Fréttir - Eftirlit með uppleystu súrefnismagni í líftæknilyfjaframleiðsluferlinu

Hvað er uppleyst súrefni?

Uppleyst súrefni (DO) vísar til sameindasúrefnis (O_₂) sem er uppleyst í vatni. Það er frábrugðið súrefnisatómunum sem eru til staðar í vatnssameindum (H_₂O), eins og það er að finna í vatni í formi sjálfstæðra súrefnisameinda, annað hvort upprunnin úr andrúmsloftinu eða mynduð við ljóstillífun vatnaplantna. Styrkur DO er undir áhrifum ýmissa þátta, þar á meðal hitastigs, seltu, vatnsflæðis og líffræðilegrar virkni. Sem slíkur þjónar það sem mikilvægur mælikvarði til að meta heilsufar og mengunarástand vatnaumhverfis.

Uppleyst súrefni gegnir mikilvægu hlutverki í að efla efnaskipti örvera, hefur áhrif á frumuöndun, vöxt og myndun efnaskiptaafurða. Hins vegar er hærra magn uppleysts súrefnis ekki alltaf gagnlegt. Of mikið súrefni getur leitt til frekari efnaskipta uppsafnaðra afurða og hugsanlega valdið eitruðum viðbrögðum. Kjörgildi uppleysts súrefnis eru mismunandi eftir bakteríutegundum. Til dæmis, við myndun penisillíns er uppleyst súrefni venjulega haldið við um það bil 30% loftmettun. Ef uppleyst súrefni lækkar í núll og helst á því stigi í fimm mínútur getur myndun afurða skerst verulega. Ef þetta ástand varir í 20 mínútur getur óafturkræft tjón orðið.

Eins og er geta algengustu DO skynjararnir aðeins mælt hlutfallslega loftmettun, frekar en algeran styrk uppleysts súrefnis. Eftir sótthreinsun ræktunarvökvans er loftræsting og hrærsla framkvæmd þar til skynjarinn nær stöðugleika, en þá er gildið stillt á 100% loftmettun. Síðari mælingar meðan á gerjunarferlinu stendur eru byggðar á þessari viðmiðun. Algjör DO gildi er ekki hægt að ákvarða með stöðluðum skynjurum og krefjast flóknari aðferða, svo sem pólunarmælinga. Hins vegar eru mælingar á loftmettun almennt nægjanlegar til að fylgjast með og stjórna gerjunarferlum.

Innan gerjunartanks getur DO-gildi verið mismunandi eftir svæðum. Jafnvel þótt stöðug gildi séu mæld á einum tímapunkti geta sveiflur samt komið fram í ákveðnum ræktunarmiðlum. Stærri gerjunartankar sýna yfirleitt meiri staðbundnar sveiflur í DO-gildum, sem getur haft veruleg áhrif á örveruvöxt og framleiðni. Tilraunir hafa sýnt að þó að meðal DO-gildi geti verið 30%, þá er gerjunarárangur við sveiflukenndar aðstæður töluvert lægri en við stöðugar aðstæður. Þess vegna er það lykilmarkmið rannsókna að lágmarka staðbundnar DO-breytingar við uppskalningu gerjunartanka - umfram tillit til rúmfræðilegrar og aflfræðilegrar líkinda.

Hvers vegna er eftirlit með uppleystu súrefni nauðsynlegt í gerjun líftæknilyfja?

1. Til að viðhalda bestu vaxtarumhverfi fyrir örverur eða frumur
Iðnaðargerjun felur yfirleitt í sér loftháðar örverur, svo sem Escherichia coli og ger, eða spendýrafrumur, svo sem eggjastokkafrumur kínverskra hamstra (CHO). Þessar frumur virka sem „verkamenn“ innan gerjunarkerfisins og þurfa súrefni til öndunar og efnaskipta. Súrefni þjónar sem rafeindaþegi í loftháðri öndun og gerir kleift að framleiða orku í formi ATP. Ónóg súrefnisframboð getur leitt til frumuköfnunar, vaxtarstöðvunar eða jafnvel frumudauða, sem að lokum leiðir til gerjunarbrests. Eftirlit með DO-gildum tryggir að súrefnisþéttni haldist innan kjörsviðs fyrir viðvarandi frumuvöxt og lífvænleika.

2. Til að tryggja skilvirka myndun markafurða
Markmið gerjunar líftæknilyfja er ekki aðeins að stuðla að frumufjölgun heldur einnig að auðvelda skilvirka myndun á æskilegum markafurðum, svo sem insúlíni, einstofna mótefnum, bóluefnum og ensímum. Þessar lífefnafræðilegu ferlar krefjast oft mikillar orkuinntöku, aðallega frá loftháðri öndun. Að auki eru mörg ensímkerfi sem taka þátt í myndun afurða beint háð súrefni. Súrefnisskortur getur raskað eða dregið úr skilvirkni þessara ferla.

Þar að auki virka DO gildi sem stjórnunarmerki. Bæði of hár og lágur DO styrkur getur:
- Breyta efnaskiptaferlum frumna, til dæmis með því að færa sig frá loftháðri öndun yfir í minna skilvirka loftfirða gerjun.
- Kveikir á streituviðbrögðum frumna sem leiðir til framleiðslu óæskilegra aukaafurða.
- Hafa áhrif á tjáningarstig utanaðkomandi próteina.

Með því að stjórna nákvæmlega DO-magni á mismunandi stigum gerjunar er hægt að stýra frumuefnaskiptum í átt að hámarksmyndun markafurða og þannig ná fram gerjun með mikilli þéttleika og mikilli afköstum.

Kynning á vatnsflæðiritinu fyrir líftæknilyf

3. Til að koma í veg fyrir súrefnisskort eða umfram súrefni
Súrefnisskortur (súrefnisskortur) getur haft alvarlegar afleiðingar:
- Frumuvöxtur og afurðamyndun stöðvast.
- Efnaskipti færast yfir í loftfirrtar leiðir, sem leiðir til uppsöfnunar lífrænna sýra eins og mjólkursýru og ediksýru, sem lækka sýrustig ræktunarmiðilsins og geta eitrað frumurnar.
- Langvarandi súrefnisskortur getur valdið óafturkræfum skaða og bati er ófullkominn jafnvel eftir að súrefnisframboð er komið á aftur.

Of mikið súrefni (ofmettun) hefur einnig í för með sér áhættu:
- Það getur valdið oxunarálagi og myndun hvarfgjarnra súrefnistegunda (ROS), sem skemma frumuhimnur og lífsameindir.
- Of mikil loftræsting og hræring auka orkunotkun og rekstrarkostnað, sem leiðir til óþarfa sóunar á auðlindum.

4. Sem mikilvægur þáttur fyrir rauntímaeftirlit og endurgjöf

DO er rauntíma, samfelld og alhliða breyta sem endurspeglar innri aðstæður gerjunarkerfisins. Breytingar á DO-gildum geta gefið til kynna ýmis lífeðlisfræðileg og rekstrarleg ástand:
- Hraður frumuvöxtur eykur súrefnisnotkun, sem veldur því að DO gildi lækkar.
- Þynning eða hömlun á hvarfefnum hægir á efnaskiptum, dregur úr súrefnisnotkun og veldur því að DO gildi hækka.
- Mengun af völdum framandi örvera breytir súrefnisneyslumynstri, sem leiðir til óeðlilegra sveiflna í súrefnisinnihaldi og þjónar sem viðvörunarmerki.
- Bilanir í búnaði, svo sem bilun í hræribúnaði, stífla í loftræstikerfi eða óhreinindi í síu, geta einnig leitt til óeðlilegrar DO-hegðunar.

Með því að samþætta rauntíma DO eftirlit í sjálfvirkt afturvirkt stjórnkerfi er hægt að ná nákvæmri stjórnun á DO stigum með kraftmiklum aðlögunum á eftirfarandi breytum:
- Hrærihraði: Aukinn hraði eykur snertingu gass og vökva með því að brjóta upp loftbólur og þar með bæta skilvirkni súrefnisflutnings. Þetta er algengasta og áhrifaríkasta aðferðin.
- Loftræstingarhraði: Aðlögun rennslishraða eða samsetningar inntaksloftsins (t.d. að auka hlutfall lofts eða hreins súrefnis).
- Þrýstingur í tanki: Aukinn þrýstingur eykur hlutþrýsting súrefnis og eykur þar með leysni.
- Hitastig: Lækkun hitastigs eykur leysni súrefnis í ræktunarmiðlinum.

Vörutilmæli BOQU fyrir netvöktun lífrænnar gerjunar: