{"id":9808,"date":"2024-09-18T09:00:00","date_gmt":"2024-09-18T08:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/concessus.pt\/?post_type=noticias&#038;p=9808"},"modified":"2024-09-20T16:46:11","modified_gmt":"2024-09-20T15:46:11","slug":"escalonamento-da-cultura-de-e-coli-para-uma-estrategia-de-alimentacao-otimizada-em-modo-fed-batch-usando-alimentacao-exponencial","status":"publish","type":"noticias","link":"https:\/\/concessus.pt\/pt-pt\/noticias\/escalonamento-da-cultura-de-e-coli-para-uma-estrategia-de-alimentacao-otimizada-em-modo-fed-batch-usando-alimentacao-exponencial\/","title":{"rendered":"Escalonamento da cultura de E. Coli para uma estrat\u00e9gia de alimenta\u00e7\u00e3o otimizada em modo fed-batch usando alimenta\u00e7\u00e3o exponencial"},"content":{"rendered":"\n<p>A <em>Escherichia coli<\/em> \u00e9 um dos sistemas de express\u00e3o mais populares para a produ\u00e7\u00e3o de prote\u00ednas recombinantes. Neste estudo, foi realizado um protocolo breve para aplicar um modo fed-batch em escala laboratorial com <em>E. coli<\/em> e o seu escalonamento para 30 litros. A alta densidade celular do crescimento de <em>E. coli<\/em> foi alcan\u00e7ada utilizando um modo fed-batch num biorreator de bancada Bionet F1, ap\u00f3s a caracteriza\u00e7\u00e3o em modo batch, utilizando uma sonda de densidade \u00f3tica online para registar automaticamente o crescimento. Foi obtida uma taxa de crescimento espec\u00edfica de 0,46h-1, resultando numa concentra\u00e7\u00e3o de biomassa 7 vezes maior com a estrat\u00e9gia fed-batch, em compara\u00e7\u00e3o com o modo batch alternativo. O processo desenvolvido em escala laboratorial foi escalonado com um fator de 10, sob o crit\u00e9rio de coeficientes volum\u00e9tricos de transfer\u00eancia de oxig\u00e9nio (kLa) constantes, num biorreator Bionet F2-30A em escala piloto.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>INTRODU\u00c7\u00c3O<\/strong>\u2028<\/p>\n\n\n\n<p>A express\u00e3o de prote\u00ednas na bact\u00e9ria <em>E. coli<\/em> tem sido o sistema de express\u00e3o mais popular h\u00e1 mais de duas d\u00e9cadas para a produ\u00e7\u00e3o de prote\u00ednas recombinantes, devido \u00e0 sua capacidade melhorada de alcan\u00e7ar rapidamente altas densidades celulares em meios de cultura econ\u00f3micos, com curto tempo de cultivo, f\u00e1cil manipula\u00e7\u00e3o gen\u00e9tica, baixo custo dos meios e status regulat\u00f3rio aprovado para aplica\u00e7\u00f5es em humanos e animais.<\/p>\n\n\n\n<p>Para o escalonamento da fermenta\u00e7\u00e3o aer\u00f3bia, o efeito do transporte de massa g\u00e1s-l\u00edquido \u00e9 o fator mais significativo. Portanto, o escalonamento na fermenta\u00e7\u00e3o aer\u00f3bia \u00e9 frequentemente realizado com base na manuten\u00e7\u00e3o do coeficiente de transfer\u00eancia de massa volum\u00e9trica (kLa) constante em todas as escalas.<\/p>\n\n\n\n<p>O sucesso do processo de escalonamento \u00e9 geralmente confirmado por resultados experimentais, mostrando diferen\u00e7as limitadas entre a fermenta\u00e7\u00e3o em pequena e em grande escala, realizadas sob a mesma taxa de transfer\u00eancia de oxig\u00e9nio.<\/p>\n\n\n\n<p>No presente trabalho, o crescimento de uma estirpe de <em>E. coli<\/em> foi caracterizado em escala laboratorial usando o biorreator Bionet F1, atrav\u00e9s de medi\u00e7\u00f5es de densidade \u00f3tica online para estabelecer a taxa de alimenta\u00e7\u00e3o ideal do substrato em modo fed-batch na fase exponencial. Com os dados obtidos, o processo foi escalonado para um fermentador de 30 litros, usando o biorreator Bionet F2-30A e aplicando uma propor\u00e7\u00e3o de escalonamento de cerca de 1:10.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>MATERIAIS E M\u00c9TODOS<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p><strong>Equipamento<\/strong>\u2028\u2022 Biorreatores\/Fermentadores. A Tabela 1 apresenta uma descri\u00e7\u00e3o completa do equipamento utilizado: \u2013 Biorreator de Bancada Bionet F1-3MB (Fig. 1) com o Software ROSITA\u00ae para controlo e monitoriza\u00e7\u00e3o. \u2013 Biorreator Bionet F2-30A (Fig. 2) com o Software MARTA\u00ae para controlo e monitoriza\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"788\" height=\"690\" src=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/1.Biorreator-de-Bancada-Bionet-F1-3MB.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-9809\" srcset=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/1.Biorreator-de-Bancada-Bionet-F1-3MB.png 788w, https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/1.Biorreator-de-Bancada-Bionet-F1-3MB-548x480.png 548w, https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/1.Biorreator-de-Bancada-Bionet-F1-3MB-768x672.png 768w\" sizes=\"(max-width: 788px) 100vw, 788px\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n<p><strong>Fig. 1:<\/strong> Biorreator de Bancada Bionet F1-3MB utilizado para a caracteriza\u00e7\u00e3o e otimiza\u00e7\u00e3o do processo. Esta \u00e9 uma das solu\u00e7\u00f5es autoclav\u00e1veis de n\u00edvel de entrada da BIONET para aplica\u00e7\u00f5es de microbiologia e cultura de c\u00e9lulas em biorreatores de tanque agitado. Dispon\u00edvel em modelos com volumes de trabalho de 1, 3, 5, 8 e 10L, e em configura\u00e7\u00f5es simples ou duplas.<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"780\" height=\"874\" src=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/2.Biorreator-em-aco-inoxidavel-Bionet-F2-30A-.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-9811\" srcset=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/2.Biorreator-em-aco-inoxidavel-Bionet-F2-30A-.png 780w, https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/2.Biorreator-em-aco-inoxidavel-Bionet-F2-30A--428x480.png 428w, https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/2.Biorreator-em-aco-inoxidavel-Bionet-F2-30A--768x861.png 768w\" sizes=\"(max-width: 780px) 100vw, 780px\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n<p><strong>Fig. 2:<\/strong> Biorreator em a\u00e7o inoxid\u00e1vel Bionet F2-30A utilizado para o escalonamento, configura\u00e7\u00e3o aut\u00f3noma (n\u00e3o \u00e9 necess\u00e1ria instala\u00e7\u00e3o de vapor para esteriliza\u00e7\u00e3o). Dispon\u00edvel em modelos com volumes de trabalho de 15 e 30L, e em configura\u00e7\u00f5es aut\u00f3nomas ou n\u00e3o aut\u00f3nomas para esteriliza\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"806\" height=\"1158\" src=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/3.Comparacao-das-configuracoes-dos-biorreatores-da-Bionet-para-o-processo-de-fermentacao-de-E.-coli-em-modo-fed-batch.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-9813\" srcset=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/3.Comparacao-das-configuracoes-dos-biorreatores-da-Bionet-para-o-processo-de-fermentacao-de-E.-coli-em-modo-fed-batch.png 806w, https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/3.Comparacao-das-configuracoes-dos-biorreatores-da-Bionet-para-o-processo-de-fermentacao-de-E.-coli-em-modo-fed-batch-713x1024.png 713w, https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/3.Comparacao-das-configuracoes-dos-biorreatores-da-Bionet-para-o-processo-de-fermentacao-de-E.-coli-em-modo-fed-batch-334x480.png 334w, https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/3.Comparacao-das-configuracoes-dos-biorreatores-da-Bionet-para-o-processo-de-fermentacao-de-E.-coli-em-modo-fed-batch-768x1103.png 768w\" sizes=\"(max-width: 806px) 100vw, 806px\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n<p><strong>Tabela 1:<\/strong> Compara\u00e7\u00e3o das configura\u00e7\u00f5es dos biorreatores da Bionet para o processo de fermenta\u00e7\u00e3o de <em>E. coli<\/em> em modo fed-batch.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Meios<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Salvo indica\u00e7\u00e3o em contr\u00e1rio, todos os reagentes utilizados neste trabalho foram adquiridos na Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, EUA) ou na Scharlab (Barcelona, Espanha).<\/p>\n\n\n\n<p><strong>In\u00f3culo<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>\u2022 Caldo Luria-Bertani (LB)\u2028\u2022 Caldo Terrific (TB)\u2028\u2022 Glicose (GLU)\u2028\u2022 Ampicilina (antibi\u00f3tico)\u2028\u2022 Isopropil-\u03b2-D-tiogalactopiranos\u00eddeo (IPTG)\u2028\u2022 MgSO4\u00b77H2O\u2028\u2022 NH4OH e H3PO4\u2028\u2022 Antiespumante Sigma 204<\/p>\n\n\n\n<p>Estrains recombinantes BL21 de <em>E. coli<\/em> provenientes de um banco de c\u00e9lulas de trabalho (WCB) foram propagadas em frascos de 250 ml, contendo 50 ml de caldo Luria-Bertani (LB), 50 \u03bcg\u00b7mL^-1 de ampicilina e 4 g\u00b7L^-1 de glicose durante 12 horas a 37\u00b0C e 250 rpm em um agitador orbital, at\u00e9 alcan\u00e7ar uma OD600nm entre 0,6 e 0,9 para a inocula\u00e7\u00e3o no biorreator de 3 litros. A rela\u00e7\u00e3o do in\u00f3culo entre todas as etapas e escalas foi de 1% v\/v; portanto, para a opera\u00e7\u00e3o equivalente no processo de fermenta\u00e7\u00e3o em 30 litros, os frascos de estoque do WCB foram propagados em frascos de 1000 ml, contendo 200 ml de LB, 50 \u03bcg\u00b7mL^-1 de ampicilina e 4 g\u00b7L^-1 de glicose.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Fermenta\u00e7\u00e3o<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Os ensaios de fermenta\u00e7\u00e3o foram realizados em dois experimentos separados:<\/p>\n\n\n\n<p>i. <strong>Caracteriza\u00e7\u00e3o e otimiza\u00e7\u00e3o em escala laboratorial<\/strong>\u2028\u2022 Modo batch para calcular a taxa de crescimento espec\u00edfica (\u03bc) da estirpe.\u2028\u2022 Modo fed-batch utilizando um controle de taxa de alimenta\u00e7\u00e3o \u00f3tima.<\/p>\n\n\n\n<p>ii. <strong>Escalonamento de 3 litros para 30 litros<\/strong>\u2028\u2022 Modo fed-batch utilizando um controle de taxa de alimenta\u00e7\u00e3o \u00f3tima baseado na caracteriza\u00e7\u00e3o em escala de bancada, e sob o crit\u00e9rio de coeficientes volum\u00e9tricos de transfer\u00eancia de oxig\u00eanio (kLa) constantes.<\/p>\n\n\n\n<p>Para todos os experimentos, c\u00e9lulas do in\u00f3culo em meio LB foram propagadas em biorreatores Bionet, contendo no in\u00edcio da fase batch 65% do volume final da fermenta\u00e7\u00e3o. A composi\u00e7\u00e3o inicial do meio era 47 g\u00b7L^-1 de caldo Terrific (TB), suplementado com 10 g\u00b7L^-1 de glicose e contendo 0,5 g\u00b7L^-1 de antiespumante. Antes da inocula\u00e7\u00e3o com as c\u00e9lulas, os biorreatores foram esterilizados com o meio durante 30 minutos a 121\u00b0C, utilizando um autoclave para o biorreator de vidro (Bionet F1-3MB) e esteriliza\u00e7\u00e3o no local (SIP) para o biorreator de a\u00e7o inoxid\u00e1vel (Bionet F2-30A). A glicose foi esterilizada em um autoclave e adicionada ao meio ap\u00f3s a esteriliza\u00e7\u00e3o do biorreator. 50 mg\u00b7L^-1 de ampicilina como antibi\u00f3tico foi adicionada ap\u00f3s a esteriliza\u00e7\u00e3o e imediatamente antes da inocula\u00e7\u00e3o das c\u00e9lulas. Durante todos os experimentos, o pH foi mantido em 7\u00b10,2 adicionando NH4OH ou H3PO4, a temperatura foi mantida a 37\u00b0C para a primeira fase e a 30\u00b0C para a fase de express\u00e3o da prote\u00edna, e o oxig\u00eanio dissolvido foi mantido em 30\u00b11% de satura\u00e7\u00e3o, regulando a agita\u00e7\u00e3o e as taxas de aera\u00e7\u00e3o com controle em cascata DO2.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Modo batch em 3 litros<\/strong>\u2028Culturas no biorreator Bionet F1-3MB foram cultivadas at\u00e9 atingir uma OD600 nm de 0,6-0,9, ap\u00f3s o qual IPTG foi adicionado a uma concentra\u00e7\u00e3o final de 0,5 mM para a indu\u00e7\u00e3o da express\u00e3o da prote\u00edna recombinante. A incuba\u00e7\u00e3o continuou por 8 horas para a produ\u00e7\u00e3o da prote\u00edna recombinante. A densidade \u00f3tica foi monitorizada online com um sensor de turbidez conectado ao biorreator e integrado ao software de controlo ROSITA\u00ae.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Modo fed-batch em 3 litros<\/strong>\u2028A primeira etapa antes da indu\u00e7\u00e3o foi equivalente ao modo batch com OD600 nm de 0,9, com a adi\u00e7\u00e3o de IPTG a 0,5 mM para a concentra\u00e7\u00e3o final para indu\u00e7\u00e3o da express\u00e3o da prote\u00edna recombinante. Ent\u00e3o, quando o oxig\u00eanio dissolvido aumentou, atingindo um valor superior a 90%, o modo fed-batch foi iniciado automaticamente, ativando uma bomba de velocidade vari\u00e1vel para a adi\u00e7\u00e3o de uma solu\u00e7\u00e3o de glicose a 100 g\u00b7L^-1, previamente esterilizada, contendo uma solu\u00e7\u00e3o de MgSO4\u00b77H2O a 18,7 g\u00b7L^-1. Esta solu\u00e7\u00e3o foi previamente esterilizada por microfiltra\u00e7\u00e3o com um tamanho de poro de 0,2 \u03bcm, come\u00e7ando com uma taxa de alimenta\u00e7\u00e3o inicial e aumentando exponencialmente com a fun\u00e7\u00e3o exponencial do software de controle (Fig. 2), de acordo com a vers\u00e3o simples da equa\u00e7\u00e3o para alimenta\u00e7\u00e3o exponencial [3]. A taxa de crescimento espec\u00edfica foi controlada para 0,2 h^-1. A alimenta\u00e7\u00e3o de glicose foi mantida at\u00e9 que uma OD600 nm de 80\u00b110 fosse alcan\u00e7ada:<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"676\" height=\"78\" src=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/4.Modo-fed-batch-em-3-litros.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-9815\" srcset=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/4.Modo-fed-batch-em-3-litros.png 676w, https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/4.Modo-fed-batch-em-3-litros-640x74.png 640w\" sizes=\"(max-width: 676px) 100vw, 676px\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n<ul>\n<li><strong>Q(t): Taxa de fluxo da solu\u00e7\u00e3o de alimenta\u00e7\u00e3o (L\u00b7h^-1)<\/strong><\/li>\n\n\n\n<li><strong>Xo:<\/strong> Densidade celular inicial em g\u00b7L^-1 de peso celular seco (DCW)<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Vo:<\/strong> Volume inicial (L)<\/li>\n\n\n\n<li><strong>\u03bc:<\/strong> Taxa de crescimento espec\u00edfica (h^-1)<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Y\u00b7xs:<\/strong> Coeficiente de rendimento da biomassa (gDCW\/g\u00b7glicose)<\/li>\n\n\n\n<li><strong>So:<\/strong> Concentra\u00e7\u00e3o do substrato na solu\u00e7\u00e3o de alimenta\u00e7\u00e3o (g\u00b7L^-1)<\/li>\n\n\n\n<li><strong>t:<\/strong> Tempo (h)<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p><strong>Escalonamento de 3 litros para 30 litros<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Neste estudo, foi aplicado um escalonamento, sob o crit\u00e9rio constante do coeficiente de transfer\u00eancia de massa volum\u00e9trica KLa, com uma combina\u00e7\u00e3o de uma faixa de velocidade constante da ponta do agitador. O KLa foi calculado utilizando o m\u00e9todo din\u00e2mico f\u00edsico [4], de acordo com a equa\u00e7\u00e3o para a determina\u00e7\u00e3o da taxa de transfer\u00eancia de oxig\u00eanio (OTR).<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"850\" height=\"318\" src=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/5.Resumo-dos-criterios-para-o-escalonamento-do-processo-de-fermentacao-utilizados-neste-estudo.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-9817\" srcset=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/5.Resumo-dos-criterios-para-o-escalonamento-do-processo-de-fermentacao-utilizados-neste-estudo.png 850w, https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/5.Resumo-dos-criterios-para-o-escalonamento-do-processo-de-fermentacao-utilizados-neste-estudo-640x239.png 640w, https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/5.Resumo-dos-criterios-para-o-escalonamento-do-processo-de-fermentacao-utilizados-neste-estudo-768x287.png 768w\" sizes=\"(max-width: 850px) 100vw, 850px\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n<p><strong>Tabela 2:<\/strong> Resumo dos crit\u00e9rios para o escalonamento do processo de fermenta\u00e7\u00e3o utilizados neste estudo.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Centrifuga\u00e7\u00e3o<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Para calcular o rendimento final de biomassa em glicose como Yx\/s, uma amostra do caldo colhido foi centrifugada a 4500 \u00d7 g \u00e0 temperatura ambiente (RT) por 15 minutos, utilizando uma centr\u00edfuga OrtoAlresa modelo Dicigen 21, com rotor RT 138. O pellet obtido foi seco a 100\u00b0C durante 1 hora, para medir o peso celular seco (DCW).<\/p>\n\n\n\n<p><strong>RESULTADOS<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p><strong>Fermenta\u00e7\u00e3o em Escala de Bancada<\/strong> Os dados de crescimento celular foram coletados para an\u00e1lise do processo a partir de um arquivo CSV gerado pelo software ROSITA\u00ae da Bionet, para a escala de bancada. A taxa de crescimento (\u03bc) no modo batch com glicose como substrato limitante foi calculada a partir da curva de crescimento plotada em escala logar\u00edtmica (Fig. 3). A taxa de crescimento espec\u00edfica obtida para esta estirpe com glicose na fase logar\u00edtmica foi \u03bc = 0,46h\u22121<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"850\" height=\"278\" src=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/6.Fermentacao-em-Escala-de-Bancada.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-9819\" srcset=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/6.Fermentacao-em-Escala-de-Bancada.png 850w, https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/6.Fermentacao-em-Escala-de-Bancada-640x209.png 640w, https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/6.Fermentacao-em-Escala-de-Bancada-768x251.png 768w\" sizes=\"(max-width: 850px) 100vw, 850px\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n<p>As condi\u00e7\u00f5es \u00f3timas de taxa de alimenta\u00e7\u00e3o da estrat\u00e9gia fed-batch foram estabelecidas 40% abaixo da taxa de crescimento espec\u00edfico m\u00e1xima calculada no modo batch, para garantir o consumo completo da glicose. Quando a cultura alterou a tend\u00eancia do DO2, indicando a exaust\u00e3o completa do substrato limitante 3 horas ap\u00f3s a indu\u00e7\u00e3o, a adi\u00e7\u00e3o da solu\u00e7\u00e3o concentrada de glicose foi iniciada automaticamente a partir da receita programada no software da Bionet.<\/p>\n\n\n\n<p>A concentra\u00e7\u00e3o final de biomassa no modo fed-batch foi de cerca de 25 g\u00b7L^-1 de peso celular seco (DCW), e o coeficiente de rendimento da biomassa YX\/S foi de 0,63 g\/g\u00b7glicose. Estes resultados foram semelhantes aos reportados por outros autores [5].<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Escalonamento para 30 Litros<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Os crit\u00e9rios mais comuns para o escalonamento de laborat\u00f3rios para a escala piloto e da escala piloto para a escala de produ\u00e7\u00e3o ou de planta s\u00e3o manter um ou mais par\u00e2metros semelhantes entre as diferentes escalas. Normalmente, \u00e9 imposs\u00edvel manter todos os par\u00e2metros na mesma propor\u00e7\u00e3o entre si. Estes par\u00e2metros incluem a velocidade da ponta do agitador, a taxa de transfer\u00eancia de oxig\u00eanio (OTR), o coeficiente de transfer\u00eancia de massa de oxig\u00eanio (kLa), a pot\u00eancia por unidade de volume do biorreator, o tempo de mistura e o n\u00famero de Reynolds do agitador. A concentra\u00e7\u00e3o constante de DO2 tamb\u00e9m \u00e9 utilizada como um par\u00e2metro de escalonamento para a produ\u00e7\u00e3o de prote\u00ednas recombinantes [6]. Para o escalonamento da fermenta\u00e7\u00e3o aer\u00f3bica, o efeito do transporte de massa g\u00e1s-l\u00edquido \u00e9 o fator mais significativo.<\/p>\n\n\n\n<p>O crit\u00e9rio da velocidade da ponta do agitador tem algumas vantagens em processos biotecnol\u00f3gicos com microrganismos sens\u00edveis ao estresse de cisalhamento produzido por um agitador, pois determina o estresse de cisalhamento m\u00e1ximo no tanque, o que pode causar danos \u00e0s c\u00e9lulas [2]. A Tabela 3 mostra uma compara\u00e7\u00e3o da velocidade da ponta do agitador calculada para os biorreatores F1-3MB e F2-30 da Bionet em diferentes regimes de agita\u00e7\u00e3o (N), correlacionados de acordo com o di\u00e2metro do agitador (D).<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"626\" height=\"282\" src=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/7.Correlacao-entre-as-velocidades-da-ponta-ms-e-as-velocidades-de-agitacao-rpm-para-as-duas-escalas.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-9821\"\/><\/figure><\/div>\n\n\n<p><strong>Tabela 3:<\/strong> Correla\u00e7\u00e3o entre as velocidades da ponta (m\/s) e as velocidades de agita\u00e7\u00e3o (rpm) para as duas escalas. Foi calculado um intervalo de KLa\u2019s usando o m\u00e9todo f\u00edsico din\u00e2mico [4], de acordo com a equa\u00e7\u00e3o para a determina\u00e7\u00e3o da taxa de transfer\u00eancia de oxig\u00eanio (OTR), para uma velocidade m\u00ednima e m\u00e1xima da ponta de 1,41 m\/s e 4,24 m\/s, respetivamente, com uma taxa de fluxo de ar na faixa de 0,5-1,5 vvm e a temperatura a 37\u00b0C, utilizando o meio sem microrganismos (Fig. 4). O processo foi estabelecido para manter um valor de KLa na faixa de 50-120 h^-1, variando a agita\u00e7\u00e3o com o controle em cascata de DO2, com uma velocidade equivalente da ponta do agitador na faixa de 1,41-3,39 m\/s e mantendo a taxa de fluxo de ar constante em 1 vvm. Como valor de refer\u00eancia, a caracteriza\u00e7\u00e3o preliminar do biorreator F1-3MB da Bionet determinou um valor m\u00e1ximo de KLa de 300 h^-1, correspondente ao OTR m\u00e1ximo do equipamento de aproximadamente 350 mmol\u00b7O2\u00b7L^-1\u00b7h^-1 (dados n\u00e3o publicados).<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"850\" height=\"284\" src=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/8.Coeficiente-de-transferencia-de-massa-volumetrica-.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-9823\" srcset=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/8.Coeficiente-de-transferencia-de-massa-volumetrica-.png 850w, https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/8.Coeficiente-de-transferencia-de-massa-volumetrica--640x214.png 640w, https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/8.Coeficiente-de-transferencia-de-massa-volumetrica--768x257.png 768w\" sizes=\"(max-width: 850px) 100vw, 850px\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n<p><strong>Fig. 4:<\/strong> Coeficiente de transfer\u00eancia de massa volum\u00e9trica (KLa) como fun\u00e7\u00e3o da velocidade do agitador a 37\u00b0C com o meio utilizado, e diferentes taxas de fluxo de ar realizadas nos biorreatores da Bionet (A) F1-3MB e (B) F2-30A.<\/p>\n\n\n\n<p>Em m\u00e9dia, culturas de E. coli com uma OD600nm de 75 e uma DCW de 25 g\/L foram alcan\u00e7adas em ambas as escalas durante 20 horas do processo, conforme mostrado na Figura 5. Uma breve descri\u00e7\u00e3o da configura\u00e7\u00e3o dos par\u00e2metros do processo est\u00e1 apresentada na receita descrita na Tabela 4 para ambas as escalas.<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"844\" height=\"414\" src=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/9.Comparacao-da-evolucao-temporal-.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-9825\" srcset=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/9.Comparacao-da-evolucao-temporal-.png 844w, https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/9.Comparacao-da-evolucao-temporal--640x314.png 640w, https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/9.Comparacao-da-evolucao-temporal--768x377.png 768w\" sizes=\"(max-width: 844px) 100vw, 844px\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n<p><strong>Fig. 5:<\/strong> Compara\u00e7\u00e3o da evolu\u00e7\u00e3o temporal dos dados de densidade \u00f3ptica online exportados do software ROSITA\u00ae e MARTA\u00ae dos biorreatores Bionet F1-3MB e F2-30A, respetivamente, a partir dos ensaios de escalonamento no modo fed-batch.<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"768\" height=\"848\" src=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/10.Configuracao-da-receita-para-o-processo-de-fermentacao-de-E.-coli-em-modo-fed-batch-utilizando-biorreatores-Bionet.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-9827\" srcset=\"https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/10.Configuracao-da-receita-para-o-processo-de-fermentacao-de-E.-coli-em-modo-fed-batch-utilizando-biorreatores-Bionet.png 768w, https:\/\/concessus.pt\/_concessus\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/10.Configuracao-da-receita-para-o-processo-de-fermentacao-de-E.-coli-em-modo-fed-batch-utilizando-biorreatores-Bionet-435x480.png 435w\" sizes=\"(max-width: 768px) 100vw, 768px\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n<p><strong>Tabela 4:<\/strong> Configura\u00e7\u00e3o da receita para o processo de fermenta\u00e7\u00e3o de E. coli em modo fed-batch utilizando biorreatores Bionet.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Conclus\u00f5es:<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>A alta densidade celular no processo de E. coli foi alcan\u00e7ada utilizando um modo fed-batch no biorreator Bionet F1 Bench-top e o escalonamento para o biorreator piloto F2-30, com a automa\u00e7\u00e3o das etapas cr\u00edticas do processo programadas com o software ROSITA\u00ae e MARTA\u00ae, respetivamente. A estirpe foi previamente bem caracterizada em modo batch, atrav\u00e9s da coleta de dados online e simplifica\u00e7\u00e3o dos c\u00e1lculos de crescimento, para obter a taxa de crescimento espec\u00edfica. Ao aplicar esta taxa de crescimento de forma ideal como uma taxa de alimenta\u00e7\u00e3o exponencial em fed-batch, foi obtido um rendimento de biomassa 7 vezes superior ao do modo batch.<\/p>\n\n\n\n<p>O escalonamento bem-sucedido para o fator 10 foi alcan\u00e7ado no biorreator Bionet F2-30. Al\u00e9m de uma boa caracteriza\u00e7\u00e3o da estirpe utilizada e crit\u00e9rios de escalonamento bem definidos, o conhecimento t\u00e9cnico adequado do equipamento, em termos de caracteriza\u00e7\u00e3o do processo em todas as escalas de produ\u00e7\u00e3o, tamb\u00e9m \u00e9 de import\u00e2ncia fundamental para garantir a confiabilidade e a reprodutibilidade dos resultados do escalonamento do processo.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>A Escherichia coli \u00e9 um dos sistemas de express\u00e3o mais populares para a produ\u00e7\u00e3o de prote\u00ednas recombinantes. Neste estudo, foi realizado um protocolo breve para aplicar um modo fed-batch em escala laboratorial com E. coli e o seu escalonamento para 30 litros. 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