Page 10 - BİOMEDYA SAYI 10

10 BİYOTEKNOLOJİ VE YAŞAM BİLİMLERİ GAZETESİ Eylül - Ekim 2017 www.biomedya.com

E.coli SCALE-UP FERMANTASYONU:

500 ML MİNİBİO’DAN

3 L LABORATUVAR BİYOREAKTÖRÜNE

kullanılarak gerçekleştirilmiştir. şırınga yardımı ile çekilmesiyle alınmıştır. oksijeni kontrol etmek için gaz girişleri
Optik yoğunluk (OD), spektrofotometre ısıtma / soğutma peltieri ve sensörleri ile
MALZEMELER VE YÖNTEMLER ile 600 nm'de ölçülmüştür. mini-Bio'nun konfigürasyonu.

C | Aktüatörler ve ayar noktaları
E. coli fermantasyonları 3 L ve 500 mL
biyoreaktörlerde gerçekleştirilmiştir. Her
iki biyoreaktör için de aynı konfigürasyon, • dO2, her iki biyoreaktör için bir hava valfi
kullanılarak, % 30 hava doygunluğundan
aynı pre-kültür ve besiyeri ile kullanılmıştır.
Ayrıca, pH, çözünmüş oksijen (dO2) ve başlayarak yukarı doğru kontrol
edilmiştir.
sıcaklık gibi parametreler de her iki sistem
için eşdeğer olarak kontrol edilmiştir. • pH, amonyak sıvı çözeltisi (% 25 V / V)
Proses esnasındaki biyokütle büyümesi, kullanılarak pH 7.0’ye ayarlanmıştır.
Yüksek Kimyager Hakan DİBEK 600 nm'deki optik yoğunluk (OD600) farklı
ANT TEKNİK CİHAZLAR zamanlarda ölçülerek takip edilmiştir. • Sıcaklık 37ºC olarak ayarlanmıştır.
Applikon Biotechnology A | 500 mL MiniBio Biyoreaktör sıcaklık kontrolü, 500 mL
Ürün Sorumlusu • E. coli’nin batch fermantasyonu için için ısıtma / soğutma peltieri ile 3 L için
toplam hacmi 500 mL olan 400 mL ise bir ısıtma battaniyesi ve soğuk bir
ÖZET çalışma hacimli bir cam otoklavlanabilir parmak ile sağlanmıştır.
biyoreaktör (Applikon Biotechnology)
kullanılmıştır. Biyoreaktörün proses • Karıştırıcı hızı, 500 mL için 2000 rpm,
Şekil 1 | A | Sıcaklık, pH ve çözünmüş oksijeni kontrol etmek için gaz girişleri ısıtma /
Biyoproses ölçeklendirme (scale-up), soğutma peltieri ve sensörleri ile mini-Bio'nun konfigürasyonu.
3 L için ise 1000 rpm'e ayarlanmıştır.
yeni veya geliştirilmekte olan bir prosesin kontrolünde, bu amaca yönelik özel bir Şekil 1 | A | Sıcaklık, pH ve çözünmüş oksijeni kontrol etmek için gaz girişleri ısıtma /
B | pH, sıcaklık ve çözünmüş oksijen
Belirlenen koşullar için her iki
B | pH, sıcaklık ve çözünmüş oksijen ölçüm sensörleri ile STR tip (karıştırmalı)
laboratuvar ölçeğinden üretim ölçeğine yazılım olan my-control kullanılmıştır. soğutma peltieri ve sensörleri ile mini-Bio'nun konfigürasyonu.
biyoreaktör 3 L.
biyoreaktörde ölçülen KLa yaklaşık
ölçüm sensörleri ile STR tip (karıştırmalı)

biyoreaktör 3 L.
aktarılması anlamına gelmektedir. Maliyeti Biyoreaktör konfigürasyonu Şekil B | pH, sıcaklık ve çözünmüş oksijen ölçüm sensörleri ile STR tip (karıştırmalı)
olarak 217 saat-1 olmuştur.
Sonuçlar ve tartışma
düşürmek için, küçük ölçekli bir biyoreaktör 1A'da gösterilmektedir. Kültür kabı biyoreaktör 3 L.
3 L'lik ve 500 mL’lik biyoreaktörler arasındaki ölçeklenebilirliği araştırmak için 7 saat

kullanılarak büyük ölçekli koşulların simüle konfigürasyonunda 2 rushton impeller, • Her iki kontrolörden (3 L biyoreaktör SONUÇLAR VE TARTIŞMA
süreyle paralel E. coli fermantasyonları gerçekleştirilmiştir.
bir L-tipi sparger, DO2, pH ve sıcaklık
edilmesi bir biyoprosesi iyileştirmenin Sonuçlar ve tartışma
için Ez-control, 500 mL biyoreaktör için
Farklı zaman noktalarında ölçülen optik yoğunluk (OD) sonuçları Şekil 2'de
my-control) kaydedilen parametrelerin
ilk adımıdır. Bu çalışmada, Applikon'un sensörleri, numune alma septumu ve 3 L'lik ve 500 mL’lik biyoreaktörler arasındaki ölçeklenebilirliği araştırmak için 7 saat
gösterilmektedir.
3 L'lik ve 500 mL’lik biyoreaktörler
pH kontrolü için bir sıvı ekleme portu

proses değerleri, Applikon
500 mL ve 3 L’lik nominal hacimlerdeki süreyle paralel E. coli fermantasyonları gerçekleştirilmiştir.
arasındaki ölçeklenebilirliği araştırmak
biyoreaktörlerinde tipik bir E. coli bulunmaktadır. Farklı zaman noktalarında ölçülen optik yoğunluk (OD) sonuçları Şekil 2'de
Biotechnology'nin SCADA yazılımı ile
için 7 saat süreyle paralel E. coli
toplanmıştır.
fermantasyonu gerçekleştirilmiş ve küçük • Numuneler, örnekleme septumu gösterilmektedir. fermantasyonları gerçekleştirilmiştir.

ölçekten büyük ölçeğe scale-up çalışmaları boyunca 0.2 mL kültürün steril bir
yapılmıştır. Her iki biyoreaktör için de aynı şırınga yardımı ile çekilmesiyle alınmıştır.
kültür (cultivation) koşulları kullanılmıştır. Optik yoğunluk (OD), spektrofotometre
Sonuçlar optik yoğunluk (OD600) ölçümleri ile 600 nm'de ölçülmüştür.
ve proses kontrolü temel alınarak
değerlendirilmiş; parametre kontrolü (pH, B | 3 L Biyoreaktör Şekil 2 | E. coli büyümesinin yarı logaritmik gösterimi.
T, dO2) ve hücre büyüme profilinin her • E. coli’nin batch fermantasyonu için
iki ölçekte de aynı davranış sergilediği toplam hacmi 3 L olan 2 L çalışma Bu çalışmanın sonuçları, 3 L ve 500 mL'lik biyoreaktörlerdeki büyüme koşullarının
birbirine yakın ve kendi aralarında tekrarlanabilir olduğunu göstermiştir. Her iki ölçek
gözlemlenmiştir. hacimli bir cam otoklavlanabilir Şekil 2 | E. coli büyümesinin yarı logaritmik gösterimi.
Şekil 2 | E. coli büyümesinin yarı logaritmik gösterimi.
için de aynı KLa değerinin elde edilebilmesi ve iki kültür kabının benzer geometride
biyoreaktör (Applikon Biotechnology) olması, söz konusu konfigürasyonların yukarı ve aşağı ölçeklendirme (scale-
GİRİŞ kullanılmıştır. Biyoreaktörün proses Bu çalışmanın sonuçları, 3 L ve 500 mL'lik biyoreaktörlerdeki büyüme koşullarının
up/down) için uygun olduğunu göstermiştir.

Farklı zaman noktalarında ölçülen optik
kontrolünde, bu amaca yönelik özel bir birbirine yakın ve kendi aralarında tekrarlanabilir olduğunu göstermiştir. Her iki ölçek
Kontrol Edilen Parametreler
yoğunluk (OD) sonuçları Şekil 2'de
Antibiyotikler, alkoller, amino asitler, yazılım olan Ez-control kullanılmıştır. için de aynı KLa değerinin elde edilebilmesi ve iki kültür kabının benzer geometride
Şekil 3A, 3B ve 3C'de ez-control (3 L biyoreaktör) ve my-control (500 mL biyoreaktör)
gösterilmektedir.
enzimler ve organik asitler gibi birçok Biyoreaktör konfigürasyonu Şekil olması, söz konusu konfigürasyonların yukarı ve aşağı ölçeklendirme (scale-
ile kontrol edilen parametreler arasındaki karşılaştırma gösterilmektedir.
biyoteknolojik ürünün ticari olarak üretimi 1B'de gösterilmektedir. Kullanılan up/down) için uygun olduğunu göstermiştir.
için başlangıç noktası, küçük hacimli insert’ler, 500 mL biyoreaktördeki Kontrol Edilen Parametreler Bu çalışmanın sonuçları, 3 L ve 500 mL'lik
biyoreaktörlerdeki büyüme koşullarının
laboratuvar biyoreaktörlerinin yüz binlerce ile aynıdır. Biyoreaktör, dO2, sıcaklık Şekil 3A, 3B ve 3C'de ez-control (3 L biyoreaktör) ve my-control (500 mL biyoreaktör)
birbirine yakın ve kendi aralarında
litrelik biyoreaktör ölçeklerine uygun olarak ve pH sensörleri ile kurulmuş ve bu ile kontrol edilen parametreler arasındaki karşılaştırma gösterilmektedir.
optimize edilmesidir. parametreler, Ez-control yazılımı tekrarlanabilir olduğunu göstermiştir.
Bu çalışmanın amacı 3 L ve 500 mL ile kontrol edilmiştir. Havalandırma
biyoreaktör arasındaki ölçeklenebilirliği açık borulu L tipi sparger ile Her iki ölçek için de aynı KLa değerinin
araştırmak, proses parametrelerini ve gerçekleştirilmiştir. Kültür kabı elde edilebilmesi ve iki kültür kabının
kültür (cultivation) sırasında elde edilen konfigürasyonunda 2 rushton impeller, benzer geometride olması, söz konusu
büyüme profillerini değerlendirmektir. numune alma septumu ve pH kontrolü konfigürasyonların yukarı ve aşağı
Tipik bir E. coli fermantasyonu, toplam için ilave port bulunmaktadır. ölçeklendirme (scale-up/down) için uygun
hacmi 3 L olan 2 L çalışma hacimli ve olduğunu göstermiştir.
toplam hacmi 500 mL olan 400 mL • Numuneler, örnekleme septumu Şekil 1 | A | Sıcaklık, pH ve çözünmüş oksijeni kontrol etmek için gaz girişleri ısıtma /
Şekil 1 | A | Sıcaklık, pH ve çözünmüş
soğutma peltieri ve sensörleri ile mini-Bio'nun konfigürasyonu.
çalışma hacimli iki farklı biyoreaktör boyunca 1.0 mL kültürün steril bir B | pH, sıcaklık ve çözünmüş oksijen ölçüm sensörleri ile STR tip (karıştırmalı)
biyoreaktör 3 L.

Sonuçlar ve tartışma
3 L'lik ve 500 mL’lik biyoreaktörler arasındaki ölçeklenebilirliği araştırmak için 7 saat
süreyle paralel E. coli fermantasyonları gerçekleştirilmiştir.
Farklı zaman noktalarında ölçülen optik yoğunluk (OD) sonuçları Şekil 2'de
gösterilmektedir.

Şekil 2 | E. coli büyümesinin yarı logaritmik gösterimi.

Bu çalışmanın sonuçları, 3 L ve 500 mL'lik biyoreaktörlerdeki büyüme koşullarının
birbirine yakın ve kendi aralarında tekrarlanabilir olduğunu göstermiştir. Her iki ölçek
için de aynı KLa değerinin elde edilebilmesi ve iki kültür kabının benzer geometride
olması, söz konusu konfigürasyonların yukarı ve aşağı ölçeklendirme (scale-
up/down) için uygun olduğunu göstermiştir.

Kontrol Edilen Parametreler
Şekil 3A, 3B ve 3C'de ez-control (3 L biyoreaktör) ve my-control (500 mL biyoreaktör)
ile kontrol edilen parametreler arasındaki karşılaştırma gösterilmektedir.