Поиск
Поиск
В биотехнологическом производстве существует три основных метода использования микроорганизмов.
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:
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 |
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.
