Жаңылыктар - Биологиялык фармацевтикалык ферментация процессинде эриген кычкылтектин деңгээлин көзөмөлдөө

Эриген кычкылтек деген эмне?

Эриген кычкылтек (DO) молекулярдык кычкылтекти (O) билдирет._₂) сууда эрийт. Ал суу молекулаларындагы кычкылтек атомдорунан (H2O) айырмаланат._₂O), анткени ал сууда атмосферадан келип чыккан же суу өсүмдүктөрү тарабынан фотосинтез аркылуу пайда болгон көз карандысыз кычкылтек молекулалары түрүндө болот. DO концентрациясына температура, туздуулук, суунун агымы жана биологиялык активдүүлүк сыяктуу ар кандай факторлор таасир этет. Ошентип, ал суу чөйрөсүнүн ден соолугун жана булгануу абалын баалоо үчүн маанилүү көрсөткүч болуп кызмат кылат.

Эриген кычкылтек микробдук метаболизмди стимулдаштырууда, клеткалык дем алууга, өсүүгө жана зат алмашуу продуктуларынын биосинтезине таасир этүүдө маанилүү ролду ойнойт. Бирок, эриген кычкылтектин жогорку деңгээли дайыма эле пайдалуу боло бербейт. Ашыкча кычкылтек топтолгон продуктулардын андан ары метаболизмине алып келиши жана уулуу реакцияларды жаратышы мүмкүн. Оптималдуу ДО деңгээли ар кандай бактерия түрлөрү боюнча ар кандай болот. Мисалы, пенициллиндин биосинтези учурунда ДО адатта абанын болжол менен 30% каныккандыгында кармалат. Эгерде ДО нөлгө түшүп, беш мүнөт бою ошол деңгээлде калса, продуктунун пайда болушу бир топ начарлашы мүмкүн. Эгерде бул абал 20 мүнөткө созулса, кайтарылгыс зыян келтирилиши мүмкүн.

Учурда эң көп колдонулган DO сенсорлору эриген кычкылтектин абсолюттук концентрациясын эмес, абанын салыштырмалуу каныгуусун гана өлчөй алат. Өстүрүүчү чөйрөнү стерилдегенден кийин, сенсордун көрсөткүчү турукташканга чейин аэрация жана аралаштыруу жүргүзүлөт, бул учурда маани 100% абанын каныгуусуна коюлат. Ачытуу процессиндеги кийинки өлчөөлөр ушул шилтемеге негизделет. DOнун абсолюттук маанилерин стандарттуу сенсорлорду колдонуу менен аныктоого болбойт жана полярография сыяктуу өркүндөтүлгөн ыкмаларды талап кылат. Бирок, абанын каныгуусун өлчөө, адатта, ачытуу процесстерин көзөмөлдөө жана башкаруу үчүн жетиштүү.

Ферментатордун ичиндеги DO деңгээли ар кайсы аймактарда ар кандай болушу мүмкүн. Бир учурда туруктуу көрсөткүч алынган күндө да, айрым өстүрүүчү чөйрөлөрдө өзгөрүүлөр болушу мүмкүн. Чоңураак ферментаторлор DO деңгээлинде чоң мейкиндик өзгөрүүлөрүн көрсөтүшөт, бул микробдордун өсүшүнө жана өндүрүмдүүлүгүнө олуттуу таасир этиши мүмкүн. Эксперименталдык далилдер көрсөткөндөй, DO деңгээлинин орточо деңгээли 30% түзүшү мүмкүн болсо да, өзгөрүлмө шарттарда ачытуу көрсөткүчү туруктуу шарттарга караганда бир топ төмөн. Ошондуктан, ферментаторлорду масштабдоодо - геометриялык жана кубаттуулук окшоштугун эске албаганда - мейкиндик DO өзгөрүүлөрүн минималдаштыруу изилдөөнүн негизги максаты бойдон калууда.

Биофармацевтикалык ачытууда эриген кычкылтекти көзөмөлдөө эмне үчүн маанилүү?

1. Микроорганизмдер же клеткалар үчүн оптималдуу өсүү чөйрөсүн сактоо
Өнөр жайлык ачытуу адатта Escherichia coli жана ачыткы сыяктуу аэробдук микроорганизмдерди же сүт эмүүчүлөрдүн клеткаларын, мисалы, кытай хомяк энелик безинин (CHO) клеткаларын камтыйт. Бул клеткалар ачытуу системасында "жумушчулар" катары иштешет, дем алуу жана зат алмашуу активдүүлүгү үчүн кычкылтекти талап кылат. Кычкылтек аэробдук дем алууда акыркы электрон акцептору катары кызмат кылат, бул АТФ түрүндө энергия өндүрүүнү камсыз кылат. Кычкылтектин жетишсиздиги клеткалардын муунтулушуна, өсүүнү токтотууга же ал тургай клеткалардын өлүмүнө алып келиши мүмкүн, акырында ачытуунун ийгиликсиз болушуна алып келет. DO деңгээлин көзөмөлдөө кычкылтектин концентрациясынын клеткалардын туруктуу өсүшү жана жашоого жөндөмдүүлүгү үчүн оптималдуу диапазондо болушун камсыздайт.

2. Максаттуу продукциялардын натыйжалуу синтезин камсыз кылуу
Биофармацевтикалык ачытуунун максаты жөн гана клеткалардын көбөйүшүн стимулдаштыруу эмес, инсулин, моноклоналдык антителолор, вакциналар жана ферменттер сыяктуу каалаган максаттуу продуктулардын натыйжалуу синтезин жеңилдетүү болуп саналат. Бул биосинтетикалык жолдор көбүнчө олуттуу энергияны талап кылат, негизинен аэробдук дем алуудан алынат. Мындан тышкары, продукт синтезине катышкан көптөгөн ферменттик системалар түздөн-түз кычкылтекке көз каранды. Кычкылтектин жетишсиздиги бул жолдордун натыйжалуулугун бузушу же төмөндөтүшү мүмкүн.

Мындан тышкары, DO деңгээли жөнгө салуучу сигнал катары кызмат кылат. DO концентрациясынын ашыкча жогору жана төмөн болушу төмөнкүлөрдү жаратышы мүмкүн:
- Клеткалык зат алмашуу жолдорун өзгөртүү, мисалы, аэробдук дем алуудан анча натыйжалуу эмес анаэробдук ачытууга өтүү.
- Клеткалык стресстик реакцияларды козгоп, каалабаган кошумча продуктулардын пайда болушуна алып келет.
- Экзогендик белоктордун экспрессия деңгээлине таасир этүү.

Ачытуунун ар кандай этаптарында DO деңгээлин так көзөмөлдөө менен, клеткалык метаболизмди максималдуу максаттуу продукт синтезине багыттоого, ошону менен жогорку тыгыздыктагы жана жогорку түшүмдүү ачытууга жетишүүгө болот.

Био фармацевтикалык компаниялар үчүн суунун агымынын диаграммасына киришүү

3. Кычкылтектин жетишсиздигинин же ашыкча болушунун алдын алуу үчүн
Гипоксия (кычкылтек жетишсиздиги) олуттуу кесепеттерге алып келиши мүмкүн:
- Клетканын өсүшү жана продукт синтези токтойт.
- Метаболизм анаэробдук жолдорго өтөт, натыйжада сүт кислотасы жана уксус кислотасы сыяктуу органикалык кислоталар топтолот, алар өстүрүүчү чөйрөнүн рН деңгээлин төмөндөтүп, клеткаларды ууландырышы мүмкүн.
- Узакка созулган гипоксия кайтарылгыс зыян келтириши мүмкүн, кычкылтек менен камсыздоо калыбына келтирилгенден кийин да калыбына келүү толук болбойт.

Ашыкча кычкылтек (суперканыгуу) дагы коркунучтарды жаратат:
- Ал кычкылдануу стрессин жана клетка мембраналарына жана биомолекулаларга зыян келтирүүчү реактивдүү кычкылтек түрлөрүнүн (ROS) пайда болушун шартташы мүмкүн.
- Ашыкча аэрация жана аралаштыруу энергияны керектөөнү жана эксплуатациялык чыгымдарды көбөйтүп, ресурстардын керексиз текке кетишине алып келет.

4. Реалдуу убакыт режиминде мониторинг жүргүзүү жана кайтарым байланышты башкаруу үчүн маанилүү параметр катары

DO – бул ачытуу системасынын ички шарттарын чагылдырган реалдуу убакыттагы, үзгүлтүксүз жана комплекстүү параметр. DO деңгээлиндеги өзгөрүүлөр ар кандай физиологиялык жана иштөө абалдарын сезгич түрдө көрсөтө алат:
- Клеткалардын тез өсүшү кычкылтек керектөөсүн көбөйтөт, бул ДО деңгээлинин төмөндөшүнө алып келет.
- Субстраттын түгөнүшү же ингибирлениши зат алмашууну жайлатат, кычкылтек керектөөсүн азайтат жана ДО деңгээлинин жогорулашына алып келет.
- Бөтөн микроорганизмдер менен булгануу кычкылтек керектөө схемасын өзгөртөт, бул DOнун анормалдуу өзгөрүүлөрүнө алып келет жана эрте эскертүүчү сигнал катары кызмат кылат.
- Жабдуулардын бузулушу, мисалы, аралаштыргычтын иштебей калышы, желдетүү түтүгүнүн бүтөлүп калышы же чыпканын булганышы, ошондой эле DOнун анормалдуу жүрүм-турумуна алып келиши мүмкүн.

Реалдуу убакыттагы DO мониторингин автоматташтырылган кайтарым байланышты башкаруу системасына интеграциялоо менен, DO деңгээлдерин так жөнгө салууга төмөнкү параметрлерди динамикалык түрдө тууралоо аркылуу жетишүүгө болот:
- Аралаштыруу ылдамдыгы: Ылдамдыкты жогорулатуу көбүкчөлөрдү майдалоо менен газ менен суюктуктун байланышын күчөтөт, ошону менен кычкылтектин алмашуу натыйжалуулугун жогорулатат. Бул эң көп колдонулган жана натыйжалуу ыкма.
- Аэрация ылдамдыгы: Кирүүчү газдын агым ылдамдыгын же курамын жөнгө салуу (мисалы, абанын же таза кычкылтектин үлүшүн көбөйтүү).
- Бактын басымы: Басымды көтөрүү кычкылтектин парциалдык басымын жогорулатат, ошону менен эригичтигин жогорулатат.
- Температура: Температураны төмөндөтүү өстүрүү чөйрөсүндө кычкылтектин эригичтигин жогорулатат.

Биологиялык ачытууну онлайн көзөмөлдөө үчүн BOQU компаниясынын продукция боюнча сунуштары: