Яңалыклар - Биофармацевтик ферментация процессында эрегән кислород дәрәҗәсен күзәтү

Эрегән кислород нәрсә ул?

Эрегән кислород (DO) молекуляр кислородны (O) аңлата._₂) суда эри. Ул су молекулаларындагы кислород атомнарыннан (H_₂O), чөнки ул суда бәйсез кислород молекулалары рәвешендә була, алар атмосферадан килеп чыга яки су үсемлекләре фотосинтезы аша барлыкка килә. DO концентрациясенә төрле факторлар, шул исәптән температура, тозлылык, су агымы һәм биологик активлык йогынты ясый. Шуңа күрә ул су мохитенең сәламәтлеген һәм пычрану торышын бәяләү өчен мөһим күрсәткеч булып хезмәт итә.

Эрегән кислород микроблар метаболизмын стимуллаштыруда, күзәнәк сулышына, үсешенә һәм метаболизм продуктларының биосинтезына йогынты ясауда мөһим роль уйный. Ләкин эрегән кислородның югарырак дәрәҗәсе һәрвакытта да файдалы түгел. Артык кислород тупланган продуктларның алга таба метаболизмына китерергә һәм токсик реакцияләргә китерергә мөмкин. Оптималь DO дәрәҗәләре төрле бактерия төрләре арасында төрлечә була. Мәсәлән, пенициллин биосинтезы вакытында DO гадәттә якынча 30% һава туендырылганлыгында тотыла. Әгәр DO нульгә төшсә һәм шул дәрәҗәдә биш минут калса, продукт формалашуы сизелерлек начарланырга мөмкин. Әгәр бу халәт 20 минут дәвам итсә, кире кайтарып булмый торган зыян китерергә мөмкин.

Хәзерге вакытта иң еш кулланыла торган DO сенсорлары эрегән кислородның абсолют концентрациясен түгел, ә һаваның чагыштырмача туендырылуын гына үлчи ала. Культура мохитен стерилизацияләгәннән соң, сенсор күрсәткече тотрыкланганчы аэрация һәм болгату башкарыла, бу вакытта кыйммәт 100% һава туендырылуына билгеләнә. Ферментация процессы вакытында аннан соңгы үлчәүләр бу белешмәлеккә нигезләнә. DOның абсолют кыйммәтләрен стандарт сенсорлар ярдәмендә билгеләргә мөмкин түгел һәм алар полярография кебек алдынгырак ысулларны таләп итә. Ләкин, гадәттә, һава туендыру үлчәүләре ферментация процессларын күзәтү һәм контрольдә тоту өчен җитә.

Ферментатор эчендә DO дәрәҗәләре төрле төбәкләрдә төрлечә булырга мөмкин. Хәтта бер ноктада тотрыклы күрсәткечләр алынганда да, кайбер культура мохитләрендә тирбәнешләр булырга мөмкин. Зуррак ферментаторлар DO дәрәҗәләрендә зуррак киңлек үзгәрешләре күрсәтә, бу микроблар үсешенә һәм продуктивлыгына сизелерлек йогынты ясый ала. Эксперименталь дәлилләр күрсәткәнчә, уртача DO дәрәҗәсе 30% булса да, тирбәнешле шартларда ферментация нәтиҗәлелеге тотрыклы шартларга караганда сизелерлек түбәнрәк. Шуңа күрә, ферментаторларны масштаблауда - геометрик һәм көч охшашлыгын исәпкә алмаганда - киңлек DO үзгәрешләрен минимальләштерү төп тикшеренү максаты булып кала.

Ни өчен биофармацевтик ферментациядә эрегән кислородны күзәтү мөһим?

1. Микроорганизмнар яки күзәнәкләр өчен оптималь үсеш мохитен саклап калу
Сәнәгать ферментациясе гадәттә аэроб микроорганизмнарны, мәсәлән, Escherichia coli һәм чүпрәләрне, яки имезүчеләр күзәнәкләрен, мәсәлән, Кытай хомяк йомыркасын (CHO) үз эченә ала. Бу күзәнәкләр ферментация системасында "эшчеләр" булып эшли, сулыш алу һәм метаболик активлык өчен кислород таләп итә. Кислород аэроб сулыш алуда электронның терминаль акцепторы булып хезмәт итә, АТФ формасында энергия җитештерүне тәэмин итә. Кислород белән җитәрлек тәэмин ителмәү күзәнәкнең буылуына, үсешнең туктатылуына яки хәтта күзәнәкнең үлеменә китерергә мөмкин, нәтиҗәдә ферментация уңышсызлыгына китерә. DO дәрәҗәсен күзәтү кислород концентрациясенең күзәнәкнең тотрыклы үсеше һәм яшәүчәнлеге өчен оптималь диапазонда калуын тәэмин итә.

2. Максатчан продуктларның нәтиҗәле синтезын тәэмин итү
Биофармацевтик ферментациянең максаты - күзәнәкләрнең үрчүен стимуллаштыру гына түгел, ә инсулин, моноклональ антитәнчекләр, вакциналар һәм ферментлар кебек максатчан продуктларның нәтиҗәле синтезын җиңеләйтү. Бу биосинтетик юллар еш кына зур энергия чыгымнарын таләп итә, нигездә аэроб сулыш алудан алына. Моннан тыш, продукт синтезында катнашучы күп ферментатив системалар турыдан-туры кислородка бәйле. Кислород җитмәү бу юлларның нәтиҗәлелеген бозарга яки киметергә мөмкин.

Моннан тыш, DO дәрәҗәләре көйләүче сигнал булып хезмәт итә. DO концентрациясенең артык югары да, түбән дә булуы түбәндәгеләрне аңлата:
- Күзәнәк метаболик юлларын үзгәртү, мәсәлән, аэроб сулыш алудан анаэроб ферментациягә күчү.
- Күзәнәк стресс реакцияләрен стимуллаштыра, бу теләмәгән өстәмә продуктлар җитештерүгә китерә.
- Экзоген аксымнарның экспрессия дәрәҗәләренә йогынты ясау.

Ферментациянең төрле этапларында DO дәрәҗәсен төгәл контрольдә тоту аша, күзәнәк метаболизмын максималь максатлы продукт синтезына юнәлтергә, шуның белән югары тыгызлыктагы һәм югары продуктлы ферментациягә ирешергә мөмкин.

Био фармацевтика өчен су агымы диаграммасы белән таныштыру

3. Кислород җитмәү яки артык булуын булдырмау өчен
Кислород җитмәү (гипоксия) җитди нәтиҗәләргә китерергә мөмкин:
- Күзәнәк үсеше һәм продукт синтезы туктала.
- Метаболизм анаэроб юлларга күчә, нәтиҗәдә сөт кислотасы һәм сиркә кислотасы кебек органик кислоталар туплана, алар культура мохитенең pH дәрәҗәсен төшерә һәм күзәнәкләрне агуларга мөмкин.
- Озак вакытлы гипоксия кире кайтарып булмый торган зыян китерергә мөмкин, хәтта кислород белән тәэмин итү торгызылганнан соң да тернәкләнү тулы булмый.

Артык кислород (супертуендыру) шулай ук куркыныч тудыра:
- Ул оксидатив стресс һәм реактив кислород төрләре (ROS) барлыкка килүенә китерә ала, бу күзәнәк мембраналарына һәм биомолекулаларга зыян китерә.
- Артык һаваландыру һәм болгату энергия куллануны һәм эксплуатация чыгымнарын арттыра, бу кирәксез ресурсларны әрәм итүгә китерә.

4. Реаль вакыт режимында мониторинг һәм кире элемтә контроле өчен мөһим параметр буларак

DO - ферментация системасының эчке шартларын чагылдыручы реаль вакыт режимындагы, өзлексез һәм комплекслы параметр. DO дәрәҗәсендәге үзгәрешләр төрле физиологик һәм эш халәтләрен сизгер рәвештә күрсәтә ала:
- Күзәнәкнең тиз үсүе кислород куллануны арттыра, бу исә ДО дәрәҗәсенең кимүенә китерә.
- Субстратның кимүе яки тоткарлануы метаболизмны акрынайта, кислород куллануны киметә һәм DO дәрәҗәсенең артуына китерә.
- Чит микроорганизмнар белән пычрану кислород куллану схемасын үзгәртә, DO аномаль тирбәнешләренә китерә һәм иртә кисәтү сигналы булып хезмәт итә.
- Җиһазларның эшләмәве, мәсәлән, болгаткычның эшләмәве, вентиляция торбаларының тыгылуы яки фильтрның пычрануы да DO режимының гадәти булмаган бозылуына китерергә мөмкин.

Автоматлаштырылган кире элемтә системасына реаль вакыттагы DO мониторингын интеграцияләү аша, DO дәрәҗәләрен төгәл көйләүгә түбәндәге параметрларны динамик көйләү аша ирешеп була:
- Болгату тизлеге: Тизлекне арттыру күбекләрне вату юлы белән газ-сыеклык контактын көчәйтә, шуның белән кислород тапшыру нәтиҗәлелеген яхшырта. Бу иң еш кулланыла торган һәм нәтиҗәле ысул.
- Аэрация тизлеге: Керү газының агым тизлеген яки составын көйләү (мәсәлән, һава яки саф кислород өлешен арттыру).
- Бак басымы: Басымны күтәрү кислородның парциаль басымын арттыра, шуның белән эрүчәнлекне арттыра.
- Температура: Температураны төшерү культура мохитендә кислородның эрүчәнлеген арттыра.

Биологик ферментацияне онлайн күзәтү өчен BOQU продукт тәкъдимнәре: