벤치 탑 생물 반응기의 운전
Summary
발효조는 했나 보지 세포의 배양 수율과 생산성을 향상하는 데 사용됩니다. 쉐이크 플라스크에서 여러 미생물이나 동물 세포 배양 후보를 심사 한 후, 다음 논리적 단계는 발효기로 선택한 문화의 바이오 매스를 증가시키는 것이다. 이 동영상은 일반적인 벤치 탑 생물 반응기 시스템의 설치 및 운영을 보여줍니다.
Abstract
발효 시스템은 세포 배양의 다양한 유형에 대한 최적의 성장 환경을 제공하는 데 사용된다. 정중 온도, pH, 특히 용존 산소 농도를 제어하는 발효조 의해 수득 능력은 효율적인 대규모 성장 및 발효 제품의 발현에 필수적인 만든다. 이 동영상은 간단히 쉐이크 플라스크에 발효기의 장점을 설명한다. 또한 일반적인 벤치 탑 발효 시스템의 주요 구성 요소를 식별하고 그 프로브의 용기 및 교정의 설정에 기본 교육을 제공 할 것입니다. 뷰어는 살균 과정을 친숙하고 문화와 용기에 성장 배지에 접종하는 방법이 표시됩니다. 작업, 샘플링, 수확의 기본 개념은 입증 될 것입니다. 간단한 데이터 분석 및 시스템 정리도 논의 될 것이다.
Introduction
기본 발효 기술은 문화를 성장을위한 간단한 쉐이크 플라스크 기술의 확장입니다. 그것은 더 완전하고 정량적 인 방법에 살고있는 문화에 대한 성장 환경을 제어하는 욕망 성장했다. 일괄 문화 쉐이크 플라스크는 일반적으로 온도의 부정확 한 제어에 의해 제한됩니다. 배양 통 또는 따뜻한 방에서 온도 균일 성이 때때로 5 ° C를 방황하거나 의도 된 설정 값에서 더 높은 변수입니다. 쉐이크 플라스크는 일반적으로 고정 된 속도로 교반되어 있기 때문에, 산소 섭취량 및 가스 교환이 제한됩니다. 가능한 주위 산소가 고갈되면, 대부분의 문화가 번창하고 실패합니다. 쉐이크 플라스크에 pH 조절이 없습니다. 배양 피드 스톡에 의해 제한되지 않으면 많은 경우에, 그것은 문화 손해의 키워드로 산성이되어 호흡이 크게 저하. 대부분의 쉐이크 플라스크 문화는 그들이 inoculatio 또는 문화의 시작 부분에 한 번만 공급하는 것을 의미 '배치'으로 실행됩니다N. 이 초기 탄소원가 소비 된 후, 배양 성장 멈춘다. 어떤 경우에는 그 대사 시프트 및 배양액에서 다른 대사 물질을 소비하기 시작할 때로 얻어진 매스 또는 단백질의 특성을 변화있다. 쉐이크 플라스크는 37 ° C에서 따뜻한 문화 환경, 24 시간 당 볼륨의 일반적으로 10 %에서 미디어 증발 손실에 일반적으로 적용됩니다 이 손실은 문화의 밀도를 변화시키고 시스템의 장기 운전을 금지한다. 마지막으로, 사용자는 교반 후 미디어에서 발포가 발생할 수있다. 문화 위의 빈 공간에있는 거품의 발생은 가스 교환 및 추가 뒷무릎 관절의 성장을 제한합니다.
기본 발효 시스템은 이러한 제한을 모두 해결하기 위해 설계되었습니다. 주의 깊은 온도 제어는 임펠러 교반 및 가열 재킷을 이용하여 발효 용기에 달성된다. 일반적으로이 재킷의 가열과 냉각의 용기와 피드백 제어에 삽입 된 센서설정 값 주위에 0.1 ° C ± 온도 제어의 결과. 벤치 탑 발효조는 일반적으로 펌프를 통해 액체 시약의 추가를 통해 pH를 제어 할 수 있습니다. pH 값을 연속적으로 세포의 성장을위한 최적의 환경을 유지하기위한 노력으로 모니터링된다. 적절한 통기가 상기 혼합 임펠러 또는 직접 문화에 공기 또는 산소 보충 가스의 주입에 의해 유지된다. 전단에 민감한 문화와 산소 보충 가스는 문화의 산소 수준의 유지 보수를위한 기본 메커니즘입니다. 솔루션에있는 산소의 측정은 일반적으로 동요 플라스크에 사용하기에 일반적으로 사용할 수없는 폴라 프로브에 의해 달성된다. 연속적 또는 주기적으로 선형 또는 지수 방식으로 성장을 유지하도록 용기에 피드를 추가하는 것도 가능하다. 출구 가스 응축기 따라서 배양 부피와 밀도를 보존 응축 배기 가스 흐름에 대한 증기 차가운 표면을 제공한다. 소포제, 계면 활성제의 정기적 인 추가 작동된다표면에 거품을 줄이고 가스 교환을 허용하는 문화의 전도도에 의해.
용기는 모든 프로브, 피팅, 임펠러, 수확 파이프 및 튜브, 조립 및 표준 오토 클레이브 멸균. 최종 프로브 교정 및 운영 환경 안정화 한 후, 배양 용기에 추가됩니다. 시스템은 쉐이크 플라스크 법에보다 정확하고 정량적 방식으로 배양을 특성화하는데 사용될 수있다. 온도, pH, 산소 함량, 사료 소비량, 액체 증발 및 발포 수준의 엄격한 제어는 모두 더 높은 바이오 매스와 잘 단백질 수율에 기여한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
교반 탱크 생물 반응기는 생명 공학 업계의 표준이며, 40 년 이상 1 사용되고있다. 작은 교반 탱크 스케일 업, 스케일 다운, 변형 최적화, 특성, 및 프로세스 개발을위한 중요했다. 또한 개별화 약 2의 개발에 중요한 역할을 할 수있다. 그것은 모니터링 및 실행을 통하여 최적화 될 수 있기 때문에 소규모 생물 반응기는 세포 성장을위한 인 시츄 상태에서 가장 유사한. 대부분의 경우, 초기 실험은 쉐이크 플라스크를 사용하여 수행됩니다 만, 작은 규모의 생물 반응기의 조건은 쉐이크 플라스크에서 크게 다르다. 한 실험에서 우리는 발견 E.의 최적 성장을위한 조건 대장균과 쉐이크 플라스크에 녹색 형광 단백질 (GFP)의 생산은 교반 탱크 (게시되지 않은 데이터)를 번역하지 않았다.
큰 규모의 성장 세포의 다른 방법은 롤러 병, 하나의 U 포함SE는 각각의 방법은 50에서 5,000 L.하기 위해 노력하고 볼륨과 플랫폼 생물 반응기 3 큰 단일 사용 생물 반응기를 흔들 스케일 업에 대한 도전을 제공하지만, 생산 장소를 발견했다. 플랫폼 생물 반응기를 흔들 단일 사용은 교반 탱크와 유사하며, 규제 환경을 제공합니다. 그것은 세포 침전을 방지하고 산소를 제공하는 웨이브를 발생시키는 것으로 인한 요동을 발생하는 혼합 교반 탱크에서 다르다. 이 방법은 유체 역학 교반 탱크 상이한 최대 볼륨이 차이는 세포 성장 및 제품 생산에 영향을 미칠 수 1000 L.에 한정되어있다. 다른 하나의 사용 시스템, 인프라 및 연관된 오버 헤드가 최소 플랫폼을 제공하는 일회용 반응기로 교반 탱크를 결합하고, 높은 처리량 능력을 생물학적 공정 4.
벤치 탑 생물 반응기의 새로운 사용자는 문제의 pH, PO 2 템의 초기 설정 값을 결정이있을 수 있습니다perature하지만, 발표 된 연구는 이러한 정보 5, 6, 7, 8, 9에 대해 참조 될 수있다. 특히 세균 배양으로, 그것은 통 플라스크와 같은 설정 값의 온도와 같은 속도로 교반을 시작하는 것이 좋습니다. 이전 쉐이크 플라스크 실행에서 배양 pH는 또한 출발점으로 사용될 수있다. PO 2 값의 설정은 더 어렵습니다 일반적으로 실험적으로 결정된다. 그러나, 50 % PO 2로 시작하는 것은 권장 출발점입니다.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 프로젝트는 존스 홉킨스 대학, 게이트웨이 과학 이니셔티브를 통해 사무장의 사무실에 의해 부분적으로 지원되었다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number |
| LB broth | Sigma | L3022 |
| ampicillin | Sigma | A1593-25G |
| LB broth | Sigma | L3022 |
| antifoam 204 | Sigma | A8311 |
| 1 M Sodium Hydroxide | Sigma | 38215-1EA-R |
| Reference Buffer, pH 4.00 | Sigma | B5020 |
| Reference Buffer, pH 7.00 | Sigma | B4770 |
| pO2 probe electrolyte | Broadley James | AS-3140-C30-0025 |
| 0.45 micron filter | Cole Parmer | EW-02915-22 |
| 0.22 micron filter | Cole Parmer | EW-29950-40 |
| Luer Lock syringe, 10 mL | Cole Parmer | EW-07940-12 |
| Minifors Bioreactor | Infors HT | B-Pack 5.0 |
| Air Admiral air pump | Cole Parmer | EW-79202-00 |
| 1175 PD Chilling circulator | VWR | 13721-204 |
References
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