Мэдээ - Био эмийн исгэх процесст ууссан хүчилтөрөгчийн түвшинг хянах

Ууссан хүчилтөрөгч гэж юу вэ?

Ууссан хүчилтөрөгч (DO) нь молекулын хүчилтөрөгч (O)-ийг хэлнэ_₂) нь усанд уусдаг. Энэ нь усны молекулуудад байдаг хүчилтөрөгчийн атомуудаас (H_₂O) нь агаар мандлаас гаралтай эсвэл усны ургамлын фотосинтезийн замаар үүсдэг бие даасан хүчилтөрөгчийн молекул хэлбэрээр усанд оршдог. DO-ийн концентрацид температур, давсжилт, усны урсгал, биологийн идэвхжил зэрэг янз бүрийн хүчин зүйлс нөлөөлдөг. Иймээс энэ нь усны орчны эрүүл мэнд, бохирдлын байдлыг үнэлэхэд чухал үзүүлэлт болдог.

Ууссан хүчилтөрөгч нь бичил биетний бодисын солилцоог дэмжих, эсийн амьсгал, өсөлт, бодисын солилцооны бүтээгдэхүүний биосинтезд нөлөөлөхөд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Гэсэн хэдий ч ууссан хүчилтөрөгчийн өндөр түвшин нь үргэлж ашигтай байдаггүй. Илүүдэл хүчилтөрөгч нь хуримтлагдсан бүтээгдэхүүний цаашдын бодисын солилцоонд хүргэж, хортой урвал үүсгэж болзошгүй. DO-ийн оновчтой түвшин нь бактерийн янз бүрийн төрөл зүйлд харилцан адилгүй байдаг. Жишээлбэл, пенициллиний биосинтезийн үед DO нь ихэвчлэн ойролцоогоор 30% агаарын ханалттай байдаг. Хэрэв DO тэг болж буурч, таван минутын турш энэ түвшинд хэвээр байвал бүтээгдэхүүний үүсэлт мэдэгдэхүйц буурч болно. Хэрэв энэ байдал 20 минут үргэлжилбэл эргэлт буцалтгүй хохирол учруулж болзошгүй.

Одоогоор хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг DO мэдрэгч нь ууссан хүчилтөрөгчийн абсолют концентрацийг бус харин зөвхөн харьцангуй агаарын ханалтыг хэмжиж чаддаг. Өсгөврийн орчныг ариутгасны дараа мэдрэгчийн заалт тогтворжих хүртэл агааржуулалт, хутгалтыг хийдэг бөгөөд энэ үед утгыг 100% агаарын ханалтад тохируулдаг. Исгэлтийн процессын явцад дараагийн хэмжилтийг энэхүү лавлагаа дээр үндэслэдэг. DO-ийн абсолют утгыг стандарт мэдрэгч ашиглан тодорхойлох боломжгүй бөгөөд полярографи гэх мэт илүү дэвшилтэт техник шаарддаг. Гэсэн хэдий ч агаарын ханалтын хэмжилт нь исгэлтийн процессыг хянах, хянахын тулд ерөнхийдөө хангалттай байдаг.

Исгэгч дотор DO түвшин өөр өөр бүс нутгуудад харилцан адилгүй байж болно. Нэг цэг дээр тогтвортой уншлага авсан ч гэсэн тодорхой өсгөврийн орчинд хэлбэлзэл үүсч болно. Том исгэгч нь DO түвшинд орон зайн хэлбэлзэл ихтэй байдаг бөгөөд энэ нь бичил биетний өсөлт, бүтээмжид мэдэгдэхүйц нөлөөлдөг. Туршилтын нотолгооноос харахад DO-ийн дундаж түвшин 30% байж болох ч хэлбэлзэлтэй нөхцөлд исгэх гүйцэтгэл нь тогтвортой нөхцөл байдлаас мэдэгдэхүйц бага байдаг. Тиймээс, геометрийн болон чадлын ижил төстэй байдлыг харгалзан үзээгүй тохиолдолд исгэгчийг өргөжүүлэхдээ орон зайн DO хэлбэлзлийг багасгах нь судалгааны гол зорилго хэвээр байна.

Биофармацийн исгэлтэд ууссан хүчилтөрөгчийн хяналт яагаад чухал вэ?

1. Бичил биетэн эсвэл эсийн оновчтой өсөлтийн орчныг хадгалах
Аж үйлдвэрийн исгэлт нь ихэвчлэн Escherichia coli болон мөөгөнцөр зэрэг аэроб бичил биетүүд, эсвэл Хятадын хошуут өндгөвчний (CHO) эсүүд зэрэг хөхтөн амьтдын эсүүдийг хамардаг. Эдгээр эсүүд нь исгэлтийн системд "ажилчид" болж, амьсгалах, бодисын солилцооны үйл ажиллагаанд хүчилтөрөгч шаарддаг. Хүчилтөрөгч нь аэроб амьсгалын үед электрон хүлээн авагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд ATP хэлбэрээр энерги үйлдвэрлэх боломжийг олгодог. Хүчилтөрөгчийн хангалтгүй хангамж нь эсийн амьсгал боогдох, өсөлт зогсох, эсвэл эсийн үхэлд хүргэж, эцэст нь исгэх үйл явц тасалдах шалтгаан болдог. DO түвшинг хянах нь хүчилтөрөгчийн агууламж эсийн тогтвортой өсөлт, амьдрах чадварыг хангах оновчтой хязгаарт хэвээр байхыг баталгаажуулдаг.

2. Зорилтот бүтээгдэхүүний үр ашигтай синтезийг хангах
Биофармацийн исгэлтийн зорилго нь зөвхөн эсийн үржлийг дэмжихээс гадна инсулин, моноклональ эсрэгбие, вакцин, фермент зэрэг хүссэн зорилтот бүтээгдэхүүний үр дүнтэй нийлэгжилтийг хөнгөвчлөх явдал юм. Эдгээр биосинтезийн замууд нь ихэвчлэн аэробик амьсгалаас үүдэлтэй их хэмжээний эрчим хүчний орц шаарддаг. Нэмж дурдахад бүтээгдэхүүний нийлэгжилтэд оролцдог олон ферментийн системүүд хүчилтөрөгчөөс шууд хамаардаг. Хүчилтөрөгчийн дутагдал нь эдгээр замын үр ашгийг тасалдуулж эсвэл бууруулж болзошгүй юм.

Түүнчлэн, DO түвшин нь зохицуулалтын дохио болж үйлчилдэг. Хэт өндөр болон бага DO концентраци нь дараахь зүйлийг үүсгэж болзошгүй.
- Эсийн бодисын солилцооны замыг өөрчлөх, жишээлбэл, аэробик амьсгалаас үр ашиг багатай агааргүй исгэх рүү шилжих.
- Эсийн стрессийн хариу урвалыг өдөөж, хүсээгүй дайвар бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд хүргэдэг.
- Гадны уургийн илэрхийлэлийн түвшинд нөлөөлөх.

Исгэлтийн янз бүрийн үе шатанд DO түвшинг нарийн хянаснаар эсийн бодисын солилцоог зорилтот бүтээгдэхүүний хамгийн их нийлэгжилт рүү чиглүүлж, улмаар өндөр нягтралтай, өндөр ургацтай исгэлтийг бий болгох боломжтой.

Био эмийн үйлдвэрлэлийн усны урсгалын графикийн танилцуулга

3. Хүчилтөрөгчийн дутагдал эсвэл илүүдэлээс урьдчилан сэргийлэх
Хүчилтөрөгчийн дутагдал (гипокси) нь ноцтой үр дагаварт хүргэж болзошгүй:
- Эсийн өсөлт ба бүтээгдэхүүний нийлэгжилт зогсдог.
- Бодисын солилцоо нь агааргүй зам руу шилжиж, сүүн хүчил, цууны хүчил зэрэг органик хүчлүүд хуримтлагддаг бөгөөд энэ нь өсгөврийн орчны рН-ийг бууруулж, эсийг хордуулж болзошгүй.
- Удаан хугацааны гипокси нь эргэлт буцалтгүй хохирол учруулж болзошгүй бөгөөд хүчилтөрөгчийн хангамж сэргэсний дараа ч эдгэрэлт бүрэн байхгүй болно.

Илүүдэл хүчилтөрөгч (хэт ханасан байдал) нь дараахь эрсдэлийг үүсгэдэг.
- Энэ нь исэлдэлтийн стресс болон реактив хүчилтөрөгчийн төрөл зүйл (ROS) үүсэхийг өдөөж, эсийн мембран болон биомолекулуудыг гэмтээдэг.
- Хэт их агааржуулалт болон хутгалт нь эрчим хүчний хэрэглээ болон үйл ажиллагааны зардлыг нэмэгдүүлж, улмаар шаардлагагүй нөөцийн хаягдал үүсгэдэг.

4. Бодит цагийн хяналт болон санал хүсэлтийн хяналтын чухал параметр болгон ашиглах

DO нь исгэх системийн дотоод нөхцөл байдлыг тусгасан бодит цагийн, тасралтгүй, цогц параметр юм. DO түвшний өөрчлөлт нь янз бүрийн физиологийн болон үйл ажиллагааны төлөв байдлыг мэдрэмтгий байдлаар илэрхийлж болно:
- Эсийн хурдацтай өсөлт нь хүчилтөрөгчийн хэрэглээг нэмэгдүүлж, улмаар DO-ийн түвшин буурахад хүргэдэг.
- Субстратын хомсдол эсвэл дарангуйлал нь бодисын солилцоог удаашруулж, хүчилтөрөгчийн хэрэглээг бууруулж, DO-ийн түвшинг нэмэгдүүлдэг.
- Гадны бичил биетний бохирдол нь хүчилтөрөгчийн хэрэглээний хэв маягийг өөрчилж, DO-ийн хэвийн бус хэлбэлзэлд хүргэж, эрт сэрэмжлүүлэх дохио болдог.
- Хутгагч эвдэрсэн, агааржуулалтын хоолой бөглөрсөн, шүүлтүүр бохирдсон зэрэг тоног төхөөрөмжийн эвдрэл нь DO-ийн хэвийн бус байдалд хүргэж болзошгүй.

Бодит цагийн DO хяналтыг автоматжуулсан санал хүсэлтийн хяналтын системд нэгтгэснээр дараах параметрүүдийг динамикаар тохируулснаар DO түвшинг нарийн зохицуулах боломжтой.
- Хутгах хурд: Хурдыг нэмэгдүүлэх нь бөмбөлгийг задалснаар хий-шингэний холбоог сайжруулж, улмаар хүчилтөрөгчийн дамжуулалтын үр ашгийг сайжруулдаг. Энэ бол хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг бөгөөд үр дүнтэй арга юм.
- Агааржуулалтын хурд: Оролтын хийн урсгалын хурд эсвэл найрлагыг тохируулах (жишээ нь, агаар эсвэл цэвэр хүчилтөрөгчийн эзлэх хувийг нэмэгдүүлэх).
- Савны даралт: Даралтыг нэмэгдүүлэх нь хүчилтөрөгчийн парциал даралтыг нэмэгдүүлж, улмаар уусах чадварыг нэмэгдүүлдэг.
- Температур: Температурыг бууруулах нь өсгөврийн орчин дахь хүчилтөрөгчийн уусах чадварыг нэмэгдүүлдэг.

Биологийн исгэлтийн онлайн хяналтад зориулсан BOQU-ийн бүтээгдэхүүний зөвлөмж: