Fed-batch culture
फेड-बैच कल्चर, व्यापक अर्थों में, जैव प्रौद्योगिकी प्रक्रियाओं में एक परिचालन तकनीक के रूप में परिभाषित किया गया है जहां खेती के दौरान एक या अधिक पोषक तत्वों (सब्सट्रेट) को बायोरिएक्टर को खिलाया जाता है (आपूर्ति की जाती है) और जिसमें उत्पाद (उत्पाद) दौड़ के अंत तक बायोरिएक्टर में रहते हैं। विधि का एक वैकल्पिक विवरण एक संस्कृति का है जिसमें "एक आधार माध्यम प्रारंभिक कोशिका संवर्धन का समर्थन करता है और पोषक तत्वों की कमी को रोकने के लिए एक फ़ीड माध्यम जोड़ा जाता है"। यह एक प्रकार की अर्ध-समूह संस्कृति भी है। कुछ मामलों में, सभी पोषक तत्वों को बायोरिएक्टर में डाला जाता है। फ़ीड-बैच कल्चर का लाभ यह है कि कल्चर तरल में फ़ीड-सब्सट्रेट की सांद्रता को मनमाने ढंग से वांछित स्तरों (कई मामलों में, निम्न स्तरों पर) पर नियंत्रित किया जा सकता है। आम तौर पर, पोषक तत्व (या पोषक तत्वों) की सांद्रता को नियंत्रित करने से वांछित मेटाबोलाइट की उपज या उत्पादकता प्रभावित होती है, तो फ़ीड-बैच कल्चर पारंपरिक बैच कल्चर से बेहतर होता है। बायोप्रोसेस के प्रकार बायोप्रोसेस के प्रकार जिनके लिए फ़ीड-बैच कल्चर प्रभावी है, उन्हें संक्षेप में निम्नानुसार प्रस्तुत किया जा सकता हैः सबस्ट्रेट अवरोध [1] मेथनॉल, इथेनॉल, एसिटिक एसिड और सुगंधित यौगिक जैसे पोषक तत्व अपेक्षाकृत कम सांद्रता पर भी सूक्ष्मजीवों के विकास को रोकते हैं। इस तरह के सब्सट्रेट को ठीक से जोड़ने से अंतराल समय को कम किया जा सकता है और कोशिका वृद्धि के अवरोध को उल्लेखनीय रूप से कम किया जा सकता है। 2. उच्च कोशिका घनत्व (उच्च कोशिका सांद्रता) [1] एक समूह संवर्धन में, बहुत उच्च कोशिका सांद्रता प्राप्त करने के लिए, जैसे। शुष्क कोशिकाओं/एल के 50-100 ग्राम, माध्यम में पोषक तत्वों की उच्च प्रारंभिक सांद्रता की आवश्यकता होती है। इस तरह की उच्च सांद्रता पर, पोषक तत्व अवरोधक बन जाते हैं, भले ही उनका बैच कल्चर में उपयोग की जाने वाली सामान्य सांद्रता पर ऐसा कोई प्रभाव न हो। 3. ग्लुकोज प्रभाव (क्रेबट्री प्रभाव) [1] माल्ट वॉर्ट या गुड़ से बेकर के खमीर के उत्पादन में 1900 के दशक की शुरुआत से यह माना गया है कि पर्याप्त घुलनशील ऑक्सीजन (डीओ) की उपस्थिति में भी इथेनॉल का उत्पादन किया जाता है यदि संवर्धन तरल में चीनी की अधिकता मौजूद होती है। इथेनॉल कम कोशिका उत्पादन का एक मुख्य कारण है। ग्लूकोज सांद्रता की उपस्थिति में एरोबिक इथेनॉल के निर्माण को ग्लूकोज प्रभाव या क्रेबट्री प्रभाव के रूप में जाना जाता है। इस प्रभाव को कम करने के लिए, आम तौर पर बेकर के खमीर उत्पादन के लिए एक फ़ीड-बैच प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है। एस्चेरिचिया कोलाई और बेसिलस सबटिलिस के एरोबिक संस्कृतियों में, कार्बनिक एसिड जैसे एसिटिक एसिड, (और कम मात्रा में, लैक्टिक एसिड और फॉर्मिक एसिड), उपोत्पाद के रूप में उत्पादित होते हैं जब चीनी की सांद्रता अधिक होती है, और ये एसिड कोशिका के विकास को रोकते हैं और साथ ही चयापचय गतिविधियों पर बिगड़ता प्रभाव दिखाते हैं। इन एसिडों के बनने को बैक्टीरियल क्रेबट्री प्रभाव कहा जाता है। 4. कैटाबोलाइट दमन [1] जब एक सूक्ष्मजीव को ग्लूकोज जैसे तेजी से चयापचय योग्य कार्बन-ऊर्जा स्रोत प्रदान किया जाता है, तो ए. टी. पी. की अंतःकोशिकीय सांद्रता में परिणामी वृद्धि एंजाइम (ओं) जैव संश्लेषण के दमन की ओर ले जाती है, जिससे ऊर्जा स्रोत का चयापचय धीमा हो जाता है। इस घटना को कैटाबोलाइट दमन के रूप में जाना जाता है। कई एंजाइम, विशेष रूप से कैटाबोलिक मार्गों में शामिल, इस दमनकारी विनियमन के अधीन हैं। एंजाइम बायोसिंथेसिस में कैटाबोलाइट दमन पर काबू पाने का एक शक्तिशाली तरीका एक फ़ीड-बैच कल्चर है जिसमें कल्चर तरल में ग्लूकोज की सांद्रता कम रखी जाती है, जहां विकास प्रतिबंधित होता है, और एंजाइम बायोसिंथेसिस को निष्क्रिय कर दिया जाता है। पेनिसिलियम क्राइसोजेनम द्वारा पेनिसिलिन किण्वन में ग्लूकोज की धीमी खुराक इस श्रेणी का एक उत्कृष्ट उदाहरण है। 5. ऑक्सोट्रोफिक उत्परिवर्ती [1] एक सूक्ष्मजीव प्रक्रिया में एक ऑक्सोट्रोफिक उत्परिवर्ती (पोषण की आवश्यकता वाले उत्परिवर्ती) को नियोजित करते हुए, आवश्यक पोषक तत्व की अत्यधिक आपूर्ति के परिणामस्वरूप प्रतिक्रिया अवरोध और/या अंतिम-उत्पाद दमन के कारण वांछित चयापचय के कम संचय के साथ प्रचुर मात्रा में कोशिका वृद्धि होती है। आवश्यक पोषक तत्व की भुखमरी, हालांकि, कोशिका वृद्धि के साथ-साथ वांछित चयापचय के समग्र उत्पादन को कम करती है, क्योंकि उत्पादन दर आमतौर पर कोशिका सांद्रता के समानुपाती होती है। इस तरह की जैव प्रक्रिया में, आवश्यक पोषक तत्व की सीमित मात्रा पर उत्परिवर्ती को विकसित करके वांछित चयापचय के संचय को अधिकतम किया जा सकता है। आवश्यक पोषक तत्व की कम सांद्रता पर उत्परिवर्ती की खेती करने के लिए, इसे नियंत्रित दर पर बैच कल्चर को खिलाया जाता है। इस तकनीक का उपयोग अक्सर ऑक्सोट्रोफिक उत्परिवर्तकों के साथ औद्योगिक अमीनो एसिड उत्पादन में किया जाता है। एक उदाहरण होमोसेरीन-या थ्रेओनिन/मेथियोनीन-आवश्यक उत्परिवर्ती कोरिनेबैक्टीरियम ग्लूटामिकम के साथ लाइसिन उत्पादन है जिसमें होमोसेरीन डिहाइड्रोजनेज जीन की कमी है। 6. ओपन रीडिंग फ्रेम के ऊपर की ओर एक दमन योग्य प्रवर्तक वाले जीन के दमन योग्य प्रवर्तक प्रतिलेखन के साथ एक जीन का अभिव्यक्ति नियंत्रण डीएनए पर प्रचालक क्षेत्र के साथ तथाकथित होलो-रिप्रेसर के संयोजन द्वारा दबा दिया जाता है। जब कल्चर तरल में एक निर्दिष्ट रासायनिक यौगिक मौजूद होता है, तो कोशिकाओं में यौगिक (या इसका मेटाबोलाइट) एक एपो-रिप्रेसर (एक प्रकार का प्रतिलेखन कारक) के साथ सह-रिप्रेसर के रूप में मिलकर होलो-रिप्रेसर बनाता है। इस यौगिक की सांद्रता को यथासंभव कम रखना (जबकि अभी भी पर्याप्त कोशिका विकास की अनुमति देता है) विनियमित जीन की निरंतर अभिव्यक्ति की अनुमति देता है। ऐसा करने के लिए फेड-बैच कल्चर एक शक्तिशाली तकनीक है। दमन योग्य प्रवर्तक के उदाहरण टीआरपी प्रवर्तक और फोए प्रवर्तक हैं। 7. ऑपरेशन के समय का विस्तार, वाष्पीकरण से खोए हुए पानी का पूरक, और संवर्धन शोरबा की चिपचिपाहट में कमी [1] संवर्धन रणनीतियों के प्रकार उच्च कोशिका घनत्व संवर्धन फ़ीड-बैच रणनीति का उपयोग आमतौर पर जैव-औद्योगिक प्रक्रियाओं में जैविक रिएक्टर में उच्च कोशिका घनत्व तक पहुंचने के लिए किया जाता है। बायोरिएक्टर के कमजोर होने से बचने के लिए ज्यादातर फ़ीड घोल अत्यधिक केंद्रित होता है। पुनर्संयोजक सूक्ष्मजीवों के फ़ीड-बैच संस्कृतियों द्वारा विषम प्रोटीन के उत्पादन का व्यापक रूप से अध्ययन किया गया है। पोषक तत्व का नियंत्रित जोड़ सीधे संवर्धन की विकास दर को प्रभावित करता है और अतिप्रवाह चयापचय (साइड मेटाबोलाइट्स का गठन, जैसे एस्चेरिचिया कोलाई के लिए एसीटेट, स्तनधारी कोशिका संवर्धन में लैक्टिक एसिड, सैक्रोमाइसेस सेरेविसिया में इथेनॉल), ऑक्सीजन सीमा (एनारोबायोसिस) से बचने में मदद करता है। लगातार खिलाया-बैच कल्चर सबसे सरल खिलाया-बैच कल्चर वह है जिसमें विकास-सीमित करने वाले सब्सट्रेट की फ़ीड दर स्थिर होती है, अर्थात। संवर्धन के दौरान फ़ीड दर अपरिवर्तनीय होती है। इस मामले को ग्राफ में दिखाया गया है (यहाँ संवर्धन मात्रा परिवर्तनीय है)। इस प्रकार की फ़ीड-बैच संस्कृति को लगातार-फ़ीड-बैच संस्कृति (सी. एफ. बी. सी.) नाम दिया गया है, और यह गणितीय और प्रयोगात्मक रूप से अच्छी तरह से स्थापित है। सी. एफ. बी. सी. में, निश्चित-मात्रा सी. एफ. बी. सी. और परिवर्तनीय-मात्रा सी. एफ. बी. सी. दोनों मामलों का अध्ययन किया गया था। एक्सपोनेन्शल-फीड-बैच कल्चर आदर्श स्थिति में, कोशिकाएं तेजी से बढ़ती हैं। यदि वृद्धि-सीमित करने वाले सब्सट्रेट की फ़ीड दर को कोशिकाओं की घातीय वृद्धि दर के अनुपात में बढ़ाया जाता है, तो कल्चर तरल में सब्सट्रेट की सांद्रता को एक स्थिर स्तर पर रखते हुए लंबे समय तक कोशिकाओं की विशिष्ट विकास दर को बनाए रखना संभव है। आवश्यक फ़ीड दर (आयतन या द्रव्यमान) को समय के साथ तेजी से बढ़ाया जाना चाहिए ताकि फ़ीड-बैच कल्चर के इस तरीके को तेजी से फ़ीड-बैच कल्चर (ई. एफ. बी. सी.) कहा जा सके। सबस्ट्रेट सीमा रिएक्टर के शीतलन और ऑक्सीजन हस्तांतरण से जुड़ी तकनीकी सीमाओं से बचने के लिए प्रतिक्रिया दरों को नियंत्रित करने की संभावना प्रदान करती है। सब्सट्रेट सीमा भी चयापचय नियंत्रण की अनुमति देती है, ताकि परासरण प्रभाव, कैटाबोलाइट दमन और साइड उत्पादों के अतिप्रवाह चयापचय से बचा जा सके। नियंत्रण रणनीति फ़ीड-बैच प्रक्रिया में विकास को नियंत्रित करने के लिए विभिन्न रणनीतियों का उपयोग किया जा सकता हैः संदर्भ बायोरिएक्टर जैव प्रौद्योगिकी