$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Przetwarzanie upstream stanowi kluczową fazę bioprodukcji, w której systemy biologiczne, takie jak mikroorganizmy, komórki ssaków czy komórki owadów, są kultywowane do produkcji białek terapeutycznych, szczepionek, enzymów lub innych produktów pochodzenia biologicznego. Faza ta obejmuje wszystkie etapy od selekcji i manipulacji genetycznej organizmu produkcyjnego po hodowlę komórek w bioreaktorach w ściśle kontrolowanych warunkach środowiskowych.
Selekcja gospodarza i optymalizacja genetyczna
Proces rozpoczyna się od wyboru odpowiedniego organizmu gospodarza. Może to być naturalnie występujący szczep, linia komórkowa lub organizm genetycznie modyfikowany zaprojektowany do ekspresji pożądanego produktu o wysokiej wydajności i stabilności. Do najczęstszych żywicieli należą Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, komórki jajnika chomika chińskiego (CHO) oraz Pichia pastoris. Technologia rekombinowanego DNA jest często stosowana do wprowadzania określonych genów do genomu gospodarza, często pod kontrolą indukowalnych promotorów do regulowanej ekspresji.
Rozwój mediów i rozbudowa uprawy nasion
Po wyborze żywiciela podłoże wzrostowe jest dostosowywane do potrzeb żywieniowych komórek. Uwzględniono zoptymalizowane proporcje źródeł węgla (np. glukozy), źródeł azotu (np. soli amonowe), witamin oraz pierwiastków śladowych. Sterylność i kontrola zanieczyszczeń są kluczowe na każdym etapie, aby zapewnić czystą i produktywną kulturę. Proces rozpoczyna się na skalę laboratoryjną, wykorzystując hodowle nasion w kolbach shake lub małych bioreaktorach, a następnie jest stopniowo rozszerzany przez serię bioreaktorów nasiennych, aby opracować solidne inokulum dla bioreaktorów na skalę produkcyjną.
3. Eksploatacja bioreaktora i kontrola procesów
W dużych bioreaktorach parametry środowiskowe, takie jak pH, temperatura, tlen rozpuszczony (DO) oraz mieszanie, są rygorystycznie monitorowane i kontrolowane. Zautomatyzowane systemy wyposażone w czujniki umożliwiają korekty w czasie rzeczywistym, aby utrzymać optymalne warunki wzrostu. W przypadku układów rekombinowanych mogą być podawane induktory takie jak izopropyl β-D-1-tiogalaktoparanozyd (IPTG), syntetyczny induktor operonu lac, lub represory regulujące ekspresję genów w określonych fazach wzrostu. Te miary pomagają osiągnąć wysoką gęstość komórek i spójną jakość produktu. Tryby bioprzetwarzania — partia, dawka podawana lub ciągła — są wybierane na podstawie cech produktu i celów produkcyjnych.
Po osiągnięciu pożądanego stężenia biomasy lub produktu, hodowla jest poddawana dalszemu przetwarzaniu, gdzie produkt jest wydobywany i oczyszczany do ostatecznej formuły i zastosowania.
