വാർത്ത - ബയോ ഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽ ഫെർമെന്റേഷൻ പ്രക്രിയയിൽ അലിഞ്ഞുചേർന്ന ഓക്സിജന്റെ അളവ് നിരീക്ഷിക്കൽ.

എന്താണ് അലിഞ്ഞുചേർന്ന ഓക്സിജൻ?

അലിഞ്ഞുചേർന്ന ഓക്സിജൻ (DO) എന്നത് തന്മാത്രാ ഓക്സിജനെ (O) സൂചിപ്പിക്കുന്നു._�) വെള്ളത്തിൽ ലയിക്കുന്നതാണ്. ജല തന്മാത്രകളിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന ഓക്സിജൻ ആറ്റങ്ങളിൽ നിന്ന് ഇത് വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു (H_�O), അന്തരീക്ഷത്തിൽ നിന്ന് ഉത്ഭവിക്കുന്നതോ ജലസസ്യങ്ങളുടെ പ്രകാശസംശ്ലേഷണം വഴി ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നതോ ആയ സ്വതന്ത്ര ഓക്സിജൻ തന്മാത്രകളുടെ രൂപത്തിൽ വെള്ളത്തിൽ നിലനിൽക്കുന്നതിനാൽ. താപനില, ലവണാംശം, ജലപ്രവാഹം, ജൈവ പ്രവർത്തനങ്ങൾ എന്നിവയുൾപ്പെടെ വിവിധ ഘടകങ്ങൾ DO യുടെ സാന്ദ്രതയെ സ്വാധീനിക്കുന്നു. അതിനാൽ, ജല പരിസ്ഥിതികളുടെ ആരോഗ്യവും മലിനീകരണ നിലയും വിലയിരുത്തുന്നതിനുള്ള ഒരു നിർണായക സൂചകമായി ഇത് പ്രവർത്തിക്കുന്നു.

സൂക്ഷ്മജീവികളുടെ മെറ്റബോളിസത്തെ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നതിലും, കോശ ശ്വസനം, വളർച്ച, ഉപാപചയ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ ബയോസിന്തസിസ് എന്നിവയെ സ്വാധീനിക്കുന്നതിലും ലയിച്ച ഓക്സിജൻ ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഉയർന്ന അളവിലുള്ള ലയിച്ച ഓക്സിജൻ എല്ലായ്പ്പോഴും ഗുണം ചെയ്യില്ല. അധിക ഓക്സിജൻ അടിഞ്ഞുകൂടിയ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ കൂടുതൽ മെറ്റബോളിസത്തിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം, ഇത് വിഷ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് കാരണമാകും. വ്യത്യസ്ത ബാക്ടീരിയ സ്പീഷീസുകൾക്കിടയിൽ ഒപ്റ്റിമൽ ഡിഒ ലെവലുകൾ വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, പെൻസിലിൻ ബയോസിന്തസിസ് സമയത്ത്, ഡിഒ സാധാരണയായി ഏകദേശം 30% വായു സാച്ചുറേഷനിൽ നിലനിർത്തുന്നു. ഡിഒ പൂജ്യത്തിലേക്ക് താഴുകയും അഞ്ച് മിനിറ്റ് ആ നിലയിൽ തുടരുകയും ചെയ്താൽ, ഉൽപ്പന്ന രൂപീകരണം ഗണ്യമായി തകരാറിലായേക്കാം. ഈ അവസ്ഥ 20 മിനിറ്റ് തുടർന്നാൽ, മാറ്റാനാവാത്ത നാശനഷ്ടങ്ങൾ സംഭവിക്കാം.

നിലവിൽ, ഏറ്റവും സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന DO സെൻസറുകൾക്ക് ലയിച്ച ഓക്സിജന്റെ കേവല സാന്ദ്രത അളക്കാൻ കഴിയില്ല, പകരം ആപേക്ഷിക വായു സാച്ചുറേഷൻ മാത്രമേ അളക്കാൻ കഴിയൂ. കൾച്ചർ മീഡിയത്തിന്റെ വന്ധ്യംകരണത്തിനുശേഷം, സെൻസർ റീഡിംഗ് സ്ഥിരമാകുന്നതുവരെ വായുസഞ്ചാരവും ഇളക്കലും നടത്തുന്നു, ആ ഘട്ടത്തിൽ മൂല്യം 100% വായു സാച്ചുറേഷൻ ആയി സജ്ജീകരിക്കും. ഫെർമെന്റേഷൻ പ്രക്രിയയിലെ തുടർന്നുള്ള അളവുകൾ ഈ റഫറൻസിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്. സ്റ്റാൻഡേർഡ് സെൻസറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് അബ്സൊല്യൂട്ട് DO മൂല്യങ്ങൾ നിർണ്ണയിക്കാൻ കഴിയില്ല, കൂടാതെ പോളറോഗ്രാഫി പോലുള്ള കൂടുതൽ നൂതന സാങ്കേതിക വിദ്യകൾ ആവശ്യമാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ഫെർമെന്റേഷൻ പ്രക്രിയകൾ നിരീക്ഷിക്കുന്നതിനും നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനും വായു സാച്ചുറേഷൻ അളവുകൾ സാധാരണയായി പര്യാപ്തമാണ്.

ഒരു ഫെർമെന്ററിനുള്ളിൽ, വ്യത്യസ്ത പ്രദേശങ്ങളിൽ DO ലെവലുകൾ വ്യത്യാസപ്പെടാം. ഒരു ഘട്ടത്തിൽ സ്ഥിരതയുള്ള വായന ലഭിക്കുമ്പോൾ പോലും, ചില കൾച്ചർ മീഡിയകളിൽ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ ഇപ്പോഴും സംഭവിക്കാം. വലിയ ഫെർമെന്ററുകൾ DO ലെവലുകളിൽ കൂടുതൽ സ്ഥലപരമായ വ്യതിയാനങ്ങൾ പ്രകടിപ്പിക്കുന്ന പ്രവണത കാണിക്കുന്നു, ഇത് സൂക്ഷ്മജീവികളുടെ വളർച്ചയെയും ഉൽപ്പാദനക്ഷമതയെയും സാരമായി ബാധിക്കും. ശരാശരി DO ലെവൽ 30% ആയിരിക്കാമെങ്കിലും, ചാഞ്ചാട്ടമുള്ള സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഫെർമെന്റേഷൻ പ്രകടനം സ്ഥിരതയുള്ള സാഹചര്യങ്ങളേക്കാൾ വളരെ കുറവാണെന്ന് പരീക്ഷണാത്മക തെളിവുകൾ തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്. അതിനാൽ, ഫെർമെന്ററുകളുടെ സ്കെയിൽ-അപ്പിൽ - ജ്യാമിതീയവും പവർ സമാനതയും പരിഗണിക്കുന്നതിനപ്പുറം - സ്പേഷ്യൽ DO വ്യതിയാനങ്ങൾ കുറയ്ക്കുന്നത് ഒരു പ്രധാന ഗവേഷണ ലക്ഷ്യമായി തുടരുന്നു.

ബയോഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽ ഫെർമെന്റേഷനിൽ അലിഞ്ഞുചേർന്ന ഓക്സിജൻ നിരീക്ഷണം അത്യാവശ്യമായിരിക്കുന്നത് എന്തുകൊണ്ട്?

1. സൂക്ഷ്മാണുക്കൾക്കോ കോശങ്ങൾക്കോ അനുയോജ്യമായ വളർച്ചാ അന്തരീക്ഷം നിലനിർത്താൻ
വ്യാവസായിക അഴുകലിൽ സാധാരണയായി എഷെറിച്ചിയ കോളി, യീസ്റ്റ് പോലുള്ള വായുരഹിത സൂക്ഷ്മാണുക്കൾ അല്ലെങ്കിൽ ചൈനീസ് ഹാംസ്റ്റർ ഓവറി (CHO) കോശങ്ങൾ പോലുള്ള സസ്തനി കോശങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുന്നു. ഈ കോശങ്ങൾ അഴുകൽ സംവിധാനത്തിനുള്ളിൽ "പ്രവർത്തകർ" ആയി പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ശ്വസനത്തിനും ഉപാപചയ പ്രവർത്തനങ്ങൾക്കും ഓക്സിജൻ ആവശ്യമാണ്. എയറോബിക് ശ്വസനത്തിൽ ഓക്സിജൻ ടെർമിനൽ ഇലക്ട്രോൺ സ്വീകാര്യമായി വർത്തിക്കുന്നു, ഇത് ATP രൂപത്തിൽ ഊർജ്ജം ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു. അപര്യാപ്തമായ ഓക്സിജൻ വിതരണം കോശ ശ്വാസംമുട്ടൽ, വളർച്ച നിർത്തൽ അല്ലെങ്കിൽ കോശ മരണത്തിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം, ഇത് ഒടുവിൽ അഴുകൽ പരാജയത്തിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം. DO ലെവലുകൾ നിരീക്ഷിക്കുന്നത് ഓക്സിജന്റെ സാന്ദ്രത സുസ്ഥിരമായ കോശ വളർച്ചയ്ക്കും പ്രവർത്തനക്ഷമതയ്ക്കും അനുയോജ്യമായ പരിധിക്കുള്ളിൽ തുടരുന്നുവെന്ന് ഉറപ്പാക്കുന്നു.

2. ലക്ഷ്യ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ കാര്യക്ഷമമായ സമന്വയം ഉറപ്പാക്കാൻ
ബയോഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽ ഫെർമെന്റേഷന്റെ ലക്ഷ്യം കോശ വ്യാപനം പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുക മാത്രമല്ല, ഇൻസുലിൻ, മോണോക്ലോണൽ ആന്റിബോഡികൾ, വാക്സിനുകൾ, എൻസൈമുകൾ തുടങ്ങിയ ആവശ്യമുള്ള ലക്ഷ്യ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ കാര്യക്ഷമമായ സമന്വയം സുഗമമാക്കുക എന്നതാണ്. ഈ ബയോസിന്തറ്റിക് പാതകൾക്ക് പലപ്പോഴും ഗണ്യമായ ഊർജ്ജ ഇൻപുട്ട് ആവശ്യമാണ്, പ്രാഥമികമായി എയറോബിക് ശ്വസനത്തിൽ നിന്ന് ഉരുത്തിരിഞ്ഞതാണ്. കൂടാതെ, ഉൽപ്പന്ന സമന്വയത്തിൽ ഉൾപ്പെടുന്ന പല എൻസൈമാറ്റിക് സംവിധാനങ്ങളും നേരിട്ട് ഓക്സിജനെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. ഓക്സിജന്റെ കുറവ് ഈ പാതകളുടെ കാര്യക്ഷമതയെ തടസ്സപ്പെടുത്തുകയോ കുറയ്ക്കുകയോ ചെയ്തേക്കാം.

മാത്രമല്ല, DO ലെവലുകൾ ഒരു നിയന്ത്രണ സിഗ്നലായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. അമിതമായി ഉയർന്നതും താഴ്ന്നതുമായ DO സാന്ദ്രതകൾ ഇവയ്ക്ക് കാരണമാകും:
- കോശ ഉപാപചയ പാതകളിൽ മാറ്റം വരുത്തുക, ഉദാഹരണത്തിന്, വായുരഹിത ശ്വസനത്തിൽ നിന്ന് കാര്യക്ഷമത കുറഞ്ഞ വായുരഹിത അഴുകലിലേക്ക് മാറുക.
- കോശ സമ്മർദ്ദ പ്രതികരണങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നു, ഇത് അഭികാമ്യമല്ലാത്ത ഉപോൽപ്പന്നങ്ങളുടെ ഉത്പാദനത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.
- ബാഹ്യ പ്രോട്ടീനുകളുടെ ആവിഷ്കാര നിലകളെ സ്വാധീനിക്കുക.

അഴുകലിന്റെ വിവിധ ഘട്ടങ്ങളിൽ DO ലെവലുകൾ കൃത്യമായി നിയന്ത്രിക്കുന്നതിലൂടെ, കോശ ഉപാപചയ പ്രവർത്തനങ്ങളെ പരമാവധി ലക്ഷ്യ ഉൽപ്പന്ന സമന്വയത്തിലേക്ക് നയിക്കാൻ കഴിയും, അതുവഴി ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയും ഉയർന്ന വിളവും ഉള്ള അഴുകൽ കൈവരിക്കാൻ കഴിയും.

ബയോ ഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽസിനായുള്ള വാട്ടർ ഫ്ലോ ചാർട്ടിന്റെ ആമുഖം

3. ഓക്സിജന്റെ കുറവ് അല്ലെങ്കിൽ അധികമാകൽ തടയാൻ
ഓക്സിജന്റെ കുറവ് (ഹൈപ്പോക്സിയ) ഗുരുതരമായ പ്രത്യാഘാതങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കും:
- കോശ വളർച്ചയും ഉൽപ്പന്ന സമന്വയവും നിലയ്ക്കുന്നു.
- മെറ്റബോളിസം വായുരഹിത പാതകളിലേക്ക് മാറുന്നു, ഇത് ലാക്റ്റിക് ആസിഡ്, അസറ്റിക് ആസിഡ് തുടങ്ങിയ ജൈവ ആസിഡുകളുടെ ശേഖരണത്തിന് കാരണമാകുന്നു, ഇത് കൾച്ചർ മീഡിയത്തിന്റെ pH കുറയ്ക്കുകയും കോശങ്ങളെ വിഷലിപ്തമാക്കുകയും ചെയ്യും.
- നീണ്ടുനിൽക്കുന്ന ഹൈപ്പോക്സിയ മാറ്റാനാവാത്ത നാശത്തിന് കാരണമാകും, ഓക്സിജൻ വിതരണം പുനഃസ്ഥാപിച്ചാലും വീണ്ടെടുക്കൽ അപൂർണ്ണമായിരിക്കും.

അധിക ഓക്സിജൻ (സൂപ്പർസാച്ചുറേഷൻ) അപകടസാധ്യതകളും ഉയർത്തുന്നു:
- ഇത് ഓക്‌സിഡേറ്റീവ് സ്ട്രെസ് ഉണ്ടാക്കുകയും കോശ സ്തരങ്ങളെയും ജൈവതന്മാത്രകളെയും നശിപ്പിക്കുന്ന റിയാക്ടീവ് ഓക്സിജൻ സ്പീഷീസുകളുടെ (ROS) രൂപീകരണത്തിന് കാരണമാവുകയും ചെയ്യും.
- അമിതമായ വായുസഞ്ചാരവും ഇളക്കവും ഊർജ്ജ ഉപഭോഗവും പ്രവർത്തന ചെലവും വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് അനാവശ്യമായ വിഭവ നഷ്ടത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.

4. റിയൽ-ടൈം മോണിറ്ററിംഗിനും ഫീഡ്‌ബാക്ക് നിയന്ത്രണത്തിനുമുള്ള ഒരു നിർണായക പാരാമീറ്ററായി

DO എന്നത് ഫെർമെന്റേഷൻ സിസ്റ്റത്തിന്റെ ആന്തരിക അവസ്ഥകളെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്ന ഒരു തത്സമയ, തുടർച്ചയായ, സമഗ്രമായ പാരാമീറ്ററാണ്. DO ലെവലുകളിലെ മാറ്റങ്ങൾ വിവിധ ശാരീരികവും പ്രവർത്തനപരവുമായ അവസ്ഥകളെ സെൻസിറ്റീവായി സൂചിപ്പിക്കും:
- ദ്രുതഗതിയിലുള്ള കോശ വളർച്ച ഓക്സിജൻ ഉപഭോഗം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും, അതുവഴി DO ലെവലുകൾ കുറയുകയും ചെയ്യുന്നു.
- അടിവസ്ത്ര ശോഷണം അല്ലെങ്കിൽ തടസ്സം ഉപാപചയ പ്രവർത്തനത്തെ മന്ദഗതിയിലാക്കുന്നു, ഇത് ഓക്സിജൻ ഉപഭോഗം കുറയ്ക്കുകയും DO ലെവലുകൾ വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
- വിദേശ സൂക്ഷ്മാണുക്കളുമായുള്ള മലിനീകരണം ഓക്സിജൻ ഉപഭോഗ രീതിയെ മാറ്റുന്നു, ഇത് അസാധാരണമായ DO ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകളിലേക്ക് നയിക്കുകയും ഒരു മുൻകൂർ മുന്നറിയിപ്പ് സിഗ്നലായി വർത്തിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
- സ്റ്റിറർ തകരാർ, വെന്റിലേഷൻ പൈപ്പ് തടസ്സം, അല്ലെങ്കിൽ ഫിൽട്ടർ ഫൗളിംഗ് തുടങ്ങിയ ഉപകരണങ്ങളുടെ തകരാറുകൾ അസാധാരണമായ DO സ്വഭാവത്തിന് കാരണമാകും.

ഒരു ഓട്ടോമേറ്റഡ് ഫീഡ്‌ബാക്ക് നിയന്ത്രണ സംവിധാനത്തിലേക്ക് തത്സമയ DO നിരീക്ഷണം സംയോജിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ, ഇനിപ്പറയുന്ന പാരാമീറ്ററുകളുടെ ചലനാത്മക ക്രമീകരണങ്ങളിലൂടെ DO ലെവലുകളുടെ കൃത്യമായ നിയന്ത്രണം കൈവരിക്കാൻ കഴിയും:
- ഇളക്കൽ വേഗത: വേഗത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നത് കുമിളകൾ പൊട്ടിച്ച് വാതക-ദ്രാവക സമ്പർക്കം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും അതുവഴി ഓക്സിജൻ കൈമാറ്റ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇത് ഏറ്റവും സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്നതും ഫലപ്രദവുമായ രീതിയാണ്.
- വായുസഞ്ചാര നിരക്ക്: ഇൻലെറ്റ് വാതകത്തിന്റെ ഒഴുക്ക് നിരക്ക് അല്ലെങ്കിൽ ഘടന ക്രമീകരിക്കൽ (ഉദാ: വായുവിന്റെയോ ശുദ്ധ ഓക്സിജന്റെയോ അനുപാതം വർദ്ധിപ്പിക്കൽ).
- ടാങ്ക് മർദ്ദം: മർദ്ദം ഉയർത്തുന്നത് ഓക്സിജന്റെ ഭാഗിക മർദ്ദം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും അതുവഴി ലയിക്കുന്നത വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
- താപനില: താപനില കുറയ്ക്കുന്നത് സംസ്ക്കരണ മാധ്യമത്തിൽ ഓക്സിജന്റെ ലയിക്കുന്നത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.

ജൈവ ഫെർമെന്റേഷന്റെ ഓൺലൈൻ നിരീക്ഷണത്തിനായുള്ള BOQU യുടെ ഉൽപ്പന്ന ശുപാർശകൾ: