영양 균형 먹이

자기주행 박테리아의 성장과 그에 따른 마그네토솜 형성에 영향을 미치는 주요 요인은 영양소,특히 탄소 공급원의 농도입니다. 쉐이크 플라스크 배양에서 대량 생산 규모 발효기 배양으로 직접 성장 결정 최적화 된 매체 조건을 확장할 수 없었다. 매체에 과도한 영양소와 억제 성분의 축적은 세포 성장에 속도 제한 효과를 발휘합니다. 리빅의 최소 법칙에 따르면,주어진 시스템의 바이오 매스는 일반적으로 다른 영양소가 과도하게 존재하는 경우에도 하나의 특정 영양소의 양에 의해 제한됩니다.

영양 균형 공급 전략은 배지에서 영양소의 과도한 양의 억제 효과를 감소시킬 수있다. 이 전략에서는 탄소 및 질소 공급원의 교체에 의해 노나+및 씨엘−이온의 축적이 감소된다. 공급 배치 배양에서,나+및 씨엘−이온의 축적은 삼투 잠재력을 감소시키고 결과적으로 세포 성장을 억제한다. 심지어 낮은 나클 농도(40 밀리미터)세포 성장을 억제. 따라서 영양 균형 잡힌 수유 전략은 성장 속도를 크게 향상시킬 수 있습니다.

리우 외. 설립”chemostat 문화”를 위한 기술 MSR-1 재배 기반으로 pH-stat 먹이 일관성을 유지하기 위해 질소,탄소,철 농도를 사용하여 여러 가지 유기농산입니다. 마이크로에어로빅조건들은 먹이-배치 자동퍼멘터 시스템에서 마이크로에어로빅-1 재배를 위해 적용되었다. 또한,젖산 나트륨,젖산 나트륨,젖산 나트륨,젖산 나트륨,젖산 나트륨,젖산 나트륨,젖산 나트륨,젖산 나트륨,젖산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨,구연산 나트륨, 낮은 젖산 나트륨 수준(표 1)에서 마그네토 좀 수율(83.23 5.36 밀리그램 엘−1)및 세포 성장(55.49 밀리그램 엘−1 일−1)의 높은 값을 달성 하였다. 화학 물질 배양 기술은 낮은 시간 및 에너지 비용으로 자기 솜 수율 및 세포 성장을 효율적으로 촉진합니다. 세포 독성 효과는 과도한 용존 산소 농도에 대해 관찰되었다. 자동 정자 시스템에 대한 인공 제어 전략은 세포의 생리 학적 상태와 관련하여 조정되어야합니다. 마찬가지로,페르난데스-Castané et al. ,산도 통계 연준 배치 성장 전략을 보여 주었다. 이 전략에서는 젖산(탄소 공급원)과 질산 나트륨(전자 수용체)의 다양한 농도가 사료에 적용되었습니다. 성장 조건 및 세포 내 철 농도는 바이오 매스 농도에 따라 최적화되었습니다. 가장 높은 바이오 매스 농도는 15.50 에 도달했습니다.

표 1 마그네토 타이 박테리아 및 그 조건에 의한 마그네토 좀의 수율 생산

젖산나트륨을 탄소원으로 사용하면 세포 성장 및 자기솜 형성이 높다. 한편,빠른 세포 성장 및 마그네토 좀 형성을 위해 낮은 용존 산소 농도를 유지하기 위해서는 낮은 젖산 나트륨 농도가 필요하다. 대량 생산 스케일 업에서 젖산 나트륨 농도를 유지하는 것은 어렵고 따라서 실험실에서 특정 수유 전략이 필요합니다. 나노 3 보다 더 나은 질소 소스 것으로 나타났습니다.

장 외. 반 연속 배양 전략을 사용하여 최대 자기 솜 수율을 달성했습니다. 7.5-및 42-리터 자동 발효기에서 최적화된 플라스크 배지를 사용하고,영양 균형 공급 전략을 적용하였고,탄소 및 질소 공급원을 대체하여 나+및 씨엘−이온의 축적을 감소시켰다. 삼투 전위는 나+및 씨엘-이온 축적에 의해 감소되어 마그네토 좀 수율 및 세포 성장을 억제 하였다. 우리는 자기 좀 수율 356 의 먹이 배치 배양에서 최대 값을 달성했습니다.세포 성장 및 세포 성장.

양 외. 자성 스피릴륨 성장 배지에서 배양된 세포,시스테인,효모 추출물 및 폴리펩톤을 함유한 자성 스피릴륨 성장 배지에서 배양된 세포. 이 시스템에서 엘-시스테인은 세포 성장을 강화하고 지연 단계를 감소시켜 높은 자기 좀 생산을 초래했습니다. 효모 추출물 및 폴리펩톤 만 첨가하면 마그네토 좀이 약간 생성됩니다. 효모 추출물은 자기 좀 생산에 큰 영향을 미치지 않는 반면 폴리펩톤은 최종 세포 밀도 만 증가시킵니다. 그러나,마그네토솜 생산이 엘-시스테인의 존재 하에서 더 낮은 산화 환원 전위와 연관되지 않는다고 가정한다. 또한,아미노-1 은 이용 가능한 아미노산없이 성장할 수 있고,아미노-1 에서 엘-시스테인 합성 경로는 효율적이지 않거나 세포 성장과 관련이있을 수 있습니다. 따라서 세포 성장을 촉진하기 위해 합성해야하는 대신 시스테인을 직접 사용할 수 있습니다.

애 외. 2014 년 11 월 1 일 아세트산 나트륨,숙신산 나트륨,효모 추출물,구연산 제 2 철이 풍부한 성장 배지에서. 미-1 은 석시 네이트,푸마 레이트,옥살로 아세테이트,피루 베이트,아세테이트,락 테이트,말 레이트 및 펩톤과 같은 성장을 위해 탄소 원을 사용합니다. 또한,미-1 은 질소원이 없을 때 성장할 수 있지만,나노원 또는 나노원 보충제는 미-1 의 성장을 향상시킨다. 미-1 은 우레아제 및 옥시 다제 활성을 나타내며 호기성 성장 능력을 시사하지만 호기성 상태는 미-1 에서 마그네토 좀 형성을 억제합니다. 대규모 생산(표 1)에 대 한 탄소,질소 및 철 소스를 공급 하는 동안 산도 정적 공급에 따라 10 리터 발효기에서 산도 6.8 의 일정 한 수준에서 최적화 했다.

마그네토좀의 높은 수율에도 불구하고,자성 세균의 성장을 위한 이러한 개발된 방법은 성장 배지에 독성 성분을 포함하고 있다. 이러한 구성 요소에는 발암 성,돌연변이 유발 성 및 재 독성 화학 물질,중금속,킬레이트 제 및 효모 추출물과 같은 특성이없는 동물 유래 성분이 포함됩니다. 이러한 불순물 또는 독성 성분(철 이외의 다른 금속)의 가능한 가장 낮은 양을 가진 순수한 마그네토 좀의 대규모 생산을 얻을 필요가 있습니다. 따라서,버니 등. ,독성 성분이 적거나없는 마그네토 좀 생산을위한 최소한의 성장 매체를 개발했으며,장 등에 의해 가장 잘보고 된 성장 조건에서 얻은 것과 유사한 마그네토 좀 특성을 가지고있다. . 첫째,자성 박테리아는 자성체를 생성하지 않고 성장 전 배지에서 증폭되었습니다. 두 번째 단계에서,자기 주성 박테리아는 자기 좀 합성을 허용하기 위해 함유 된 철분이 풍부한 공급 배치 배지를 공급 받았다. 바이오매스 농도는 약 10 밀리그램/리터의 성장 배지의 마그네토솜 생산을 산출한다. 아연,미네소타,바륨,및 알의 자기 좀 구성에서 상당한 감소/소멸 관찰 되었다. 이 새로운 전략은 철 이외의 불순물 농도가 낮거나 낮지 않은 마그네토 좀 생산은 의료 응용 분야를 향한 길을 열어줍니다.

용존 산소 농도

마그네토 좀 생합성은 미세 호기성 또는 무산소 조건을 필요로한다. 낮은 용존 산소 수준은 고밀도 배양이 원하는 마그네토 좀 수율을 얻기 위해 높은 용존 산소를 필요로하기 때문에 세포 성장에 유의하게 영향을 미친다. 다른 한편으로,증가 된 용존 산소는 배양 배지에서 밀리미터 공극-1 밀도를 증가 시키지만 자기 솜 형성을 억제 할 수있다. 따라서 자기 솜 형성과 세포 성장 사이에 충돌이 존재하므로 높은 자기 솜 -1 세포 밀도와 높은 자기 솜 수율을 동시에 달성하기가 어렵습니다. 이 충돌은 세포 성장 속도의 조정을 통해 최적의 수준으로 용존 산소를 제어함으로써 다소 해결 될 수 있습니다. 자얀 외. ,위의 용존 산소 수준에서 감소 된 철 흡수 및 마그네토 좀 생산을보고했다. 그러나,용존 산소가 5-10 폴리프로필렌 보다 낮았을 때,철 흡수율과 마그네토좀의 생산이 증가했는데,이는 아마도 박테리아의 느린 성장으로 인한 것일 것이다. 일 등. 42 리터 발효기에서 마그네토 좀 생산을 향상시키기 위해 대량 배양을 확립했습니다.,최적화 된 플라스크 매질을 사용하여 엄격한 미세 호기성 조건(거의 0 에 가까운 용존 산소 농도)을 적용하고 시트르산 제 2 철 및 젖산 나트륨을 배지에서 철 및 탄소 원으로 사용합니다. 이 전략은 세포 성장이 낮은 용존 산소 농도에서 조절되어 높은 마그네토 좀 수율로 이어지기 때문에 마그네토 좀의 수율 재배에 효과적이었습니다.

두 개의 호흡 경로를 통해 전자를 전달하는 통성 혐기성 자기 주성 박테리아이다. 호기성 성장 조건 하에서,전자 수용체로서 산소를 활용하고 자성 입자의 형성을 촉진하거나 억제하지 않는다. 대체 경로에서 질산염을 전자 수용체로 사용하기 때문에 자기 솜 형성에 도움이되는 낮은 매체 산화 환원 전위가 필요합니다. 양 등의 연구에서. ,자기 좀 생산 속도는 액상에서 낮은 용존 산소 농도 하에서 높았다. 액상에서 용존 산소 농도가 일정 수준을 초과 할 때(0.호흡 경로는 호기성 성장으로 이동하여 자기 좀 생산 감소로 이어졌습니다.

용존 산소 농도는 공기 유속 및 교반 속도에 크게 영향을받습니다. 초기 성장 단계 동안 용존 산소가 공기 흐름 및 교반 속도를 증가시켜 상승 할 때,용존 산소가 감지 할 수없는 수준으로 감소 할 때까지 자기 좀 수율은 낮게 유지됩니다. 이러한 현상을 극복하기 위해서는 교반함으로써 용존산소를 최적의 수준으로 향상시켜야 하고,세포들은 자기솜 형성을 위한 최적의 수준에 도달할 때까지 호흡을 통해 용존산소를 감소시키도록 허용해야 한다. 높은 자기 좀 생산은 공기 흐름 및 교반 속도를 최적화/조정함으로써 달성되었습니다. 처음 문화 단계 도중,녹은 산소는 1 개 리터 분 1 와 200 분당 회전수 분 1 에 이 비율을 각각 유지해서 감소되었습니다. 이후 배양 단계 동안,용존 산소는 20 시간에서 2 리터 분−1 로 공기 유량을 조정하고 28 시간에서 300 분당 회전수 분−1 로 교반 속도에 의해 증가 하였다. 따라서 자성체 수율(83.23 5.36 밀리그램 엘−1)과 생산성(55.49 밀리그램 엘−1 일−1)의 높은 값을 달성했다(표 1).

미-1 배양에서 용존 산소를 제어하여 공기 유속 및 교반 속도에 결합하여 0.5%의 일정한 수준에서 자기 좀 생산을 향상시켰다. 공급 배치 발효 중에 교반 속도(분당 50-300 회전 범위)는 일정한 수준의 용존 산소(0.5%)에서 많은 양의 마그네토좀을 생성했습니다. 세포 밀도와 마그네토 좀 수율을 49 시에서 얻어진 것은 6.5(오다 565)및 120 밀리그램 엘−1(습식 중량)이었다. 이 전략은 높은 마그네토 좀 수율과 생산성을 달성 했으므로 미-1 이 마그네토 좀의 대규모 생산에 큰 잠재력을 가지고 있음을 나타냅니다.

낮은 용존 산소 수준은 많은 연구에서 경험적으로 확립되었지만 용존 산소 농도의 지속적인 측정 또는 배지에서의 제어의 정의없이 확립되었습니다. Heyen 및 Schüler,는 방법을 설립의 자동 제어를 위해 저렴한 산소 긴장(pO2)에 MSR-1 문화의 매체를 사용하여 발효 시스템에 대한 oxystat 작업입니다. 자 철 광 형성과 상관 했다. 가장 낮은 기록 된 포 2 값(0.25 밀리바;1 바=105 파)은 자기 좀 형성에 가장 유리했다. 옥시 스타트 조건 하에서 성장한 세포는 상당히 높은 자철광 수율을 보였다(표 1).

제 2 철 이온 흡수

철은 많은 효소,특히 주요 생물학적 경로에 관여하는 효소의 보조 인자로 필요합니다. 세포에 있는 특정한 철 수송 기계장치는 최선 성장을 충분한 철 수준을 제공합니다. 일부 박테리아는 제 2 철 킬레이트 제(사이드로 포어)를 생산하여 제 2 철(철 3+)을 차지합니다. 자기 주성 박테리아는 성장에 적합한 미세 호기성 조건을 찾은 후 마그네타이트 또는 그레이 나이트로 구성된 마그네토 좀을 합성합니다. 자철광은 마그네토좀의 주요 성분이며,따라서 마그네토 좀 생산은 배양 배지에서 구연산 제 2 철 농도에 크게 영향을받지 않습니다. 자얀 외. ,황산 제 1 철은 퀴네이트 제 2 철 및 구연산 제 2 철보다 더 나은 철 공급원임을 보여주었습니다. 연구 결과,양 등. ,철 공급원으로 다양한 황산 제 1 철 및 제 2 철 킬레이트를 사용하고 그 효과를 비교했습니다. 마그네토 좀 생산은 갈 레이트 제 2 철 및 황산염에 의해 크게 향상되었으며 다른 철 공급원(퀴네이트 제 2 철,말 레이트 제 2 철)및 철 흡수율에 의해서도 영향을 받았습니다.

철이온(Fe3+)촬영하는 동안 동 세포의 성장,그리고 양을 촬영 하와 상관 magnetosome 형성할 때 용존 산소 수준에서 중소가 발견 할 수 있습니다. 마그네토 좀 형성은 마이크로 몰 철 농도 및 마이크로 옥시 조건을 필요로한다. 그러나 용존 산소 농도가 임계 값(20 밀리바 또는 감지 할 수없는)이하로 떨어지면 자철광을 생성하기 시작합니다. 세포 성장의 로그 단계에서,제 2 철 이온은 빠르게 흡수되고,그 흡수율은>80%이며 자기 솜 형성과 상관 관계가있다.

자성체 합성은 대사,분자 수송,신호 전달 및 기타 중요한 세포 생리 과정에 필요한 보편적 에너지 원이다. 마그네토 좀 합성은 많은 양의 에너지를 필요로하며,철분 흡수는 인공 지능의 가용성에 달려 있습니다. 미토콘드리아 막에 걸쳐 양성자 구배를 제공합니다. 로그 단계 동안 자성체 성숙에 따라 나드/나드+비율이 빠르게 증가합니다.

자기솜 합성 동안 환원력은 현저하게 증가하지만;과도한 환원력은 자기솜 합성 및 세포 성장을 억제할 수 있다. 또한,수소 방출과 폴리 하이드 록시 부티레이트 합성을 통해 과도한 환원력을 소비 할 수 있습니다. 이 세포에는 다음과 같은 물질이 포함되어 있습니다. 그 결과 자성체 수가 30%증가했습니다. 따라서 에너지 경쟁은 자성체와 자성체 합성 과정 사이에서 발생합니다. 클로람페니콜 아세틸트랜스퍼라제(고양이)프로모터가 아타제 유전자의 다운스트림 발현을 증가시킨다는 것을 증명하기 위해 유전 공학 도구로 사용되었다. 그 결과,가수 분해 활성이 35%증가했으며,71%감소했으며,산소 소비량이 56%증가했으며,젖산 소비량이 40%증가했습니다. 최대한의 수익률 MSR-NPHB 에서 7.5-L bioreactor 었 58.4±6.4mg L−1. 이러한 연구 결과 자력 솜 수율을 향상 시킬 수 있습니다 및 생산 비용 및 시간 감소,최적화/수정 문화 및 성장 매체의 조합에서 엠보-1 의 유전자 조작을 통해 보여 줍니다.

슈퍼 옥사이드 디스 뮤타 제 활성

마그네토 좀 합성은 물 2 의 시험 관내 분해와 관련이 있으며,세포에서의 물 2 독성에 대한 보호 효과가있다. 미생물에서 효소 슈퍼 옥사이드 디스 뮤타 제는 물 2 과 슈퍼 옥사이드 음이온 라디칼(오 2−),둘 다 세포 거대 분자에 파괴적인 영향을 미칩니다. 자기 주성 박테리아에서 슈퍼 옥사이드 디스 뮤 타제는 또한 자기 좀 형성 동안 산화 스트레스를 감소시킵니다. 물 2 철 철(철 2+)에서 전자를 수신 한 후 수산기 라디칼을 형성 할 수있다. 수산기 라디칼은 생체 분자를 손상시킬 수있는 반응성 산소 종(선생님)입니다. 양 등. ,충분한 용존 산소와 영양소가 후기 로그 단계에서 이용 가능할 때,자기 솜 형성 및 성숙은 세포 분열 속도를 따라 잡을 수 없어 자기 솜의 희석으로 이어진다. 따라서 슈퍼 옥사이드 디스 뮤 타제 활성의 감소는 희석 된 로스의 유사성으로 인해 발생할 수 있습니다. 자성체뿐만 아니라 인공 자성 나노 입자는 로스의 청소에 참여하며,이 활성은 또한 감소 된 슈퍼 옥사이드 디스 뮤타 제 활성을 초래할 수있다.

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