Fed-batch culture
فیڈ بیچ کلچر، وسیع تر معنوں میں، بائیوٹیکنالوجی کے عمل میں ایک آپریشنل تکنیک کے طور پر بیان کیا گیا ہے جہاں کاشت کے دوران بائیو ری ایکٹر کو ایک یا زیادہ غذائی اجزاء (سبسٹریٹ) فراہم کیے جاتے ہیں اور جس میں پروڈکٹ (پروڈکٹ) بائیو ری ایکٹر میں دوڑ کے اختتام تک رہتے ہیں۔ طریقہ کار کی ایک متبادل وضاحت ایک کلچر کی ہے جس میں "ایک بنیادی میڈیم ابتدائی سیل کلچر کی حمایت کرتا ہے اور غذائیت کی کمی کو روکنے کے لیے ایک فیڈ میڈیم شامل کیا جاتا ہے"۔ یہ نیم بیچ کلچر کی بھی ایک قسم ہے۔ بعض صورتوں میں، تمام غذائی اجزاء کو بائیو ری ایکٹر میں ڈالا جاتا ہے۔ فیڈ بیچ کلچر کا فائدہ یہ ہے کہ کلچر مائع میں فیڈ سبسٹریٹ کے ارتکاز کو من مانی مطلوبہ سطحوں پر (بہت سے معاملات میں، کم سطحوں پر) کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ عام طور پر، فیڈ بیچ کلچر روایتی بیچ کلچر سے بہتر ہوتا ہے جب کسی غذائیت (یا غذائی اجزاء) کے ارتکاز کو کنٹرول کرنا مطلوبہ میٹابولائٹ کی پیداوار یا پیداواری صلاحیت کو متاثر کرتا ہے۔ بائیو پروسیسنگ کی اقسام بائیو پروسیسنگ کی وہ اقسام جن کے لیے فیڈ بیچ کلچر مؤثر ہے ان کا خلاصہ درج ذیل کیا جا سکتا ہے: 1. سبسٹریٹ کی روک تھام [1] غذائیت جیسے میتھانول، ایتھنول، ایسیٹک ایسڈ، اور خوشبودار مرکبات نسبتا کم ارتکاز پر بھی مائکروجنزموں کی نشوونما کو روکتے ہیں۔ اس طرح کے سبسٹریٹس کو مناسب طریقے سے شامل کرنے سے وقفہ وقت کو کم کیا جا سکتا ہے اور خلیوں کی نشوونما کی روک تھام کو نمایاں طور پر کم کیا جا سکتا ہے۔ 2. سیل کی زیادہ کثافت (سیل کا زیادہ ارتکاز) [1] بیچ کلچر میں، سیل کی بہت زیادہ ارتکاز حاصل کرنے کے لیے، مثال کے طور پر۔ خشک خلیوں/ایل کے 50-100 جی، میڈیم میں غذائی اجزاء کی اعلی ابتدائی حراستی کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس طرح کے زیادہ ارتکاز پر، غذائی اجزاء روک تھام بن جاتے ہیں، حالانکہ بیچ کلچر میں استعمال ہونے والے عام ارتکاز پر ان کا ایسا کوئی اثر نہیں ہوتا ہے۔ 3. گلوکوز اثر (کریبٹری اثر) [1] مالٹ وارٹ یا مولسیس سے بیکر کے خمیر کی پیداوار میں 1900 کی دہائی کے اوائل سے یہ تسلیم کیا گیا ہے کہ ایتھنول کافی تحلیل شدہ آکسیجن (ڈی او) کی موجودگی میں بھی پیدا ہوتا ہے اگر کلچر مائع میں چینی کی زیادتی موجود ہو۔ ایتھنول خلیوں کی کم پیداوار کی ایک اہم وجہ ہے۔ گلوکوز کے ارتکاز کی موجودگی میں ایروبک ایتھنول کی تشکیل کو گلوکوز اثر یا کریبٹری اثر کے نام سے جانا جاتا ہے۔ اس اثر کو کم کرنے کے لیے، عام طور پر بیکر کے خمیر کی پیداوار کے لیے فیڈ بیچ کا عمل استعمال کیا جاتا ہے۔ ایسچریچیا کولی اور بیسیلس سبٹیلس کی ایروبک ثقافتوں میں، نامیاتی ایسڈ جیسے ایسیٹک ایسڈ، (اور کم مقدار میں، لیکٹک ایسڈ اور فارمک ایسڈ)، ضمنی مصنوعات کے طور پر پیدا ہوتے ہیں جب چینی کا ارتکاز زیادہ ہوتا ہے، اور یہ ایسڈ خلیوں کی نشوونما کو روکنے کے ساتھ ساتھ میٹابولک سرگرمیوں پر بگڑتے ہوئے اثر کو ظاہر کرتے ہیں۔ ان تیزابوں کی تشکیل کو بیکٹیریل کریبٹری ایفیکٹس کہا جاتا ہے۔ 4. کیٹابولائٹ جبر [1] جب کسی مائکروجنزم کو تیزی سے میٹابولائز ہونے والا کاربن توانائی کا ذریعہ فراہم کیا جاتا ہے جیسے کہ گلوکوز، اس کے نتیجے میں اے ٹی پی کے انٹرا سیلولر ارتکاز میں اضافہ انزائم (ز) بائیو سنتھیسز کے جبر کا باعث بنتا ہے، اس طرح توانائی کے منبع کی سست میٹابولائزیشن کا سبب بنتا ہے۔ اس رجحان کو کیٹابولائٹ جبر کہا جاتا ہے۔ بہت سے انزائم، خاص طور پر جو کیٹابولک راستوں میں شامل ہوتے ہیں، اس جابرانہ ضابطے کے تابع ہوتے ہیں۔ انزائم بائیو سنتھیسز میں کیٹابولائٹ جبر پر قابو پانے کا ایک طاقتور طریقہ ایک فیڈ بیچ کلچر ہے جس میں کلچر مائع میں گلوکوز کی حراستی کو کم رکھا جاتا ہے، جہاں نشوونما محدود ہوتی ہے، اور انزائم بائیو سنتھیسز کو ختم کیا جاتا ہے۔ پینسیلیم کریسوجینم کے ذریعے پینسلن کے خمیر میں گلوکوز کی سست خوراک اس زمرے کی ایک کلاسیکی مثال ہے۔ 5. آکسوٹروفک میوٹینٹس [1] ایک مائکروبیل عمل میں ایک آکسوٹروفک میوٹینٹ (غذائی طور پر میوٹینٹ کی ضرورت ہوتی ہے) کو استعمال کرتے ہوئے، مطلوبہ غذائیت کی ضرورت سے زیادہ فراہمی کے نتیجے میں فیڈ بیک کی روک تھام اور/یا اختتامی مصنوعات کے جبر کی وجہ سے مطلوبہ میٹابولائٹ کے بہت کم جمع ہونے کے ساتھ سیل کی وافر نشوونما ہوتی ہے۔ تاہم، مطلوبہ غذائیت کی فاقہ کشی خلیوں کی نشوونما کے ساتھ ساتھ مطلوبہ میٹابولائٹ کی مجموعی پیداوار کو بھی کم کرتی ہے، کیونکہ پیداوار کی شرح عام طور پر خلیوں کے ارتکاز کے متناسب ہوتی ہے۔ اس طرح کے بائیو پروسیسنگ میں مطلوبہ غذائی اجزاء کی محدود مقدار پر میوٹینٹ کو بڑھا کر مطلوبہ میٹابولائٹ کے جمع ہونے کو زیادہ سے زیادہ کیا جا سکتا ہے۔ مطلوبہ غذائیت کے کم ارتکاز پر میوٹینٹ کی کاشت کے لیے، اسے کنٹرول شدہ شرح پر بیچ کلچر کو کھلایا جاتا ہے۔ یہ تکنیک اکثر آکسوٹروفک میوٹینٹس کے ساتھ صنعتی امینو ایسڈ کی تیاری میں استعمال ہوتی ہے۔ ایک مثال ہوموسیرین-یا تھریونین/میتھیونائن کے ساتھ لائسین کی پیداوار ہے جس میں ہوموسیرین ڈی ہائیڈروجنیز جین کے لیے کورینبیکٹیریم گلوٹامکم کے میوٹینٹ کی کمی ہوتی ہے۔ 6. اوپن ریڈنگ فریم کے اوپری حصے میں ایک دبانے والے پروموٹر والے جین کی ریپریسیبل پروموٹر ٹرانسکرپشن کے ساتھ جین کے ایکسپریشن کنٹرول کو ڈی این اے پر آپریٹر کے علاقے کے ساتھ نام نہاد ہولو-ریپریسر کے امتزاج سے دبایا جاتا ہے۔ جب کلچر مائع میں ایک مخصوص کیمیائی مرکب موجود ہوتا ہے، تو خلیوں میں موجود مرکب (یا اس کا میٹابولائٹ) ہولو-ریپریسر بنانے کے لیے ایک اپو-ریپریسر (ایک قسم کا ٹرانسکرپشن عنصر) کے ساتھ شریک ریپریسر کے طور پر مل جاتا ہے۔ اس مرکب کے ارتکاز کو ہر ممکن حد تک کم رکھنا (جب کہ اب بھی خلیوں کی کافی نشوونما کی اجازت دیتا ہے) منظم جین کے مسلسل اظہار کی اجازت دیتا ہے۔ ایسا کرنے کے لیے فیڈ بیچ کلچر ایک طاقتور تکنیک ہے۔ دبانے والے پروموٹر کی مثالیں ٹی آر پی پروموٹر اور ایف او اے پروموٹر ہیں۔ 7. آپریشن کے وقت میں توسیع، بخارات کے ذریعے ضائع ہونے والے پانی کا ضمیمہ، اور کلچر بروتھ کی کم ہوتی چپچپا پن [1] کلچر کی حکمت عملیوں کی اقسام ہائی سیل ڈینسٹی کلچر فیڈ بیچ حکمت عملی عام طور پر بائیو انڈسٹریل عمل میں بائیو ری ایکٹر میں سیل کی زیادہ کثافت تک پہنچنے کے لیے استعمال کی جاتی ہے۔ بائیو ری ایکٹر کے کمزور ہونے سے بچنے کے لیے زیادہ تر فیڈ کا محلول بہت زیادہ مرتکز ہوتا ہے۔ ریکومبیننٹ مائکروجنزموں کے فیڈ بیچ کلچرز کے ذریعے ہیٹرولوگس پروٹین کی پیداوار کا بڑے پیمانے پر مطالعہ کیا گیا ہے۔ غذائی اجزاء کا کنٹرول شدہ اضافہ براہ راست کلچر کی نشوونما کی شرح کو متاثر کرتا ہے اور اوور فلو میٹابولزم سے بچنے میں مدد کرتا ہے (سائیڈ میٹابولائٹس کی تشکیل، جیسے ایسچریچیا کولی کے لیے ایسیٹیٹ، ممالیہ سیل کلچرز میں لیکٹک ایسڈ، سکیرومیسیس سیریوزی میں ایتھنول)، آکسیجن کی حد (اینیروبیوسس)۔ مستقل طور پر کھلایا جانے والا بیچ کلچر سب سے آسان کھلایا جانے والا بیچ کلچر وہ ہے جس میں نمو کو محدود کرنے والے سبسٹریٹ کی فیڈ کی شرح مستقل ہوتی ہے، یعنی۔ کلچر کے دوران خوراک کی شرح غیر متغیر ہوتی ہے۔ یہ معاملہ گراف میں دکھایا گیا ہے (یہاں کلچر کا حجم متغیر ہے)۔ اس قسم کی فیڈ بیچ کلچر کو کانسٹینس فیڈ بیچ کلچر (سی ایف بی سی) کا نام دیا گیا ہے، اور یہ ریاضیاتی اور تجرباتی طور پر اچھی طرح سے قائم ہے۔ سی ایف بی سی میں، فکسڈ حجم سی ایف بی سی اور متغیر حجم سی ایف بی سی کے دونوں معاملات کا مطالعہ کیا گیا۔ ایکسپونینشیل-فیڈ-بیچ کلچر مثالی حالت میں خلیات تیزی سے بڑھتے ہیں۔ اگر نمو کو محدود کرنے والے سبسٹریٹ کی فیڈ کی شرح کو خلیوں کی تیز رفتار نمو کی شرح کے تناسب سے بڑھایا جائے تو کلچر مائع میں سبسٹریٹ کے ارتکاز کو مستقل سطح پر رکھتے ہوئے خلیوں کی مخصوص نمو کی شرح کو طویل عرصے تک برقرار رکھنا ممکن ہے۔ مطلوبہ فیڈ کی شرح (حجم یا بڑے پیمانے پر) کو وقت کے ساتھ تیزی سے بڑھایا جانا چاہیے تاکہ فیڈ بیچ کلچر کے اس طریقے کو تیزی سے فیڈ بیچ کلچر (ای ایف بی سی) کہا جائے۔ سبسٹریٹ کی حد ری ایکٹر کی ٹھنڈک اور آکسیجن کی منتقلی سے منسلک تکنیکی حدود سے بچنے کے لیے رد عمل کی شرحوں کو کنٹرول کرنے کا امکان پیش کرتی ہے۔ سبسٹریٹ کی حد بھی میٹابولک کنٹرول کی اجازت دیتی ہے، تاکہ اسموٹک اثرات، کیٹابولائٹ جبر اور ضمنی مصنوعات کے اوور فلو میٹابولزم سے بچا جا سکے۔ کنٹرول کی حکمت عملی فیڈ بیچ کے عمل میں ترقی کو کنٹرول کرنے کے لیے مختلف حکمت عملیوں کا استعمال کیا جا سکتا ہے: حوالہ جات بائیو ری ایکٹرز بائیو ٹیکنالوجی