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O segredo da densidade celular ultra-alta: como atingir o desempenho ideal em biorreatores?
No mundo atual da biotecnologia, a escolha da técnica de cultura é fundamental para o rendimento e a qualidade do produto final. Entre elas, a cultura em batelada alimentada tem recebido grande atenção porque pode controlar efetivamente os nutrientes durante o processo de cultura e promover o crescimento e o desenvolvimento de microrganismos. Essa tecnologia não apenas aumenta os rendimentos, mas também evita algumas das limitações das culturas tradicionais em lote.
A cultura em batelada alimentada é definida como uma técnica operacional que fornece continuamente um ou mais nutrientes ao biorreator durante o processo de cultura e mantém o produto inalterado no reator até o final da cultura.
Culturas alimentadas em batelada oferecem vantagens significativas sobre culturas convencionais em batelada completa, particularmente ao controlar concentrações de nutrientes para influenciar o rendimento ou a produtividade dos metabólitos desejados. Por meio do fornecimento preciso de nutrientes, os pesquisadores podem efetivamente limitar a produção de subprodutos metabólicos desnecessários dentro das células, aumentando assim a densidade de células desejadas.
Principais tipos de culturas em batelada alimentada
Culturas alimentadas em lote têm uma ampla gama de aplicações e podem ser adaptadas a diferentes bioprocessos. Aqui estão algumas estratégias eficazes de cultura em lote alimentado:
1. Inibição da matrizMuitos microrganismos são inibidos por altas concentrações de nutrientes (como metanol, etanol e ácido acético). Em culturas alimentadas em batelada, a adição oportuna desses substratos pode encurtar os tempos de latência e reduzir os efeitos inibitórios no crescimento celular.
2. Alta densidade celularComparado à cultura em lote tradicional, para atingir uma maior concentração de células, a cultura em lote alimentado requer o controle da concentração de nutrientes no meio de cultura para não inibir o crescimento de microrganismos.
3. Efeito da glicoseNa produção de fermento de padeiro, mesmo sob condições de oxigênio dissolvido suficientes, o excesso de açúcar fará com que álcool seja produzido, inibindo assim o crescimento celular. O processo de alimentação em lote pode efetivamente reduzir esse efeito e melhorar a produtividade geral da levedura.
4. Supressão do catabolismoFornecer uma fonte de carbono rapidamente metabolizada (como glicose) aumentará a concentração de ATP na célula, inibindo assim a síntese de certas enzimas. A cultura em lote alimentado pode manter baixas concentrações de glicose e promover a síntese enzimática.
5. Uso de mutantes auxiliares
Para mutantes microbianos que requerem nutrientes adicionais, o controle adequado da concentração de nutrientes essenciais pode efetivamente promover a produção dos metabólitos necessários.
Ao controlar a taxa de alimentação e gerenciar com precisão o fornecimento de nutrientes, a capacidade de produção das células e a concentração do produto desejado podem ser maximizadas.
Estratégias para cultura em batelada alimentada
Ao implementar culturas de lote alimentado, há várias estratégias principais que ajudam a garantir o desempenho ideal do processo de cultura:
Cultura de alta densidade celular
Essa estratégia é frequentemente usada em processos bioindustriais para atingir altas densidades celulares dentro de biorreatores.
Cultura em batelada alimentada continuamente
Neste tipo de cultura em batelada alimentada, a taxa de fornecimento de substrato que limita o crescimento é constante, o que pode manter a estabilidade do processo de cultura.
Cultura em lote alimentada exponencialmente
Em condições ideais, as células crescem a uma taxa exponencial. Este formato de cultura permite que a taxa de fornecimento de substrato limitador de crescimento seja aumentada em proporção à taxa de crescimento celular.
Desenvolvimentos futuros em biotecnologia explorarão ainda mais o potencial dessas estratégias de cultura em batelada alimentada para produzir bioprodutos mais valiosos em densidades celulares mais altas. No entanto, como equilibrar eficiência e custos de produção em aplicações industriais ainda é uma questão que vale a pena explorar?
