Яңалыклар - Био фармацевтик ферментация процессында эретелгән кислород дәрәҗәләрен мониторинглау

Нәрсә эретелгән кислород?

Эретелгән кислород (DO) молекуляр кислородны аңлата_₂) суда эри. Ул су молекулаларында булган кислород атомнарыннан аерылып тора (H._₂О), суда мөстәкыйль кислород молекулалары формасында булганлыктан, атмосферадан яки су үсемлекләре фотосинтезы ярдәмендә барлыкка килгән. DO концентрациясе төрле факторлар, шул исәптән температура, тозлы булу, су агымы, биологик эшчәнлек тәэсирендә. Шулай итеп, ул су мохитенең сәламәтлеген һәм пычрану торышын бәяләү өчен критик күрсәткеч булып хезмәт итә.

Эретелгән кислород микробиаль матдәләр алмашын пропагандалауда, кәрәзле сулышка, үсешкә һәм метаболик продуктларның биосинтезына тәэсир итүдә мөһим роль уйный. Ләкин эретелгән кислородның югары дәрәҗәсе һәрвакытта да файдалы түгел. Артык кислород тупланган продуктларның матдәләр алмашына китерергә һәм агулы реакцияләргә китерергә мөмкин. Оптималь DO дәрәҗәсе төрле бактерия төрләре арасында төрле. Мәсәлән, пенициллинның биосинтезы вакытында, гадәттә, якынча 30% һава туендырыла. Әгәр дә DO нульгә төшсә һәм биш минут шул дәрәҗәдә калса, продукт формалашуы сизелерлек бозылырга мөмкин. Әгәр дә бу хәл 20 минут дәвам итсә, кире кайтарылмаган зыян булырга мөмкин.

Хәзерге вакытта иң еш кулланыла торган DO сенсорлары эретелгән кислородның абсолют концентрациясен түгел, ә чагыштырмача һава туендыруны үлчәя ала. Мәдәният стерилизациясеннән соң, сенсор уку тотрыклыланганчы, аэрация һәм селкетү башкарыла, шул вакытта кыйммәт 100% һава туендырыла. Ферментация процессында алдагы үлчәүләр бу сылтамага нигезләнгән. Абсолют DO кыйммәтләре стандарт сенсорлар ярдәмендә билгеләнә алмый һәм поларография кебек алдынгы техниканы таләп итә. Ләкин, һава туендыру үлчәүләре, гадәттә, ферментация процессларын контрольдә тоту өчен җитәрлек.

Ферментер эчендә DO дәрәҗәләре төрле төбәкләрдә төрле булырга мөмкин. Бервакыт тотрыклы уку алынса да, кайбер культура массакүләм мәгълүмат чараларында үзгәрүләр булырга мөмкин. Зур ферментерлар DO дәрәҗәсендә зуррак киңлек үзгәрүләрен күрсәтәләр, бу микробиаль үсешкә һәм җитештерүчәнлеккә зур йогынты ясый ала. Эксперименталь дәлилләр күрсәткәнчә, уртача DO дәрәҗәсе 30% булса да, үзгәрүчән шартларда ферментация эше тотрыклы шартларга караганда сизелерлек түбән. Шуңа күрә, ферментларның масштабында - геометрик һәм көч охшашлыгын исәпкә алмаганда, киңлек DO үзгәрүләрен киметү төп тикшеренү максаты булып кала.

Ни өчен биофармацевтик ферментациядә эретелгән кислород мониторингы мөһим?

1. Микроорганизмнар яки күзәнәкләр өчен оптималь үсеш мохитен саклау
Индустриаль ферментация гадәттә аэробик микроорганизмнарны үз эченә ала, мәсәлән, Эшеричия коли һәм чүпрә, яки имезүчеләр күзәнәкләре, мәсәлән, Кытай Гамстер аналык (CHO) күзәнәкләре. Бу күзәнәкләр ферментация системасы кысаларында "эшчеләр" булып эшлиләр, сулыш алу һәм метаболик активлык өчен кислород таләп итәләр. Кислород аэробик сулышта терминал электрон кабул итүчесе булып хезмәт итә, бу ATP формасында энергия җитештерергә мөмкинлек бирә. Кислород белән тәэмин ителешнең җитмәве кәрәзле тоныклануга, үсешне кулга алуга, хәтта күзәнәк үлеменә китерергә мөмкин, ахыр чиктә ферментация эшләмәүгә китерә. DO дәрәҗәләрен мониторинглау кислород концентрацияләренең тотрыклы күзәнәк үсеше һәм яшәеш өчен оптималь диапазонда калуын тәэмин итә.

2. Максатлы продуктларның эффектив синтезын тәэмин итү
Биофармацевтик ферментациянең максаты - күзәнәкләрнең таралышын арттыру гына түгел, инсулин, моноклональ антителалар, вакциналар һәм ферментлар кебек кирәкле продуктларның эффектив синтезын җиңеләйтү. Бу биосинтетик юллар еш кына зур энергия кертүне таләп итәләр, беренче чиратта аэробик сулыштан. Моннан тыш, продукт синтезында катнашкан күп фермент системалары турыдан-туры кислородка бәйле. Кислород җитмәү бу юлларның эффективлыгын бозырга яки киметергә мөмкин.

Моннан тыш, DO дәрәҗәләре көйләүче сигнал булып эшли. Чиктән тыш югары һәм түбән DO концентрацияләре:
- Кәрәзле метаболик юлларны үзгәртү, мәсәлән, аэроб сулышыннан азрак эффектив анаероб ферментациясенә күчү.
- Кәрәзле стресс реакцияләрен эшләтеп җибәрү, теләмәгән продуктлар җитештерүгә китерә.
- Экзоген протеиннарның белдерү дәрәҗәләренә йогынты ясау.

Ферментациянең төрле этапларында DO дәрәҗәсен төгәл контрольдә тотып, кәрәзле метаболизмны максималь продукт синтезына юнәлтергә мөмкин, шуның белән югары тыгызлыкка һәм югары уңышлы ферментациягә ирешергә мөмкин.

Био фармацевтика өчен су агымы схемасы белән таныштыру

3. Кислород җитмәү яки артык
Кислород җитмәү (гипоксия) авыр нәтиҗәләргә китерергә мөмкин:
- Күзәнәк үсеше һәм продукт синтезы туктый.
- Метаболизм анаероб юлларына күчә, нәтиҗәдә сөт кислотасы һәм кисотик кислотасы кебек органик кислоталар туплана, алар культураның pH-ны түбәнәйтә һәм күзәнәкләрне агулый ала.
- Озакка сузылган гипоксия кире кайтарылгысыз зыян китерергә мөмкин, кислород белән тәэмин ителгәннән соң да тулы булмаган.

Артык кислород (суперсатурация) шулай ук куркыныч тудыра:
- Бу оксидиатив стресска һәм күзәнәк мембраналарына һәм биомолекулаларга зыян китерүче реактив кислород төрләре (ROS) барлыкка китерергә мөмкин.
- Артык аэрация һәм агитация энергия куллануны һәм оператив чыгымнарны арттыра, кирәксез ресурс калдыкларына китерә.

4. Реаль вакыт мониторингы һәм кире элемтә белән идарә итүнең критик параметры буларак

DO - реаль вакыт, өзлексез һәм комплекслы параметр, ул ферментация системасының эчке шартларын чагылдыра. DO дәрәҗәсенең үзгәрүе төрле физиологик һәм оператив халәтне сизгер итеп күрсәтә ала:
- Күзәнәкнең тиз үсүе кислород куллануны арттыра, DO дәрәҗәсенең төшүенә китерә.
- Субстратның бетүе яки тыелуы матдәләр алмашын акрынайта, кислород куллануны киметә һәм DO дәрәҗәсенең күтәрелүенә китерә.
- Чит микроорганизмнарның пычрануы кислород куллану формасын үзгәртә, аномаль DO үзгәрүенә китерә һәм иртә кисәтүче сигнал булып хезмәт итә.
- stirиһазларның эшләмәве, мәсәлән, стритерның ватылуы, вентиляция торбасының блоклануы, яки фильтрның пычрануы, шулай ук аномаль DO тәртибенә китерергә мөмкин.

Реаль вакыттагы DO мониторингын автоматлаштырылган кире контроль системасына интеграцияләп, DO дәрәҗәләрен төгәл көйләүгә түбәндәге параметрларның динамик көйләнеше ярдәмендә ирешеп була:
- Тизләнү тизлеге: Тизлекне арттыру газ-сыек контактны күперләрне өзеп көчәйтә, шуның белән кислород тапшыруның эффективлыгын күтәрә. Бу иң еш кулланыла торган һәм эффектив ысул.
- Аэрация тизлеге: Агым тизлеген яки керү газының составын көйләү (мәсәлән, һава яки саф кислород өлешен арттыру).
- Танк басымы: басымны күтәрү кислородның өлешчә басымын арттыра, шуның белән эретүчәнлекне көчәйтә.
- Температура: температураны төшерү культурада кислородның эрүчәнлеген арттыра.

Биологик ферментацияне онлайн мониторинглау өчен BOQU продукт тәкъдимнәре: