В биотехнологическом производстве существует три основных метода использования микроорганизмов.
- Первый метод относится к массовому культивированию микроорганизмов в биореакторе, где тщательно контролируются все основные параметры процесса. В таблице 1.1 перечислены основные микроорганизмы, используемые сегодня для крупнотоннажного производства биотехнологических продуктов с помощью глубинного культивирования.
- Второй вариант - использование генетически модифицированных высших растений (Сосудистые растения), которые продуцируют рекомбинантные продукты в своих листьях, плодах, корнях или других частях. Трансгенные растения серьезно рассматриваются как «молекулярное сельское хозяйство» для производства таких продуктов как инсулин, лактоферрин, трипсин, вторичные метаболиты и нефармацевтические продукты, такие как биопластики.
- Генетически модифицированные млекопитающие могут быть использованы для производства терапевтических белков в молоке, моче, крови или других жидкостях организма. В отличие от рекомбинантных растений, существует очень мало примеров трансгенных продуктивных животных, одним из которых является одобренный Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) в 2014 году рекомбинантный белок Ruconest, изолированный из трансгенного кроличьего молока, применяющийся для лечения наследственного ангионевротического отека.
В этой статье основное внимание уделяется первому методу, а именно производству в стерильном биореакторе или ферментере, поскольку в них производится более 99% биотехнологических продуктов, полученных на клетках животных, растений, грибов, дрожжей и бактерий.
В настоящее время, как показано в таблице 1.1, не только бактерии, дрожжи и грибы культивируются в «крупномасштабной» суспензионной культуре. Под «крупномасштабным» могут подразумеваться разные объемы в зависимости от продуцента.
Хотя клетки и организмы, перечисленные в таблице 1.1, сильно различаются по таксономии, форме, размеру и метаболизму, есть четыре общих элемента, которые могут повлиять на успех крупномасштабного суспензионного культивирования.
- Генотип клетки, который контролируется и управляется физико-химической средой в биореакторе, для чего доступен целый арсенал погружных стерилизуемых сенсоров.
- Состав питательной среды, который в идеале должен быть химически определен и прост. Кроме того, при составлении рецептуры питательной среды, необходимо учитывать заранее характеристики коалесценции, которые влияют на kLa или пенообразование.
- Условия культивирования (температура, pH, pO2, pCO2, время перемешивания и усилие сдвига), которые поддерживаются с помощью системы термостатирования, системы подпиток, системы подачи газов. В большинстве случаев подстройка оборудования под специфический процесс ограничена только заменой импеллера.
- Режим культивирования, например, периодический, с подпиткой, непрерывный или перфузионный.