Биореакторы

Емкости, в которых происходят биосинтетические процессы, называются биореакторами. Биореактор может содержать либо большое количество живых клеток, либо смесь реагентов и ферментов. Большинство биокаталитических процессов происходит в водной среде. Клетки или реагенты индуцируют на образование определенного конечного продукта. По окончании процесса нужный продукт собирается. Альтернативный подход заключается в том, что конечный продукт периодически собирается в течение всего процесса, который проходит безостановочно. В обычном процессе ферментации нужные клетки помещаются в среду, содержащую воду, питательные вещества, источник азота и растворенный кислород. Клеткам позволяют расти и размножаться вплоть до достижения ими желаемой плотности расположения в культуре. Питательная среда должна содержать все необходимые для клеток химические вещества. Клетки должны культивироваться при контролируемых условиях среды. Существуют различные методы, обеспечивающие циркуляцию питательных веществ вокруг клеток и удаление углекислого газа и других отходов. К таким методам относятся: (1) постоянное перемешивание; (2) использование суспензии микроорганизмов в циркулирующей среде. Помните, что растворенный кислород должен непрерывно поступать к клеткам. Клетки синтезируют желаемый продукт из предшественников, присутствующих в питательной смеси. Затем необходимый нам продукт либо секретируется из клетки с последующей очисткой, либо выделяется химическим путем.

Существует несколько недостатков этой технологии при использовании в коммерческих масштабах. Она требует большого количества энергии из-за необходимости поддержания подходящей температуры в большом объеме жидкости. Кроме того, из-за чувствительности клеток к таким факторам, как концентрация питательных веществ и рН раствора, процесс должен постоянно контролироваться с целью поддержания оптимальных условий. Процесс уязвим к загрязнению и ограничен накоплением побочных продуктов. Значительная проблема кроется также в чувствительности интактных клеток к условиям окружающей среды. Клетки погибают при высокой концентрации кислорода и энергичном перемешивании. Поэтому вы должны быть очень аккуратными. По мере увеличения плотности расположения клеток в культуре ограничивается поступление к клеткам достаточного количества растворенного кислорода (или другого газа) и питательных веществ. Кроме того, эта технология часто приводит к низкому выходу желаемого конечного продукта.

Высокая стоимость описанной технологии привела к разработке технологий проведения подобных реакций в существенно меньшем объеме, что облегчило снабжение культуры теплом, циркуляцию питательных веществ и стерилизацию. В отличие от суспензионной культуры в последнем случае клетки иммобилизованы, и среда циркулирует вокруг них. Стратегия иммобилизации включает культивирование клеток в полиакриламидном или агарозном геле, которые являются матриксом. Клетки и биокатализаторы плотно удерживаются на внешней поверхности специальных сферических бусинок. Эти бусинки могут быть либо зафиксированы на дне реакционного сосуда, либо свободно плавать в среде. Так как вы избавились от большой емкости и необходимости перемешивания, то можете существенно повысить эффективность процесса.

Новая эра изучения ферментов началась, когда было показано, что эффективность работы фермента может быть повышена при использовании органических растворителей. Классические представления говорят о том, что ферменты денатурируют при добавлении растворителей. Это знает каждый. Однако было показано, что, если раствор полностью обезвожен, структура ферментов сохраняется. Кроме того, их селективность может быть существенно повышена или полностью изменена. Использование ферментов в органических растворителях позволяет им воздействовать на многие органические соединения, которые не растворимы в воде. В результате биоинженерных технологий были созданы клетки, устойчивые к органическим растворителям. Они могут использоваться для образования ферментов в неводной среде.


Оставить комментарий

Ваш комментарий