Хабарҳо - Мониторинги сатҳи оксигени гудохта дар раванди ферментатсияи биофармасевтӣ

Оксигени ҳалшуда чист?

Оксигени гудохта (DO) ба оксигени молекулавӣ (О_₂) ки дар об гудохта шудааст. Он аз атомҳои оксиген, ки дар молекулаҳои об мавҷуданд (H_₂O), зеро он дар об дар шакли молекулаҳои мустақили оксиген мавҷуд аст, ки аз атмосфера сарчашма мегиранд ё тавассути фотосинтези растаниҳои обӣ тавлид мешаванд. Ба консентратсияи ДО омилҳои гуногун, аз ҷумла ҳарорат, шӯршавӣ, ҷараёни об ва фаъолиятҳои биологӣ таъсир мерасонанд. Ҳамин тариқ, он ҳамчун нишондиҳандаи муҳим барои арзёбии вазъи саломатӣ ва ифлосшавии муҳити обӣ хизмат мекунад.

Оксигени гудохта дар пешбурди мубодилаи микробҳо, таъсир ба нафаскашии ҳуҷайраҳо, афзоиш ва биосинтези маҳсулоти мубодилаи моддаҳо нақши муҳим мебозад. Бо вуҷуди ин, сатҳи баланди оксигени гудохта на ҳамеша фоидаовар аст. Оксигени зиёдатӣ метавонад ба мубодилаи минбаъдаи маҳсулоти ҷамъшуда оварда расонад ва эҳтимолан аксуламалҳои заҳролудро ба вуҷуд орад. Сатҳи оптималии DO дар байни намудҳои гуногуни бактерияҳо фарқ мекунанд. Масалан, ҳангоми биосинтези пенициллин, DO одатан дар тақрибан 30% сершавии ҳаво нигоҳ дошта мешавад. Агар ДО ба сифр афтад ва дар давоми панҷ дақиқа дар ин сатҳ бимонад, ташаккули маҳсулот метавонад ба таври назаррас халалдор шавад. Агар ин ҳолат 20 дақиқа давом кунад, метавонад зарари бебозгашт ба амал ояд.

Дар айни замон, сенсорҳои маъмултарини DO, на консентратсияи мутлақи оксигени маҳлулшуда, танҳо сершавии нисбии ҳаворо чен карда метавонанд. Пас аз стерилизатсияи муҳити фарҳангӣ, аэратсия ва омехтакунӣ то мӯътадил шудани нишондиҳандаи сенсор анҷом дода мешавад, ки дар ин лаҳза қимат ба 100% сершавии ҳаво муқаррар карда мешавад. Андозаҳои минбаъда дар ҷараёни ферментатсия ба ин истинод асос ёфтаанд. Қиматҳои мутлақи DO-ро бо истифода аз сенсорҳои стандартӣ муайян кардан мумкин нест ва усулҳои пешрафтаро, ба монанди полярография талаб мекунанд. Бо вуҷуди ин, ченакҳои сершавии ҳаво одатан барои назорат ва назорати равандҳои ферментатсия кифояанд.

Дар дохили ферментер, сатҳҳои DO дар минтақаҳои гуногун метавонанд фарқ кунанд. Ҳатто вақте ки хониши мӯътадил дар як нуқта ба даст оварда мешавад, дар баъзе васоити фарҳангӣ тағирот ба амал омада метавонад. Ферментаторҳои калонтар одатан дар сатҳҳои DO вариантҳои бештари фазоиро нишон медиҳанд, ки метавонанд ба афзоиши микробҳо ва ҳосилнокӣ таъсир расонанд. Далелҳои таҷрибавӣ нишон доданд, ки гарчанде ки сатҳи миёнаи DO метавонад 30% бошад, иҷрои ферментатсия дар шароити тағйирёбанда назар ба шароити устувор хеле пасттар аст. Аз ин рӯ, дар миқёси ферментаторҳо - ба истиснои баррасии шабоҳати геометрӣ ва қудрат - кам кардани тағиротҳои фазоии DO ҳамчун як ҳадафи асосии тадқиқот боқӣ мемонад.

Чаро мониторинги оксигени гудохта дар ферментатсияи биофармацевтӣ муҳим аст?

1. Нигоҳ доштани муҳити беҳтарини афзоиш барои микроорганизмҳо ё ҳуҷайраҳо
Ферментатсияи саноатӣ маъмулан микроорганизмҳои аэробӣ, аз қабили Escherichia coli ва хамиртуруш ё ҳуҷайраҳои ширхӯрон, ба монанди ҳуҷайраҳои тухмдони хоми чинӣ (CHO) -ро дар бар мегирад. Ин ҳуҷайраҳо ҳамчун "коргарон" дар дохили системаи ферментатсия фаъолият мекунанд, ки барои нафаскашӣ ва фаъолияти мубодилаи моддаҳо оксиген талаб мекунанд. Оксиген ҳамчун қабулкунандаи терминали электрон дар нафаскашии аэробӣ хидмат мекунад ва имкон медиҳад, ки энергия дар шакли ATP тавлид шавад. Таъмини нокифояи оксиген метавонад ба нафасгирии ҳуҷайра, боздошти афзоиш ё ҳатто марги ҳуҷайра оварда расонад, ки дар ниҳоят ба нокомии ферментатсия оварда мерасонад. Мониторинги сатҳҳои DO кафолат медиҳад, ки консентратсияи оксиген дар доираи оптималии афзоиши устувори ҳуҷайраҳо ва қобилияти ҳаёт боқӣ мемонад.

2. Таъмини синтези самарабахши махсулоти таъиншуда
Ҳадафи ферментатсияи биофармасевтӣ на танҳо мусоидат ба паҳншавии ҳуҷайраҳо, балки мусоидат намудан ба синтези самараноки маҳсулоти мавриди ҳадаф, аз қабили инсулин, антителоҳои моноклоналӣ, ваксинаҳо ва ферментҳо мебошад. Ин роҳҳои биосинтетикӣ аксар вақт воридоти назарраси энергияро талаб мекунанд, ки асосан аз нафасгирии аэробӣ гирифта мешаванд. Илова бар ин, бисёре аз системаҳои ферментативӣ, ки дар синтези маҳсулот иштирок мекунанд, мустақиман аз оксиген вобастаанд. Норасоии оксиген метавонад самаранокии ин роҳҳоро халалдор кунад ё коҳиш диҳад.

Ғайр аз он, сатҳҳои DO ҳамчун сигнали танзимкунанда амал мекунанд. Консентратсияи аз ҳад зиёд ва пасти DO метавонад:
- Тағир додани роҳҳои мубодилаи ҳуҷайраҳо, масалан, гузаштан аз нафасгирии аэробӣ ба ферментатсияи камсамари анаэробӣ.
- Ҳавасманд кардани аксуламалҳои стресси ҳуҷайравӣ, ки боиси истеҳсоли маҳсулоти иловагии номатлуб мегардад.
- Ба сатҳи ифодаи сафедаҳои экзогенӣ таъсир расонанд.

Бо назорати дақиқи сатҳҳои DO дар марҳилаҳои гуногуни ферментатсия, метаболизми ҳуҷайраро ба синтези максималии маҳсулоти мақсаднок роҳнамоӣ кардан мумкин аст ва ба ин васила ба ферментатсияи зичии баланд ва ҳосили баланд ноил шудан мумкин аст.

Муқаддима ба диаграммаи ҷараёни об барои доруҳои био

3. Барои пешгирии норасоии оксиген ё зиёдатӣ
Норасоии оксиген (гипоксия) метавонад оқибатҳои вазнин дошта бошад:
- афзоиши ҳуҷайраҳо ва синтези маҳсулот қатъ мегардад.
- Метаболизм ба роҳҳои анаэробӣ мегузарад, ки дар натиҷа кислотаҳои органикӣ ба монанди кислотаи лактикӣ ва сиркоӣ ҷамъ мешаванд, ки рН-и муҳити фарҳангиро паст мекунанд ва ҳуҷайраҳоро заҳролуд мекунанд.
- Гипоксияи дарозмуддат метавонад боиси зарари бебозгашт гардад, ҳатто пас аз барқарор шудани таъминоти оксиген барқароршавӣ нопурра аст.

Оксигени зиёдатӣ (аз ҳад зиёд) инчунин хатарҳоро ба бор меорад:
- Он метавонад фишори оксидитивӣ ва ташаккули намудҳои реактивии оксигенро (ROS) ба вуҷуд орад, ки мембранаҳои ҳуҷайра ва биомолекулаҳоро вайрон мекунанд.
- Аэрация ва ташвиқот аз ҳад зиёд сарфи энергия ва хароҷоти амалиётро зиёд карда, боиси партовҳои нолозими захираҳо мегардад.

4. Ҳамчун параметри муҳим барои мониторинги вақти воқеӣ ва назорати бозгашт

DO як параметри вақти воқеӣ, муттасил ва ҳамаҷониба мебошад, ки шароити дохилии системаи ферментатсияро инъикос мекунад. Тағирот дар сатҳҳои DO метавонанд ҳолати гуногуни физиологӣ ва амалиётиро ҳассос нишон диҳанд:
- Афзоиши босуръати ҳуҷайраҳо истеъмоли оксигенро зиёд карда, боиси паст шудани сатҳи DO мегардад.
- Камшавии субстрат ё монеъшавӣ мубодилаи моддаҳоро суст карда, истеъмоли оксигенро кам мекунад ва боиси баланд шудани сатҳи DO мегардад.
- Олудашавӣ аз ҷониби микроорганизмҳои хориҷӣ шакли истеъмоли оксигенро тағир дода, ба тағирёбии ғайримуқаррарии DO оварда мерасонад ва ҳамчун сигнали огоҳкунандаи барвақт хизмат мекунад.
- Носозиҳои таҷҳизот, аз қабили корношоямии миксер, баста шудани қубури вентилятсия ё ифлосшавии филтр низ метавонад ба рафтори ғайримуқаррарии DO оварда расонад.

Бо ҳамгироии мониторинги воқеии DO ба системаи автоматии назорати бозгашт, танзими дақиқи сатҳҳои DO тавассути танзими динамикии параметрҳои зерин ба даст оварда мешавад:
- Суръати омехта: Баланд бардоштани суръат алоқаи газро бо моеъ тавассути шикастани футурҳо афзоиш медиҳад ва ба ин васила самаранокии интиқоли оксигенро беҳтар мекунад. Ин усули маъмултарин ва самаранок аст.
- Меъёри аэратсия: Танзими суръати ҷараён ё таркиби гази воридотӣ (масалан, зиёд кардани ҳиссаи ҳаво ё оксигени пок).
- Фишори зарф: Баланд бардоштани фишор фишори қисман оксигенро зиёд мекунад ва ба ин васила маҳлулиятро беҳтар мекунад.
- Ҳарорат: Паст кардани ҳарорат ҳалшавии оксигенро дар муҳити фарҳанг зиёд мекунад.

Тавсияҳои маҳсулоти BOQU барои мониторинги онлайни ферментатсияи биологӣ: