mikrob hujayralari fabrikalari turli xil qimmatli birikmalarni sintez qilish uchun ishlatiladigan metabolik muhandislik hujayralaridir. Ultrasonik hujayra buzilishi hujayra ichidagi qimmatli birikmalarni chiqarishning samarali va ishonchli usuli hisoblanadi.
o'rganish va grafik: ©Villaverde, 2010.
Ultrasonik hujayralarni buzuvchilarning afzalliklari
Termal bo'lmagan, yumshoq, ammo yuqori samarali texnologiya sifatida ultratovushli disruptorlar laboratoriya va sanoatda hujayralarni parchalash va yuqori sifatli ekstraktlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi, masalan, hujayra fabrikalaridan molekulalarni izolyatsiya qilish uchun ishlatiladi.
- Yuqori samarali
- Termal bo'lmagan, haroratga sezgir moddalar uchun ideal
- Ishonchli, takrorlanadigan natijalar
- Aniq ishlov berish nazorati
- Kattaroq o'tkazuvchanlik uchun chiziqli o'lchov
- Sanoat ishlab chiqarish quvvatlari uchun mavjud
Mikrob hujayralari zavodlarini samarali ravishda buzish uchun quvvat-ultratovush
Ultrasonik hujayralarni buzuvchilarning mexanizmi va ta'siri:
Ultrasonik hujayra buzilishi ultratovush to'lqinlarining kuchidan foydalangan. Ultrasonik gomogenizator / hujayra buzuvchisi titanium qotishmasidan tayyorlangan zond (aka sonotrode) bilan jihozlangan bo'lib, u taxminan yuqori chastotada tebranadi. 20 kHz. Bu ultratovushli zond soniyasiga 20 000 tebranishlarni soniklangan suyuqlikka ulashini anglatadi. Suyuqlikka qo'shilgan ultratovush to'lqinlari o'zgaruvchan yuqori bosim / past bosim davrlari bilan tavsiflanadi. Past bosimli aylanish jarayonida suyuqlik kengayadi va daqiqali vakuum pufakchalari paydo bo'ladi. Bu juda kichik pufakchalar boshqa energiyani o'zlashtira olmaguncha bir necha o'zgaruvchan bosim davrlarida o'sadi. Bu vaqtda kavitatsiya pufakchalari shiddat bilan portlaydi va mahalliy darajada energiyaga boy favqulodda muhitni yaratadi. Bu hodisa akustik kavitatsiya deb ataladi va mahalliy darajada juda yuqori haroratlar, juda yuqori bosim va kesish kuchlari bilan tavsiflanadi. Ushbu siljish stresslari hujayra devorlarini samarali ravishda buzadi va hujayraning ichki qismi va uning atrofidagi erituvchi o'rtasida massa o'tkazuvchanligini oshiradi. Sof mexanik usul sifatida ultratovush yordamida hosil bo'lgan kesish kuchlari keng qo'llaniladi va bakterial hujayralarni buzish, shuningdek, oqsillarni izolyatsiya qilish uchun tavsiya etilgan protsedura. Oddiy va tezkor hujayra buzilishi usuli sifatida sonikatsiya kichik, o'rta va katta hajmdagi izolyatsiyalash uchun idealdir. Hielscher raqamli ultrasonikatorlari aniq sonication nazorati uchun sozlamalarning aniq menyusi bilan jihozlangan. Barcha sonikatsiya ma'lumotlari avtomatik ravishda o'rnatilgan SD-kartada saqlanadi va ularga oddiygina kirish mumkin. Ultrasonik parchalanish jarayonida tashqi sovutish, puls rejimida sonikatsiya va boshqalar kabi issiqlik tarqalishining murakkab variantlari ideal jarayon haroratining saqlanishini va shu bilan ekstraksiya qilingan issiqlikka sezgir birikmalarning butunligini ta'minlaydi.
Tadqiqot ultratovushli hujayra buzilishi va ekstraktsiyasining kuchli tomonlarini ta'kidlaydi
Prof. Chemat va boshqalar. (2017) o'z tadqiqotida "ultratovush yordamida ekstraksiya oziq-ovqat va tabiiy mahsulotlar uchun an'anaviy texnikaga yashil va iqtisodiy jihatdan foydali alternativ hisoblanadi. Asosiy afzalliklari - qazib olish va qayta ishlash vaqtini qisqartirish, ishlatiladigan energiya va erituvchilar miqdori, birlik operatsiyalari va CO2 emissiyalar”.
Gabig-Ciminska va boshqalar. (2014) DNKni chiqarish uchun spora lizisini o'rganishda yuqori bosimli gomogenizator va ultratovushli hujayra dsintegratoridan foydalangan. Hujayralarni buzishning ikkala usulini taqqoslab, tadqiqot guruhi spora DNKsi uchun hujayra lizisiga nisbatan "tahlil yuqori bosimli gomogenizatsiyadan hujayra lizatlarini qo'llash orqali amalga oshirildi" degan xulosaga keldi. Keyinchalik, ultratovushli hujayra buzilishi bu maqsadda ajoyib afzalliklarga ega ekanligini angladik. Bu juda tez va kichik namuna hajmlari uchun qayta ishlanishi mumkin. (Gabig-Ciminska va boshqalar, 2014)
Sanoat ultratovushli hujayra parchalanuvchi UIP4000hdT (4000 Vt, 20 kHz) Mikrob hujayralari zavodlaridan sintezlangan birikmalarni doimiy ravishda inline izolyatsiya qilish va tozalash uchun.
Oziq-ovqat ishlab chiqarish uchun hujayra fabrikalaridan biomolekulalar
Mikrobial hujayra zavodlari bakteriyalar, xamirturushlar, zamburug'lar va boshqalar kabi mikrobial mikroorganizmlarning metabolik bio-muhandisligi yo'li bilan tabiiy va mahalliy bo'lmagan metabolitlarning yuqori hosillarini olish uchun mikrobial organizmlardan foydalangan holda hayotiy va samarali ishlab chiqarish usuli hisoblanadi. Aspergillus oryzae, zamburug'lar va bakteriyalar kabi. Ushbu quyma fermentlar oziq-ovqat va ichimliklar ishlab chiqarish, shuningdek, qishloq xo'jaligi, bioenergiya va uy xo'jaligida qo'llaniladi.
Acetobacter xylinum va Gluconacetobacter xylinus kabi ba'zi bakteriyalar fermentatsiya jarayonida tsellyuloza ishlab chiqaradi, bu erda pastdan yuqoriga qarab nantolalar sintezlanadi. Bakterial tsellyuloza (mikrobial tsellyuloza deb ham ataladi) kimyoviy jihatdan o'simlik tsellyulozasiga teng, ammo u yuqori kristallik darajasiga va yuqori tozalikka (lignin, gemitsellyuloza, pektin va boshqa biogen tarkibiy qismlardan xoli), shuningdek tsellyuloza nanotolasining noyob tuzilishiga ega. to'qilgan uch o'lchovli (3D) to'rli tarmoq. (Cf. Zhong, 2020) O'simlikdan olingan tsellyuloza bilan solishtirganda, bakterial tsellyuloza yanada barqaror va ishlab chiqarilgan tsellyuloza toza, murakkab tozalash bosqichlarini talab qilmaydi. NaOH yoki SDS (natriy dodesil sulfat) yordamida ultratovush va erituvchi ekstraktsiyasi bakterial hujayralardan bakterial tsellyulozani izolyatsiya qilish uchun juda samarali.
Farmatsevtika va vaktsina ishlab chiqarish uchun hujayra zavodlaridan biomolekulalar
Hujayra fabrikalaridan olingan eng mashhur farmatsevtika mahsulotlaridan biri bu inson insulinidir. Biologik muhandislik insulin ishlab chiqarish uchun asosan E. coli va Saccharomyces cerevisiae ishlatiladi. Biologik sintezlangan nano-o'lchamdagi molekulalar yuqori biologik muvofiqlikni ta'minlaganligi sababli, ferritin kabi biologik nanozarralar ko'plab bioishlab chiqarish ilovalari uchun foydalidir. Bundan tashqari, metabolik yo'l bilan yaratilgan mikroblarda ishlab chiqarish ko'pincha olingan hosilda sezilarli darajada samaraliroq bo'ladi. Masalan, artemisinik kislota, resveratrol va likopen ishlab chiqarish o'n baravardan bir necha yuz martagacha oshdi va sanoat miqyosida ishlab chiqarish yo'lga qo'yilgan yoki ishlab chiqilmoqda. (qarang. Liu va boshqalar; Microb. Cell Fact. 2017)
Masalan, ferritin va virusga o'xshash zarrachalar kabi o'z-o'zini yig'ish xususiyatiga ega bo'lgan oqsilga asoslangan nano o'lchamdagi biomolekulalar vaktsinani ishlab chiqish uchun ayniqsa qiziq, chunki ular patogenlarning hajmi va tuzilishini taqlid qiladi va antigenlarning sirt konjugatsiyasiga mos keladi. immun hujayralari bilan o'zaro ta'siri. Bunday molekulalar ma'lum bir maqsadli molekulani ishlab chiqaradigan hujayra fabrikalarida (masalan, muhandislik E. coli shtammlari) ifodalanadi.
Ultrasonik lizis va E. coli BL21 ning Ferritin chiqishi uchun protokoli
Ferritin oqsil bo'lib, uning asosiy vazifasi temirni saqlashdir. Ferritin vaktsinalarda o'z-o'zidan yig'iladigan nanozarralar sifatida istiqbolli imkoniyatlarni namoyish etadi, bu erda u vaktsinani etkazib berish vositasi sifatida ishlatiladi (masalan, SARS-Cov-2 boshoq oqsillari). Sun va boshqalarning ilmiy tadqiqotlari. al. (2016) rekombinant ferritin Escherichia coli dan past NaCl konsentratsiyasida (≤50 mmol/L) eruvchan shakl sifatida chiqarilishi mumkinligini ko'rsatadi. E. coli BL21da ferritinni ifodalash va ferritinni chiqarish uchun quyidagi protokol muvaffaqiyatli qo'llanildi. Rekombinant pET-28a/ferritin plazmidi E coli BL21 (DE3) shtammiga aylantirildi. Ferritin E coli BL21 (DE3) hujayralari LB o'sish muhitida 37 ° C da 0,5% kanamitsin bilan o'stirildi va 37 ° C da 3 soat davomida 0,4% izopropil-b-D-tiogalaktopiranosid bilan 0,6 OD600 da induktsiya qilindi. Yakuniy madaniyat 4 ° C da 10 daqiqa davomida 8000 g santrifüjlash orqali yig'ib olindi va pellet yig'ildi. Keyin granula LB muhitida (1% NaCl, 1% Typone, 0,5% xamirturush ekstrakti)/lizis buferida (20 mmol/L Tris, 50 mmol/L NaCl, 1 mmol/L EDTA, pH 7,6) va turli xilda qayta suspenziya qilindi. NaCl eritmasining konsentratsiyasi (0, 50, 100, 170 va 300 mmol/L), mos ravishda. Bakterial hujayra lizisi uchun sonikatsiya impuls rejimida qo'llanilgan: masalan, yordamida Ultrasonicator UP400St 100% amplitudada 5 soniya ON, 10 sekund O'CHIRISH, 40 tsikl uchun) va keyin 15 daqiqa davomida 4 ° C da 10 000 g da santrifüjlanadi. Supernatant va cho'kma natriy dodesil sulfat poliakrilamid gel elektroforezi (SDS-PAGE) bilan tahlil qilindi. Barcha natriy dodesil sulfat bilan bo'yalgan jellar yuqori aniqlikdagi skaner yordamida skanerdan o'tkazildi. Jel tasvirlari Magic Chemi 1D dasturi yordamida tahlil qilindi. Optimal ravshanlik uchun parametrlarni sozlash orqali protein bantlari aniqlandi. Bantlar uchun ma'lumotlar texnik uch nusxada yaratilgan. (qarang. Sun va boshqalar, 2016)
Hujayra fabrikalarining sanoat lizisi uchun ultratovushli hujayra buzilishi
Ultrasonik lizis va ekstraktsiya hujayra fabrikalaridan metabolitlarni chiqarishning ishonchli va qulay usuli bo'lib, maqsadli molekulalarni samarali ishlab chiqarishga yordam beradi. Ultrasonik hujayra buzg'unchilar laboratoriyadan sanoat o'lchamiga qadar mavjud va jarayonlar to'liq chiziqli miqyosda bo'lishi mumkin.
Hielscher Ultrasonics sizning yuqori samarali ultratovushli disruptorlar bo'yicha vakolatli hamkoringizdir va dastgoh va sanoat sharoitlarida ultratovush tizimlarini implantatsiya qilish sohasida uzoq yillik tajribaga ega.
Murakkab apparat va dasturiy ta'minot haqida gap ketganda, Hielscher Ultrasonics hujayra buzilishi tizimlari optimal jarayonni boshqarish, qulay foydalanish va foydalanuvchilarga qulaylik uchun barcha talablarni bajaradi. Hielscher ultrasonikatorlarining mijozlari va foydalanuvchilari Hielscher ultratovushli hujayra buzilishi va ekstraktorlari jarayonni aniq kuzatish va nazorat qilish imkonini beradigan foydani qadrlashadi. – raqamli sensorli displey va brauzerning masofadan boshqarish pulti orqali. Barcha muhim sonikatsiya ma'lumotlari (masalan, aniq energiya, umumiy energiya, amplituda, davomiylik, harorat, bosim) avtomatik ravishda o'rnatilgan SD-kartada CSV fayli sifatida saqlanadi. Bu takrorlanadigan va takrorlanadigan natijalarni olishga yordam beradi va jarayonni standartlashtirishni, shuningdek, Yaxshi ishlab chiqarish amaliyotini (cGMP) bajarilishini osonlashtiradi.
Albatta, Hielscher ultratovushli protsessorlari to'liq yuk ostida 24/7 ishlash uchun qurilgan va shuning uchun sanoat ishlab chiqarish sharoitida ishonchli ishlashi mumkin. Yuqori mustahkamlik va past texnik xizmat ko'rsatish tufayli ultratovush uskunasining ishlamay qolishi haqiqatan ham past. CIP (joyida toza) va SIP (joyida sterilizatsiya) funksiyalari mashaqqatli tozalashni minimallashtiradi, ayniqsa, barcha nam qismlar silliq metall yuzalar bo'lganligi sababli (yashirin teshiklar yoki nozullar yo'q).
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!
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, uchuvchi va sanoat miqyosida ilovalar, dispersiya, emulsifikatsiya va ekstraktsiyani aralashtirish uchun yuqori samarali ultratovushli homogenizatorlarni ishlab chiqaradi.
Adabiyot / Adabiyotlar
- Sun, W., Jiao, C., Xiao, Y., Wang, L., Yu, C., Liu, J., Yu, Y., Wang, L. (2016):Salt-Dependent Aggregation and Assembly of E Coli-Expressed Ferritin. Dose-Response, March 2016.
- Rodrigues, M.Q.; Alves, P.M.; Roldão, A. (2021): Functionalizing Ferritin Nanoparticles for Vaccine Development. Pharmaceutics 2021, 13, 1621.
- Farid Chemat, Natacha Rombaut, Anne-Gaëlle Sicaire, Alice Meullemiestre, Anne-Sylvie Fabiano-Tixier, Maryline Abert-Vian (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 34, 2017. 540-560.
- Villaverde, Antonio (2010): Nanotechnology, bionanotechnology and microbial cell factories. Microbial Cell Factories 2010 9:53.
Bilishga arziydigan faktlar
sono-bioreaktorlar
Ultratovush bir tomondan hujayra ichidagi birikmalarni chiqarish uchun hujayralarni buzish uchun ishlatiladi, lekin yumshoqroq amplitudalar va / yoki pulsatsiyalanuvchi ultratovush portlashlari bilan qo'llaniladi, sonikatsiya bioreaktorlarda mikrobial, o'simlik va hayvon hujayralarining metabolik mahsuldorligini sezilarli darajada oshirishi mumkin va shu bilan biotexnologik jarayonlarni kuchaytiradi. Ultrasonik zondlar jonli biokatalizatorlarning samaradorligini oshirish uchun oddiygina bioreaktorlarga (sono-bioreaktorlar deb ataladi) birlashtirilishi mumkin. Hielscher ultrasonikatorlari aniq nazorat qilinadigan ultratovush sharoitlariga imkon beradi, ular tirik hujayralarning yuqori katalitik konversiyasiga optimal tarzda sozlanishi mumkin. Sonobioreaktorlar uchun Hielscher ultratovushli zondlari va ultratovushli kuchaytirilgan biokatalizning ta'siri haqida ko'proq bilib oling!
Hujayra fabrikalari va metabolitlarning sintezi
Turli mikroorganizmlar o'xshash metabolitlarni sintez qilishi mumkin, masalan, aminokislotalarni ishlab chiqarish uchun Corynebacterium, Brevibacterium va Escherichia coli muvaffaqiyatli ishlatilgan; vitaminlar Propionibacterium va Pseudomonas yordamida sintez qilingan; organik kislotalar Aspergillus, Lactobacillus, Rhizopusdan olinadi; fermentlar Aspergillus va Bacillus tomonidan ishlab chiqarilishi mumkin; antibiotiklar Streptomyces va Penicillium tomonidan ishlab chiqarilishi mumkin; biosurfaktanlarni ishlab chiqarish uchun keng tarqalgan Pseudomonas, Bacillus va Lactobacillus hujayra zavodlari sifatida ishlatiladi.
E. Coli mikrobial hujayra fabrikalari sifatida
Bakteriyalar E. coli va uning ko'plab shtammlari molekulyar biologiyada keng qo'llaniladi va rekombinant oqsillar, bioyoqilg'i va boshqa turli xil kimyoviy moddalarni ishlab chiqarish uchun asmikrobiyal hujayra zavodlarida qo'llaniladigan birinchi samarali hujayra modellaridan biri bo'ldi. E. coli bio-muhandislik va genetik modifikatsiyalar orqali yaxshilangan bir nechta birikmalarni ishlab chiqarish uchun tabiiy qobiliyatga ega. Masalan, geterologik fermentlarni o'tkazish orqali E.coli ning ko'plab mahsulotlarni ishlab chiqarish qobiliyati yangi biosintetik yo'llarni ishlab chiqish uchun o'zgartirildi.
(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.)
Streptomitslar mikrob hujayralari fabrikalari sifatida
Streptomyces - aktinomitsetlarning eng katta guruhi; Streptomyces turlari suv va quruqlik ekotizimlarida keng tarqalgan. Streptomyces jinsi a'zolari ko'p miqdordagi biomolekulalar va biologik faol ikkilamchi metabolitlarni ishlab chiqarish qobiliyati tufayli tijorat qiziqishiga ega. U tetratsiklinlar, aminoglikozidlar, makrolidlar, xloramfenikol va rifamitsinlar kabi klinik jihatdan foydali antibiotiklarni ishlab chiqaradi. Antibiotiklardan tashqari, Streptomyces shuningdek, keng tibbiy va qishloq xo'jaligida qo'llaniladigan saratonga qarshi, immunostimulyator, immunosupressiv, antioksidant moddalar, insektitsidlar va parazitlarga qarshi dorilar kabi boshqa qimmatli farmatsevtika mahsulotlarini ishlab chiqaradi.
Streptomyces turlari tibbiy ahamiyatga ega bo'lgan bir qator fermentlarni ishlab chiqaradi, jumladan L-asparaginaza, urikaz va xolesterin oksidaza. Ko'pgina aktinomitsetalar tsellyulazalar, xitinazalar, xitozanazalar, a-amilazalar, proteazalar va lipazlar kabi sanoat uchun muhim fermentlarni ishlab chiqishi mumkin. Ko'pgina aktinomitsetlar sintetik ranglarga potentsial yaxshi alternativ bo'lgan turli xil pigmentlarni ishlab chiqarishi mumkin. Streptomyces turlari faol sirt biomolekulalarini, shu jumladan bioemulsifikatorlar va biosurfaktanlarni ishlab chiqarish uchun katta imkoniyatlarga ega. Antidiyabetik akarboza mikrobial fermentatsiya orqali Streptomyces shtammlari tomonidan ishlab chiqarilgan. Streptomyces turlari pravastatin kabi xolesterin sintezi inhibitörlerini sintez qilish qobiliyatini ko'rsatdi. Yaqinda Streptomyces turlari nanozarrachalar sintezi uchun ekologik toza "nanofabrikalar" sifatida ishlatilishi mumkin. Ba'zi Streptomyces turlari B12 vitamini ishlab chiqarish uchun istiqbolli hisoblanadi.
(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.)
Hielscher Ultrasonics kompaniyasi yuqori samarali ultratovushli homogenizatorlarni ishlab chiqaradi laboratoriya uchun sanoat hajmi.