Имеется множество конструкций биореакторов, но, в основном, они представляют собой сосуды, снабженные перемешивающим устройством и рубашкой, и изготовленные из нержавеющей стали. Для биофармацевтических производств обычно применяются ферментеры объемом от 1 ООО до 50 ООО литров. Они снабжены сложной аппаратурой и системами управления. Типичный пример ферментера показан на рис. 6.2. Поддержание асептических условий и выполнение мер по обеспечению биологической безопасности при культивировании опасных микроорганизмов требует специальных усилий ввиду большого числа опасных (с точки зрения возможных утечек) мест. В первую очередь к ним относятся система очистки отработанного воздуха, система уплотнения вала мешалки, уплотнительные прокладки в клапанах, трубных или фланцевых соединениях.

Рис. 6.2. Схема ферментера для суспензионного культивирования

Выделение и очистка

Во многих биотехнологических производствах живые микроорганизмы к концу процесса культивирования выполняют свою полезную роль и после этого должны быть убиты. Это достигается химической или тепловой обработкой содержимого биореактора, либо путем фильтрации культуральной жидкости при ее удалении из аппарата. В таких случаях меры обеспечения биологической безопасности при выполнении последующих технологических операций могут и не потребоваться.

В любом случае предпочтительнее удерживать микроорганизмы внутри биореактора. Однако существует множество примеров, когда должны применяться меры биологической безопасности, в том числе и на стадии выделения и очистки продукта. Это может происходить в силу того, что клетки нежелательно убивать из-за потенциальной опасности потерять при этом продукт или из-за резкого падения эффективности последующих технологических операций. В некоторых случаях даже убитые клетки имеют потенциально высокий токсический эффект. Эта ситуация наблюдается в вакцинных производствах при выпуске антигенных токсинов. Было обнаружено, что даже относительно безвредные микроорганизмы, используемые при производстве ферментов, применяемых в качестве биодобавок в синтетических моющих средствах, способны вызывать опасную иммунную реакцию у производственного персонала.

Типичное технологическое оборудование, применяемое для выделения и очистки белков, представлено в таблице 6.1. Начальные этапы процесса выделения зависят от того, является ли продукт внутриклеточным (произведен и удерживается внутри клетки) или внеклеточным (выделяется клеткой в культуральную жидкость). Если рекомбинантный микроорганизм не убит в биореакторе, то первые технологические операции на стадии выделения должны выполняться с соблюдением мер биологической безопасности.

Таблица 6.1. Технологическое оборудование для выделения и очистки белков

Функция процесса

Технологическое оборудование

Выделение клеток из

Центробежные сепараторы, установки культураль

жидкости

ной микрофильтрации в тангенциальном потоке

Разрушение клеток (лизис)

Гомогенизаторы, шаровые мельницы

Отделение клеточных стенок от

Центробежные сепараторы, установки

внутриклеточного содержимого

микрофильтрации в тангенциальном потоке

Грубая очистка

Осаждение (с помощью соли, растворителей, скачка pH)

Тонкая очистка

Препаративная хроматография

Концентрирование продукта

Ультрафильтрация (УФ)

Обессоливание

УФ, гель-фильтрационная хроматография

Разделение в центробежном поле

Чашечные центрифуги, центробежные сепараторы

Стерилизация

Фильтры с размером пор 0,22 мкм

В крупномасштабных ферментационных производствах, в которых при культивировании рекомбинантных микроорганизмов получают внутриклеточный продукт, отделение клеток от культуральной жидкости, как правило, выполняют на центробежных сепараторах. Затем отделенные клетки разрушают (подвергают лизису) в гомогенизаторах или шаровых мельницах с тем, чтобы высвободить внутриклеточный продукт. Последующие технологические операции выбираются в зависимости от свойств продукта и от вида загрязняющих его молекул, которые попали в него либо из культуральной жидкости, либо образовались на стадии разрушения клеток. Целью начальных технологических операций, применяемых на стадии выделения, является высокая эффективность процесса выделения внутриклеточного белкового продукта с максимальным удалением из него нежелательного материала. При этом желательно уменьшить объем обрабатываемой жидкой среды.


⇐ назад к прежней странице | | перейти на следующую страницу ⇒