Xəbərlər - Bio Əczaçılıq Fermentasiya Prosesində Həll Olmuş Oksigen Səviyyələrinin Monitorinqi

Həll olmuş oksigen nədir?

Həll olmuş oksigen (DO) molekulyar oksigenə (O) aiddir._₂) suda həll olur. Su molekullarında mövcud olan oksigen atomlarından (H2O) fərqlənir._₂O), suda atmosferdən qaynaqlanan və ya su bitkiləri tərəfindən fotosintez yolu ilə əmələ gələn müstəqil oksigen molekulları şəklində mövcud olduğu üçün. DO konsentrasiyasına temperatur, duzluluq, su axını və bioloji fəaliyyətlər daxil olmaqla müxtəlif amillər təsir göstərir. Beləliklə, o, su mühitlərinin sağlamlığını və çirklənmə vəziyyətini qiymətləndirmək üçün vacib bir göstərici kimi xidmət edir.

Həll olmuş oksigen mikrob metabolizmasını təşviq etməkdə, hüceyrə tənəffüsünə, böyüməsinə və metabolik məhsulların biosintezinə təsir göstərməkdə mühüm rol oynayır. Lakin, həll olmuş oksigenin daha yüksək səviyyəsi həmişə faydalı olmur. Artıq oksigen yığılmış məhsulların daha da metabolizmasına səbəb ola bilər və potensial olaraq zəhərli reaksiyalara səbəb ola bilər. Optimal DO səviyyələri müxtəlif bakteriya növləri arasında dəyişir. Məsələn, penisilinin biosintezi zamanı DO adətən təxminən 30% hava doyma səviyyəsində saxlanılır. DO sıfıra enərsə və beş dəqiqə ərzində həmin səviyyədə qalarsa, məhsulun əmələ gəlməsi əhəmiyyətli dərəcədə pozula bilər. Bu vəziyyət 20 dəqiqə davam edərsə, geri dönməz zərər yarana bilər.

Hal-hazırda, ən çox istifadə edilən DO sensorları həll olmuş oksigenin mütləq konsentrasiyasını deyil, yalnız nisbi hava doymasını ölçə bilir. Mədən mühitinin sterilizasiyasından sonra, sensor göstəricisi sabitləşənə qədər aerasiya və qarışdırma aparılır və bu zaman dəyər 100% hava doymasına təyin olunur. Fermentasiya prosesi zamanı sonrakı ölçmələr bu istinada əsaslanır. Mütləq DO dəyərləri standart sensorlar istifadə edilərək müəyyən edilə bilməz və polyaroqrafiya kimi daha inkişaf etmiş üsullar tələb edir. Lakin, hava doyma ölçmələri ümumiyyətlə fermentasiya proseslərini izləmək və idarə etmək üçün kifayətdir.

Fermentator daxilində DO səviyyələri müxtəlif bölgələrdə dəyişə bilər. Hətta bir nöqtədə sabit göstərici əldə edildikdə belə, müəyyən becərmə mühitlərində dalğalanmalar baş verə bilər. Daha böyük fermentatorlar DO səviyyələrində daha böyük fəza dəyişiklikləri nümayiş etdirməyə meyllidirlər ki, bu da mikrobların böyüməsinə və məhsuldarlığına əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərə bilər. Təcrübi sübutlar göstərir ki, orta DO səviyyəsi 30% olsa da, dalğalanan şəraitdə fermentasiya performansı sabit şəraitə nisbətən xeyli aşağıdır. Buna görə də, fermentatorların miqyasının artırılmasında - həndəsi və güc oxşarlığı nəzərə alınmadan - fəza DO dəyişikliklərini minimuma endirmək əsas tədqiqat məqsədi olaraq qalır.

Biofarmasötik Fermentasiyada Həll Olmuş Oksigenin Monitorinqi Niyə Vacibdir?

1. Mikroorqanizmlər və ya hüceyrələr üçün optimal böyümə mühitini qorumaq
Sənaye fermentasiyası adətən Escherichia coli və mayası kimi aerob mikroorqanizmləri və ya Çin Hamster Yumurtalığı (CHO) hüceyrələri kimi məməli hüceyrələri əhatə edir. Bu hüceyrələr fermentasiya sistemində "işçi" kimi fəaliyyət göstərir və tənəffüs və metabolik aktivlik üçün oksigen tələb edir. Oksigen aerob tənəffüsdə terminal elektron akseptoru kimi xidmət edir və ATF şəklində enerji istehsalına imkan verir. Qeyri-kafi oksigen tədarükü hüceyrələrin boğulmasına, böyümənin dayandırılmasına və ya hətta hüceyrə ölümünə səbəb ola bilər ki, bu da nəticədə fermentasiyanın uğursuzluğuna səbəb olur. DO səviyyələrinin monitorinqi oksigen konsentrasiyalarının davamlı hüceyrə böyüməsi və canlılığı üçün optimal diapazonda qalmasını təmin edir.

2. Hədəf Məhsullarının Səmərəli Sintezini Təmin Etmək
Biofarmasevtik fermentasiyanın məqsədi sadəcə hüceyrə proliferasiyasını təşviq etmək deyil, həm də insulin, monoklonal antikorlar, vaksinlər və fermentlər kimi istənilən hədəf məhsulların səmərəli sintezini asanlaşdırmaqdır. Bu biosintetik yollar çox vaxt əsasən aerob tənəffüsdən əldə edilən əhəmiyyətli enerji girişi tələb edir. Bundan əlavə, məhsul sintezində iştirak edən bir çox fermentativ sistem birbaşa oksigendən asılıdır. Oksigen çatışmazlığı bu yolların səmərəliliyini poza və ya azalda bilər.

Bundan əlavə, DO səviyyələri tənzimləyici siqnal kimi çıxış edir. Həm həddindən artıq yüksək, həm də aşağı DO konsentrasiyaları aşağıdakılara səbəb ola bilər:
- Hüceyrə metabolik yollarını dəyişdirmək, məsələn, aerob tənəffüsdən daha az səmərəli anaerob fermentasiyaya keçmək.
- Hüceyrə stress reaksiyalarını tetikler və arzuolunmaz yan məhsulların istehsalına səbəb olur.
- Ekzogen zülalların ifadə səviyyələrinə təsir göstərir.

Fermentasiyanın müxtəlif mərhələlərində DO səviyyələrini dəqiq şəkildə idarə etməklə, hüceyrə metabolizmasını maksimum hədəf məhsul sintezinə yönəltmək və bununla da yüksək sıxlıqlı və yüksək məhsuldar fermentasiyaya nail olmaq mümkündür.

Bio Pharmaceuticals üçün Su Axını Cədvəlinə Giriş

3. Oksigen çatışmazlığının və ya artıqlığının qarşısını almaq üçün
Oksigen çatışmazlığı (hipoksiya) ciddi nəticələrə səbəb ola bilər:
- Hüceyrə böyüməsi və məhsul sintezi dayanır.
- Metabolizm anaerob yollara keçir və nəticədə süd turşusu və sirkə turşusu kimi üzvi turşuların toplanmasına səbəb olur ki, bu da mədəni mühitin pH-nı aşağı salır və hüceyrələri zəhərləyə bilər.
- Uzun müddət davam edən hipoksiya geri dönməz zərər verə bilər, oksigen təchizatı bərpa edildikdən sonra belə bərpa natamam olur.

Həddindən artıq oksigen (superdoyma) da risklər yaradır:
- Hüceyrə membranlarına və biomolekullara zərər verən oksidləşdirici stressə və reaktiv oksigen növlərinin (ROS) əmələ gəlməsinə səbəb ola bilər.
- Həddindən artıq aerasiya və qarışdırma enerji istehlakını və əməliyyat xərclərini artırır və lazımsız resurs israfına səbəb olur.

4. Real Zaman Monitorinqi və Əlaqə Nəzarəti üçün Kritik Parametr Kimi

DO, fermentasiya sisteminin daxili şərtlərini əks etdirən real vaxt rejimində, davamlı və əhatəli bir parametrdir. DO səviyyələrindəki dəyişikliklər müxtəlif fizioloji və əməliyyat vəziyyətlərini həssas şəkildə göstərə bilər:
- Hüceyrələrin sürətli böyüməsi oksigen istehlakını artırır və DO səviyyəsinin aşağı düşməsinə səbəb olur.
- Substratın tükənməsi və ya inhibə edilməsi maddələr mübadiləsini yavaşladır, oksigen istehlakını azaldır və DO səviyyələrinin artmasına səbəb olur.
- Xarici mikroorqanizmlərin çirklənməsi oksigen istehlakı rejimini dəyişdirir, anormal DO dalğalanmalarına səbəb olur və erkən xəbərdarlıq siqnalı kimi xidmət edir.
- Avadanlıqların nasazlığı, məsələn, qarışdırıcının sıradan çıxması, ventilyasiya borusunun tıxanması və ya filtrin çirklənməsi də qeyri-adi DO davranışına səbəb ola bilər.

Real vaxt rejimində DO monitorinqini avtomatlaşdırılmış geribildirim idarəetmə sisteminə inteqrasiya etməklə, DO səviyyələrinin dəqiq tənzimlənməsinə aşağıdakı parametrlərin dinamik tənzimlənməsi yolu ilə nail olmaq olar:
- Qarışdırma sürəti: Sürətin artırılması qabarcıqları parçalamaqla qaz-maye təmasını artırır və bununla da oksigen ötürülməsinin səmərəliliyini artırır. Bu, ən çox istifadə edilən və effektiv metoddur.
- Aerasiya sürəti: Giriş qazının axın sürətini və ya tərkibini tənzimləmək (məsələn, havanın və ya təmiz oksigenin nisbətini artırmaq).
- Çən təzyiqi: Təzyiqin artırılması oksigenin qismən təzyiqini artırır və bununla da həllolma qabiliyyətini artırır.
- Temperatur: Temperaturun aşağı salınması becərmə mühitində oksigenin həllolma qabiliyyətini artırır.

Bioloji fermentasiyanın onlayn monitorinqi üçün BOQU-nun məhsul tövsiyələri: