Habari - Ufuatiliaji wa Viwango vya Oksijeni vilivyoyeyushwa katika Mchakato wa Uchachushaji wa Dawa ya Kiumbe hai

Oksijeni Iliyoyeyushwa ni nini?

Oksijeni iliyoyeyushwa (DO) inarejelea oksijeni ya molekuli (O_₂) ambayo huyeyushwa katika maji. Inatofautiana na atomi za oksijeni zilizopo kwenye molekuli za maji (H_₂O), kama inavyopatikana katika maji katika mfumo wa molekuli za oksijeni zinazojitegemea, ama zinazotoka kwenye angahewa au zinazozalishwa kupitia usanisinuru na mimea ya majini. Mkusanyiko wa DO huathiriwa na mambo mbalimbali, ikiwa ni pamoja na joto, chumvi, mtiririko wa maji, na shughuli za kibiolojia. Kwa hivyo, hutumika kama kiashirio muhimu cha kutathmini hali ya afya na uchafuzi wa mazingira ya majini.

Oksijeni iliyoyeyushwa ina jukumu muhimu katika kukuza kimetaboliki ya vijidudu, kuathiri kupumua kwa seli, ukuaji, na usanisi wa bidhaa za kimetaboliki. Walakini, viwango vya juu vya oksijeni iliyoyeyushwa sio faida kila wakati. Oksijeni ya ziada inaweza kusababisha kimetaboliki zaidi ya bidhaa zilizokusanywa na kusababisha athari za sumu. Viwango bora vya DO hutofautiana kati ya aina tofauti za bakteria. Kwa mfano, wakati wa usanisi wa penicillin, DO hudumishwa kwa takriban 30% ya kueneza hewa. Ikiwa DO itashuka hadi sifuri na kubaki katika kiwango hicho kwa dakika tano, uundaji wa bidhaa unaweza kuharibika kwa kiasi kikubwa. Ikiwa hali hii itaendelea kwa dakika 20, uharibifu usioweza kurekebishwa unaweza kutokea.

Hivi sasa, vitambuzi vya DO vinavyotumika zaidi vinaweza kupima tu ujazo wa hewa wa jamaa, badala ya mkusanyiko kamili wa oksijeni iliyoyeyushwa. Baada ya sterilization ya kati ya utamaduni, uingizaji hewa na kuchochea hufanyika hadi usomaji wa sensor utengeneze, wakati ambapo thamani imewekwa kwa kueneza hewa kwa 100%. Vipimo vinavyofuata wakati wa mchakato wa kuchachusha vinategemea rejeleo hili. Thamani kamili za DO haziwezi kubainishwa kwa kutumia vitambuzi vya kawaida na zinahitaji mbinu za hali ya juu zaidi, kama vile polarography. Hata hivyo, vipimo vya kueneza hewa kwa ujumla vinatosha kwa ufuatiliaji na kudhibiti michakato ya uchachushaji.

Ndani ya fermenter, viwango vya DO vinaweza kutofautiana katika maeneo mbalimbali. Hata wakati usomaji thabiti unapatikana kwa wakati mmoja, kushuka kwa thamani bado kunaweza kutokea katika media fulani za kitamaduni. Vichachuzio vikubwa zaidi huwa na utofauti mkubwa zaidi wa anga katika viwango vya DO, ambavyo vinaweza kuathiri pakubwa ukuaji na tija ya vijidudu. Ushahidi wa kimajaribio umeonyesha kwamba, ingawa wastani wa kiwango cha DO kinaweza kuwa 30%, utendaji wa uchachushaji chini ya hali zinazobadilika-badilika ni wa chini sana kuliko chini ya hali dhabiti. Kwa hivyo, katika uongezaji wa vichachuzio—zaidi ya kuzingatia ulinganifu wa kijiometri na nguvu—kupunguza tofauti za anga za DO linasalia kuwa lengo kuu la utafiti.

Kwa nini Ufuatiliaji wa Oksijeni Iliyoyeyushwa ni Muhimu katika Uchachushaji wa Dawa ya Kibiolojia?

1. Kudumisha Mazingira Bora ya Ukuaji wa Viumbe vidogo au Seli
Uchachushaji wa viwandani kwa kawaida huhusisha vijidudu aerobiki, kama vile Escherichia coli na yeast, au seli za mamalia, kama vile seli za Kichina za Hamster Ovary (CHO). Seli hizi hufanya kazi kama "wafanyakazi" ndani ya mfumo wa uchachushaji, zinazohitaji oksijeni kwa kupumua na shughuli za kimetaboliki. Oksijeni hutumika kama kipokezi cha mwisho cha elektroni katika kupumua kwa aerobic, kuwezesha uzalishaji wa nishati katika mfumo wa ATP. Ugavi wa oksijeni usiotosha unaweza kusababisha kukosa hewa ya seli, kukamatwa kwa ukuaji, au hata kifo cha seli, na hatimaye kusababisha kushindwa kwa uchachishaji. Kufuatilia viwango vya DO huhakikisha kwamba viwango vya oksijeni vinasalia ndani ya masafa bora kwa ukuaji endelevu wa seli na uwezo wake wa kumea.

2. Kuhakikisha Usanisi Bora wa Bidhaa Lengwa
Madhumuni ya uchachishaji wa dawa ya kibayolojia sio tu kukuza kuenea kwa seli bali kuwezesha usanisi mzuri wa bidhaa zinazolengwa, kama vile insulini, kingamwili za monokloni, chanjo na vimeng'enya. Njia hizi za kibayolojia mara nyingi zinahitaji uingizaji mkubwa wa nishati, hasa inayotokana na kupumua kwa aerobic. Zaidi ya hayo, mifumo mingi ya enzymatic inayohusika katika usanisi wa bidhaa moja kwa moja inategemea oksijeni. Upungufu wa oksijeni unaweza kuharibu au kupunguza ufanisi wa njia hizi.

Zaidi ya hayo, viwango vya DO hufanya kama ishara ya udhibiti. Viwango vya juu na vya chini vya DO vinaweza:
- Badilisha njia za kimetaboliki za seli, kwa mfano, kuhama kutoka kwa kupumua kwa aerobiki hadi uchachishaji usio na ufanisi wa anaerobic.
- Anzisha majibu ya mfadhaiko wa seli, na kusababisha utengenezaji wa bidhaa zisizohitajika.
- Kuathiri viwango vya kujieleza vya protini za nje.

Kwa kudhibiti kwa usahihi viwango vya DO katika hatua tofauti za uchachushaji, inawezekana kuongoza kimetaboliki ya seli kuelekea usanisi wa juu wa bidhaa lengwa, na hivyo kufikia uchachushaji wa wingi wa juu na mavuno mengi.

Utangulizi wa Chati ya Mtiririko wa Maji kwa Madawa ya Bio

3. Kuzuia Upungufu wa Oksijeni au Kuzidi
Upungufu wa oksijeni (hypoxia) inaweza kuwa na matokeo mabaya:
- Ukuaji wa seli na usanisi wa bidhaa hukoma.
- Umetaboli hubadilika hadi kwenye njia za anaerobic, na kusababisha mkusanyiko wa asidi za kikaboni kama vile asidi ya lactic na asidi asetiki, ambayo hupunguza pH ya kiungo cha utamaduni na inaweza sumu ya seli.
- Hypoxia ya muda mrefu inaweza kusababisha uharibifu usioweza kurekebishwa, na uokoaji haujakamilika hata baada ya ugavi wa oksijeni kurejeshwa.

Oksijeni ya ziada (supersaturation) pia huleta hatari:
- Inaweza kusababisha mkazo wa kioksidishaji na uundaji wa spishi tendaji za oksijeni (ROS), ambazo huharibu utando wa seli na biomolecules.
- Upepo kupita kiasi na fadhaa huongeza matumizi ya nishati na gharama za uendeshaji, na kusababisha upotevu wa rasilimali usio wa lazima.

4. Kama Kigezo Muhimu cha Ufuatiliaji na Udhibiti wa Maoni kwa Wakati Halisi

DO ni kigezo cha muda halisi, endelevu na cha kina kinachoakisi hali ya ndani ya mfumo wa uchachushaji. Mabadiliko katika viwango vya DO yanaweza kuonyesha hali mbalimbali za kisaikolojia na uendeshaji:
- Ukuaji wa haraka wa seli huongeza matumizi ya oksijeni, na kusababisha viwango vya DO kupungua.
- Upungufu wa substrate au kizuizi hupunguza kimetaboliki, kupunguza matumizi ya oksijeni na kusababisha viwango vya DO kupanda.
- Kuchafuliwa na vijiumbe vya kigeni hubadilisha muundo wa utumiaji wa oksijeni, na kusababisha mabadiliko yasiyo ya kawaida ya DO na kutumika kama ishara ya onyo la mapema.
- Hitilafu za kifaa, kama vile kushindwa kwa kichochezi, kuziba kwa bomba la uingizaji hewa, au uvujaji wa chujio, pia kunaweza kusababisha tabia isiyo ya kawaida ya DO.

Kwa kujumuisha ufuatiliaji wa DO wa wakati halisi katika mfumo wa kudhibiti maoni otomatiki, udhibiti sahihi wa viwango vya DO unaweza kufikiwa kupitia marekebisho thabiti ya vigezo vifuatavyo:
- Kasi ya kusisimua: Kuongeza kasi huongeza mguso wa gesi-kioevu kwa kuvunja viputo, na hivyo kuboresha ufanisi wa uhamishaji wa oksijeni. Hii ndiyo njia inayotumiwa zaidi na yenye ufanisi.
- Kiwango cha uingizaji hewa: Kurekebisha kiwango cha mtiririko au muundo wa gesi ya kuingiza (kwa mfano, kuongeza uwiano wa hewa au oksijeni safi).
- Shinikizo la tanki: Kuinua shinikizo huongeza shinikizo la sehemu ya oksijeni, na hivyo kuongeza umumunyifu.
- Joto: Kupunguza joto huongeza umumunyifu wa oksijeni katika utamaduni wa utamaduni.

Mapendekezo ya bidhaa ya BOQU kwa ufuatiliaji mtandaoni wa uchachushaji wa kibayolojia: