bj
    >> Φυσικές Επιστήμες >  >> Επιστήμη της Γης

Gas-vortex Bioreactor:Inspired By Nature, Approved by Science

Από τότε που οι επιστήμονες βρήκαν τον τρόπο χρήσης μικροοργανισμών για σύνθεση ή μετατροπή χημικών ενώσεων, οι βιοαντιδραστήρες εξελίσσονται από απλές φιάλες σε εξελιγμένες μηχανές με πολλές επιλογές για έλεγχο και παρακολούθηση βιοδιαδικασιών. Οι βιοαντιδραστήρες θα πρέπει να υποστηρίζουν τα κύτταρα με όλη την απαραίτητη διατροφή, να διατηρούν ένα κατάλληλο επίπεδο pH και ισορροπία αερίων. Επομένως, οι προσεγγίσεις για μαζική μεταφορά είναι πάντα στο επίκεντρο.

Οι πιο δημοφιλείς τεχνολογίες ζύμωσης που παρουσιάζονται σήμερα στην αγορά χρησιμοποιούν μηχανικούς αναδευτήρες ή συμπιεσμένο αέριο για την εισαγωγή ενέργειας. Και οι δύο τεχνολογίες δεν είναι τέλειες. Για παράδειγμα, ο μηχανικός αναδευτήρας προάγει το σχηματισμό ζωνών με υψηλά επίπεδα αναταράξεων και στασιμότητας, γεγονός που οδηγεί σε ετερογενή κατανομή θρεπτικών ουσιών στον όγκο της καλλιέργειας και μη ομοιόμορφη απομάκρυνση των μεταβολιτών που παράγονται από τα κύτταρα κατά τη διαδικασία ζύμωσης.

Επιπλέον, η συνεχής κίνηση των λεπίδων ανάδευσης προκαλεί διατμητική τάση και τοπική υπερθέρμανση κοντά στα άκρα τους που επίσης επηρεάζουν αρνητικά τα κύτταρα καλλιέργειας. Αντίθετα, οι βιοαντιδραστήρες αερομεταφοράς χρησιμοποιούν ροή αέρα που προάγει λιγότερο τραυματικές για τα κύτταρα και πιο ενεργειακά αποδοτική διαδικασία καλλιέργειας. Ωστόσο, οι βιοαντιδραστήρες αερομεταφοράς έχουν υψηλό επίπεδο αφρισμού που οδηγεί στο θάνατο καλλιεργημένων κυττάρων στις επιφάνειες των αναδυόμενων φυσαλίδων. Επιπλέον, είναι περιορισμένης χρήσης σε όγκο βιοαντιδραστήρα και λιγότερο αποτελεσματικά για παχύρρευστα υγρά.

Εμπνευσμένοι από τις ιδιότητες στροβιλισμού, μηχανικοί από το Κέντρο Τεχνολογιών Vortex (Νοβοσιμπίρσκ, Ρωσία) ανέπτυξαν μια ριζικά διαφορετική προσέγγιση στη μεταφορά μάζας και τον αερισμό που την εφάρμοσαν στην κατασκευή ενός βιοαντιδραστήρα αερίου-δίνης (Ευρωπαϊκό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας № EP2746382 A1, 2011) . Ο βιοαντιδραστήρας αερίου-στροβιλισμού χρησιμοποιεί κορυφαίο φυγόκεντρο ενεργοποιητή και έλικα για να δημιουργήσει μια συγκεντρωμένη δίνη αέρα που προάγει την κίνηση της δίνης αερίου στην υγρή φάση μέσω δίσκου σταθεροποίησης, που βρίσκεται στην επιφάνεια του μέσου. Επιπλέον, ο βιοαντιδραστήρας έχει έναν πορώδες ψεκαστήρα συνδεδεμένο με έναν προμηθευτή αέρα πυθμένα που επιτρέπει τη δημιουργία φυσαλίδων με διάμετρο μικρότερη από 1–2 mm. Αυτή η προσέγγιση αυξάνει σημαντικά τη διεπιφανειακή επιφάνεια επαφής και έχει ως αποτέλεσμα την τρισδιάστατη κίνηση του υγρού μέσου.

Σύμφωνα με τα δεδομένα του Centre of Vortex Technologies, η δίνη αερίου παρέχει ήπια και αποτελεσματική ανάμειξη υγρών (συμπεριλαμβανομένων των παχύρρευστων), αποτρέπει τον αφρισμό κατά τη ζύμωση και επιτρέπει τη χρήση του 10–90% του όγκου του αντιδραστήρα για τη βιοδιεργασία. Η απουσία μηχανικού αναδευτήρα εξαλείφει τα προβλήματα που σχετίζονται με αυτόν και, ταυτόχρονα, μειώνει την κατανάλωση ενέργειας του συστήματος ανάδευσης (0,3 kW/m3 για τον βιοαντιδραστήρα αερίου-δίνης σε σύγκριση με 1–4 kW/m3 για μηχανικούς και αερομεταφορείς βιοαντιδραστήρες). Υποτίθεται ότι το σύστημα αερισμού-ανάδευσης του βιοαντιδραστήρα αερίου-δίνης μπορεί να είναι καθολικό για την καλλιέργεια όλων των τύπων κυττάρων που χρησιμοποιούνται στη βιοτεχνολογία (ευκαρυώτες, προκαρυώτες, μύκητες).

Ανάπτυξη καθολικών και οικονομικά αποδοτικών τεχνολογιών καλλιέργειας

Στην εργασία αυτή, η αποτελεσματικότητα των τεχνολογιών ζύμωσης αερίου-δίνης για την καλλιέργεια ανασυνδυασμένου E. coli Τα στελέχη αξιολογήθηκαν σε σύγκριση με μηχανικούς βιοαντιδραστήρες και φιάλες σε αναδευτήρες.

Μία από τις πιο κρίσιμες παραμέτρους για το E.Coli καλλιέργεια είναι ο ρυθμός μεταφοράς οξυγόνου (OTR), ο οποίος περιγράφεται από την εξίσωση:

OTR =kLa(DO′−DO)

όπου kLa είναι ο ογκομετρικός συντελεστής μεταφοράς μάζας οξυγόνου, DO′ είναι η συγκέντρωση κορεσμού οξυγόνου και DO είναι η συγκέντρωση οξυγόνου στην υγρή φάση. Ο ογκομετρικός συντελεστής μεταφοράς μάζας οξυγόνου αντιπροσωπεύει την απόδοση της παροχής οξυγόνου σε έναν βιοαντιδραστήρα και εξαρτάται άμεσα από τη συνολική επιφάνεια διεπιφάνειας. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο δυναμικών θειώδους, αποδείχθηκε ότι ο βιοαντιδραστήρας αερίου-δίνης είχε 3,6 φορές υψηλότερο kLa σε σύγκριση με τον μηχανικό βιοαντιδραστήρα (18 ± 2,8 H−1 έναντι 5 ± 0,1 H−1). Έτσι, ο συνδυασμός του στροβιλισμού αερίου και του πορώδους ψεκαστήρα ενισχύει σημαντικά τη διαλυτότητα του οξυγόνου στην υδατική φάση και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση των διαδικασιών αερόβιας ζύμωσης.

Με ενιαία πρωτόκολλα για την καλλιέργεια αυξοτροφικού Ε. coli Το στέλεχος C600/pRT, που εκφράζει την αντίστροφη μεταγραφάση Mu-MLV, αποδείχθηκε ότι η προσέγγιση αερίου-δίνης αυξάνει την απόδοση της ανασυνδυασμένης πρωτεΐνης κατά 1,7 και 3,5 φορές σε σύγκριση με φιάλες και μηχανικό βιοαντιδραστήρα, αντίστοιχα. Δεδομένου ότι τα αυξοτροφικά στελέχη είναι ευαίσθητα στην απόδοση μεταφοράς μάζας, η χρήση βιοαντιδραστήρα αερίου-δίνης μπορεί να είναι πιο ωφέλιμη γι' αυτά.

Κάθε βιομηχανική E.Coli Η παραγωγή στελέχους απαιτεί ενδελεχή βελτιστοποίηση των παραμέτρων βιοδιεργασίας όπως το μέσο pH, η ταχύτητα ανάδευσης, το σημείο επαγωγής και η συγκέντρωση επαγωγέα. Σε αυτή τη μελέτη, το E.Coli Το στέλεχος BL21(DE3)/pFK2, το οποίο εκφράζει ανασυνδυασμένο ανάλογο της λακταπτίνης (πεπτίδιο ανθρώπινου γάλακτος με αντικαρκινικές ιδιότητες), χρησιμοποιήθηκε για τη συγκριτική ανάλυση της βελτιστοποίησης βιοδιαδικασιών σε αέριο στρόβιλο και μηχανικούς βιοαντιδραστήρες. Αποδείχθηκε ότι η χρήση του συστήματος αερίου-στροβιλισμού επέτρεψε την ενίσχυση της παραγωγικότητας της έκφρασης ανασυνδυασμένης λακταπτίνης έως και διπλάσια διαφορά (από 24% σε 54%) σε σύγκριση με τον βιοαντιδραστήρα του αναδευτήρα.

Τα αποκαλυφθέντα πλεονεκτήματα μεταφοράς μάζας της προσέγγισης αερίου-δίνης μαζί με τη μειωμένη κατανάλωση ενέργειας (10-12 φορές χαμηλότερη από τους συνήθως χρησιμοποιούμενους βιοαντιδραστήρες, σύμφωνα με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή) επιτρέπουν την πρόταση αυτού του τύπου βιοαντιδραστήρα ως νέας βάσης πλατφόρμας για την επακόλουθη ανάπτυξη καθολικής και οικονομικά αποδοτικές τεχνολογίες καλλιέργειας.

Αυτή η μελέτη, Ανάλυση της αποτελεσματικότητας της καλλιέργειας ανασυνδυασμένου στελέχους E. coli σε βιοαντιδραστήρα αερίου-δίνης, δημοσιεύτηκε πρόσφατα από τους Anna V. Savelyeva, Anna A. Nemudraya, Vladimir F. Podgornyi, Vladimir A. Richter και συνεργάτες στο περιοδικό Biotechnology and Applied Biochemistry .


Καλεί τη φύση να καταπολεμήσει τα έντομα στην καλλιέργεια μανιόκας του Βιετνάμ

«Καλά σφάλματα, ε;» -Οι αγρότες και οι ιδιοκτήτες σπιτιού πολύ συχνά ρίχνουν ένα κενό βλέμμα όταν αναρωτιούνται για τα ωφέλιμα έντομα που εμφανίζονται στο αντίστοιχο αγρόκτημα, στην πίσω αυλή ή στο μπάλωμα λουλουδιών τους. Αν και τα έντομα αφθονούν στα φυσικά και γεωργικά οικοσυστήματα σε όλο τον κό

Coral Color:The Science Behind Coral

Το κοραλλί χρώμα παίρνει τον μοναδικό του χρωματισμό από τους οργανισμούς που ζουν μέσα στο κοράλλι, σχηματίζοντας μια συμβιωτική σχέση μαζί του. Οι οργανισμοί που δίνουν το χρώμα στα κοράλλια ονομάζονται zooxanthellae και οι κοραλλιογενείς ύφαλοι παρέχουν στους οργανισμούς ένα ασφαλές μέρος για να

Οι κολυμβητές στη θάλασσα θα μπορούσαν να «φέρουν δυνητικά θανατηφόρα βακτήρια ανθεκτικά στα αντιβιοτικά»

Οι ερευνητές εξετάζουν τον κίνδυνο οι κολυμβητές και οι σέρφερ να φιλοξενούν ανθεκτικά στα αντιβιοτικά υπέρμικρα που θα μπορούσαν να προκαλέσουν απειλητικές για τη ζωή λοιμώξεις. Μια ομάδα ερευνητών στο NUI Galway διερευνά εάν τα νερά αναψυχής μεταφέρουν δυνητικά θανατηφόρα βακτήρια για τα οποία δε