과학자들은 화학 화합물의 합성 또는 전환을 위해 미생물을 사용하는 방법을 찾았 기 때문에, 생물 반응기는 간단한 플라스크에서 바이오 프로세스 제어 및 모니터링을위한 많은 옵션을 갖춘 정교한 기계로 진화하고 있습니다. 생물 반응기는 필요한 모든 영양을 갖춘 세포를지지하고 적절한 pH 수준 및 가스 균형을 유지해야합니다. 따라서 대량 전달에 대한 접근 방식은 항상 주목을받습니다.
현재 시장에 제시된 가장 인기있는 발효 기술은 에너지 입력을 위해 기계식 교반기 또는 압축 가스를 사용합니다. 두 기술 모두 완벽하지 않습니다. 예를 들어, 기계적 교반기는 난류 및 정체 수준이 높은 영역의 형성을 촉진하여 발효 과정에서 세포에 의해 생성 된 배양 부피에 대한 영양소의 이종성 분포와 비 균일 한 제거로 이어진다.
.또한, 교반 블레이드의 지속적인 움직임은 전단 응력과 종말 근처에서 국소 과열을 유발하여 세포를 재배하는 데 부정적인 영향을 미칩니다. 대조적으로, 공수 생물 반응기는 공기 흐름을 사용하여 세포의 외상성을 촉진하고 더 많은 에너지 효율적인 재배 과정을 촉진합니다. 그러나, 공수 생물 반응기는 높은 수준의 거품이있어 신흥 거품의 표면에서 배양 된 세포의 사망으로 이어진다. 또한, 생물 반응기 부피 사용량이 제한되어 있고 점성 액체의 경우 덜 효과적입니다.
소용돌이 특성에서 영감을 얻은 Vortex Technologies의 중심 (러시아 Novosibirsk)의 엔지니어들은 가스-소환 생물 반응기 (European Patent № EP2746382 A1, 2011)의 건설에 구현 된 대량 전달 및 폭기에 대한 근본적으로 다른 접근 방식을 개발했습니다. 가스-와류 생물 반응기는 최고 원심 활성화 제 및 프로펠러를 사용하여 중간 표면에 위치한 안정화 디스크를 통해 액체상에서 가스 소용돌이 이동을 촉진하는 농축 공기 소용돌이를 만듭니다. 또한, Bioreactor에는 1-2mm 미만의 직경으로 기포를 생성 할 수있는 바닥 공기 공급 업체에 연결된 다공성 스패거가 있습니다. 이 접근법은 계면 접촉 표면을 크게 증가시키고 액체 배지의 3 차원 운동을 초래합니다.
Vortex Technologies 데이터의 중심에 따르면, 가스 와류는 액체 (점성 포함)의 경미하고 효율적인 혼합을 제공하고 발효 중에 발포를 방지하며 바이오 프로세스에 반응기 부피의 10-90%를 사용합니다. 기계적 교반기의 부재는 IT와 관련된 문제를 없애고 동시에 동일 시스템의 에너지 소비를 줄입니다 (기계적 및 공수 바이오에 반응기의 경우 1-4 kW/m3과 비교하여 가스-대질 생물 반응기의 경우 0.3 kW/m3). 가스-대질 생물 반응기의 폭기 경화 시스템은 생명 공학 (진핵 생물, 원핵 생물, 곰팡이)에 사용되는 모든 세포 유형의 배양을 위해 보편적 일 수 있다고 가정된다.
.보편적이고 비용 효율적인 재배 기술 개발
이 연구에서, 재조합 재배를위한 가스-변질 발효 기술의 효율성. coli 균주는 셰이커의 기계적 생물 반응기 및 플라스크와 비교하여 평가되었습니다.
e.coli 의 가장 중요한 매개 변수 중 하나입니다 재배는 산소 전달 속도 (OTR)이며, 방정식에 의해 설명됩니다.
otr =kla (do' -do)
KLA가 체적 산소 질량 전달 계수 인 경우, DO '는 산소 포화 농도이며, 액체상의 산소 농도입니다. 체적 산소 질량 전달 계수는 생물 반응기로의 산소 전달 효율을 나타내며 총 계면 영역에 직접적으로 의존합니다. 동적 설 파이트 방법을 사용하여, 가스-대류 생물 반응기는 기계적 생물 반응기 (18 ± 2.8 h-1 vs 5 ± 0.1 H-1)와 비교하여 3.6 배 더 높은 KLA를 갖는 것으로 나타났다. 따라서, 가스 소용돌이와 다공성 스패거의 조합은 수성 상에서 산소 용해도를 현저하게 향상시키고 호기성 발효 과정의 개선에 사용될 수있다.
.auxotrophic e의 배양을위한 균일 한 프로토콜. coli MU-MLV 역전사 효소를 발현하는 C600/PRT 균주, 가스-소량 접근법은 플라스크 및 기계적 생물 반응기와 비교하여 각각 1.7 및 3.5 배의 재조합 단백질의 수율을 증가시키는 것으로 나타났다. 보조 영양 균주는 질량 전달 효율에 민감하기 때문에 가스-소환 생물 반응기의 사용이 그들에게 더 유리할 수 있습니다.
각 산업 e.coli 변형률을 생성하려면 중간 pH, 교반 속도, 유도 지점 및 인덕터 농도로서 생체 소제 매개 변수를 철저히 최적화해야합니다. 이 연구에서 e.coli Lactaptin (항암 특성을 갖는 인체 우유 펩티드)의 재조합 유사체를 발현하는 BL21 (DE3)/PFK2 균주를 가스-소환 및 기계적 생물 반응기에서의 생체 과정 최적화의 비교 분석에 사용 하였다. 가스-소량 시스템의 사용은 교반기 생물 반응기와 비교하여 2 배의 차이 (24% 내지 54%)까지 재조합 락타틴 발현의 생산성을 향상시킬 수 있음을 보여 주었다.
.전력 소비 감소 (제조업체의 사양에 따라 일반적으로 사용되는 생물 반응기보다 10-12 배 낮은 10-12 배 낮음)와 함께 가스-변질 접근법의 공개 된 질량 전달 장점은 이러한 유형의 생물 반응기를 보편적 및 비용 효율적인 재배 기술의 후속 개발을위한 새로운 기본 플랫폼으로 제안 할 수 있습니다.
.이 연구, 가스-소량 생물 반응기에서 재조합 대장균 균주 재배의 효율성에 대한 분석은 최근 Anna V. Savelyeva, Anna A. Nemudraya, Vladimir F. Podgornyi, Vladimir A. Richter 및 Com-Workers에서 발표했다. .
