مراقبة مستويات الأكسجين المذاب في عملية التخمير الصيدلاني الحيوي

لماذا يُعدّ رصد الأكسجين المذاب أمراً ضرورياً في التخمير الصيدلاني الحيوي؟

1. الحفاظ على بيئة النمو المثلى للكائنات الدقيقة أو الخلايا
تتضمن عملية التخمر الصناعي عادةً استخدام كائنات دقيقة هوائية، مثل الإشريكية القولونية والخميرة، أو خلايا ثديية، مثل خلايا مبيض الهامستر الصيني (CHO). تعمل هذه الخلايا كـ"عمال" ضمن نظام التخمر، حيث تحتاج إلى الأكسجين للتنفس والنشاط الأيضي. يُعد الأكسجين مستقبل الإلكترونات النهائي في التنفس الهوائي، مما يُتيح إنتاج الطاقة على شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). قد يؤدي نقص الأكسجين إلى اختناق الخلايا، أو توقف نموها، أو حتى موتها، مما يُفضي في النهاية إلى فشل عملية التخمر. يضمن رصد مستويات الأكسجين المذاب بقاء تركيزات الأكسجين ضمن النطاق الأمثل لاستدامة نمو الخلايا وبقائها.

2. لضمان التخليق الفعال للمنتجات المستهدفة
لا يقتصر هدف التخمر الحيوي الدوائي على تعزيز تكاثر الخلايا فحسب، بل يمتد ليشمل تسهيل التخليق الفعال للمنتجات المستهدفة المطلوبة، مثل الأنسولين والأجسام المضادة وحيدة النسيلة واللقاحات والإنزيمات. تتطلب هذه المسارات الحيوية عادةً مدخلات طاقة كبيرة، مستمدة أساسًا من التنفس الهوائي. إضافةً إلى ذلك، تعتمد العديد من الأنظمة الإنزيمية المشاركة في تخليق المنتج بشكل مباشر على الأكسجين. وقد يؤدي نقص الأكسجين إلى تعطيل هذه المسارات أو تقليل كفاءتها.

علاوة على ذلك، تعمل مستويات الأكسجين المذاب كإشارة تنظيمية. ويمكن أن يؤدي كل من ارتفاع وانخفاض تركيز الأكسجين المذاب بشكل مفرط إلى:
- تغيير مسارات الأيض الخلوية، على سبيل المثال، التحول من التنفس الهوائي إلى التخمر اللاهوائي الأقل كفاءة.
- تحفيز استجابات الإجهاد الخلوي، مما يؤدي إلى إنتاج منتجات ثانوية غير مرغوب فيها.
- التأثير على مستويات التعبير عن البروتينات الخارجية.

من خلال التحكم الدقيق في مستويات الأكسجين المذاب في مراحل التخمر المختلفة، من الممكن توجيه عملية التمثيل الغذائي الخلوي نحو أقصى قدر من تخليق المنتج المستهدف، وبالتالي تحقيق تخمر عالي الكثافة وعالي الإنتاجية.