Инжиниринг и комплексные поставки биотехнологического оборудования

Организмы для промышленной биотехнологии

В биотехнологическом производстве существует три основных метода использования микроорганизмов.

  • Первый метод относится к массовому культивированию микроорганизмов в биореакторе, где тщательно контролируются все основные параметры процесса. В таблице 1.1 перечислены основные микроорганизмы, используемые сегодня для крупнотоннажного производства биотехнологических продуктов с помощью глубинного культивирования.

Таблица 1.1 Основные микроорганизмы для крупнотоннажного производства.

Организм

Масштаб производства (м3)

Бактерии: множество штаммов, продуцирующих широкий спектр высокомолекулярных и низкомолекулярных продуктов. Хотя Escherichia Coli является предпочтительным продуцентом терапевтических белков, многие другие коммерческие экспрессионные системы доступны для производства малых молекул. Виды рода Streptomyces являются предпочтительными продуцентами вторичных метаболитов.

∼ 250

Дрожжи: крупные и мелкие молекулы. Часто продуцентами являются метилотрофные Pichia pastoris и Saccharomyces cerevisiae. Имеются и другие продуценты, такие как Hansenula polymorpha и Yarrowia lipolytica.

30 - 80

Грибы: многие нитчатые грибы используются для производства вторичных метаболитов, ферментов и органических кислот в промышленных масштабах.

≤ 600

Цианобактерии: Древняя форма жизни, наиболее известная своим съедобным родом Spirulina, выращиваемым в открытых прудах и продаваемым в форме таблеток в качестве пищевой добавки. Рекомбинантный штамм используется для фототрофного производства биотоплива. Потенциальный продуцент цитотоксических препаратов.

∼ 5000 (открытые пруды)

Водоросли: промышленно используются для производства следующих продуктов: 

  • удобрений, подкормок, средств для биочистки сточных вод из одноклеточных водорослей (Chlorella)

  • бета-каротина (Dunaliella), 

  • полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК).

Chlorella – самая популярная микроводоросль.

∼ 250

Культуры клеток растений: производство противоракового препарата паклитаксел (вторичного метаболита, полученного из растительных клеток в биореакторах объемом 75 м3). Другие продукты - терапевтические ферменты ElelysoTM – производятся в рекомбинантных клетках моркови, а также сапонины женьшеня. Как и с цианобактериями и водорослями, клетки растений можно культивировать гетеро, фото- или миксотрофно.

≤ 75

Мхи (Bryophyta): кассеты для Physcomitrella patens были разработаны для фототрофного культивирования.

< 2

Ряска: существует фототрофная технология выращивания рекомбинантных растений Lemna minor (ряска) в суспензионной культуре.

Как и мхи, ряска готова к коммерческому применению, но еще не использовалась промышленно.

< 2

Простейшие: в суспензионной культуре в основном используются два типа (Tetrahymena и Leishmania). Они также подходят для крупномасштабного производства белков, но пока не используются в коммерческих целях.

< 2

Культуры клеток насекомых: налаженная производственная система, используемая в основном для вакцин.

Системы экспрессии включают клетки Spodoptera frugiperda (моль), Trichoplusia ni. (моль), Bombyx mori (шелкопряд) и Drosophila sp. (плодовая муха)

< 2

Культуры клеток птиц: в основном используются для производства вирусных вакцин. Системы экспрессии представляют собой эмбрион утки, сетчатку утки, эмбрион перепела и эмбрион курицы. Культуры клеток заменяют традиционное производство вакцин на куриных яйцах.

> 10

Культуры клеток млекопитающих: промышленные «рабочие лошадки» для производства больших белков для парентерального введения, от Фактора VIII до моноклональных антител. Клетки яичников китайского хомячка (CHO) являются наиболее популярными экспрессионными системами.

∼ 25

Стволовые клетки: дермальные фибробласты человека, мезенхимальные стволовые клетки и плюрипотентные стволовые клетки производятся путем культивирования на микроносителях в биореакторах с мешалкой.

То количество стволовых клеток, которое необходимо для клинического аллогенного использования требует адаптации существующих методов массового культивирования клеток для эффективной наработки стволовых клеток.

< 1


  • Второй вариант - использование генетически модифицированных высших растений (Сосудистые растения), которые продуцируют рекомбинантные продукты в своих листьях, плодах, корнях или других частях. Трансгенные растения серьезно рассматриваются как «молекулярное сельское хозяйство» для производства таких продуктов как инсулин, лактоферрин, трипсин, вторичные метаболиты и нефармацевтические продукты, такие как биопластики.
  • Генетически модифицированные млекопитающие могут быть использованы для производства терапевтических белков в молоке, моче, крови или других жидкостях организма. В отличие от рекомбинантных растений, существует очень мало примеров трансгенных продуктивных животных, одним из которых является одобренный Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) в 2014 году рекомбинантный белок Ruconest, изолированный из трансгенного кроличьего молока, применяющийся для лечения наследственного ангионевротического отека.

В этой статье основное внимание уделяется первому методу, а именно производству в стерильном биореакторе или ферментере, поскольку в них производится более 99% биотехнологических продуктов, полученных на клетках животных, растений, грибов, дрожжей и бактерий.

В настоящее время, как показано в таблице 1.1, не только бактерии, дрожжи и грибы культивируются в «крупномасштабной» суспензионной культуре. Под «крупномасштабным» могут подразумеваться разные объемы в зависимости от продуцента.

Хотя клетки и организмы, перечисленные в таблице 1.1, сильно различаются по таксономии, форме, размеру и метаболизму, есть четыре общих элемента, которые могут повлиять на успех крупномасштабного суспензионного культивирования.

  • Генотип клетки, который контролируется и управляется физико-химической средой в биореакторе, для чего доступен целый арсенал погружных стерилизуемых сенсоров.

  • Состав питательной среды, который в идеале должен быть химически определен и прост. Кроме того, при составлении рецептуры питательной среды, необходимо учитывать заранее характеристики коалесценции, которые влияют на kLa или пенообразование.

  • Условия культивирования (температура, pH, pO2, pCO2, время перемешивания и усилие сдвига), которые поддерживаются с помощью системы термостатирования, системы подпиток, системы подачи газов. В большинстве случаев подстройка оборудования под специфический процесс ограничена только заменой импеллера.

  • Режим культивирования, например, периодический, пес подпиткой, непрерывный или перфузионный.


Организмы для промышленной биотехнологии.jpg

pillchemwheatleaf
Сбросить
фильтр
pill chem wheat leaf
Свернуть >

Технологическая карта

Хранение культур
Водоподготовка