Posting bersponsor ini telah diterbitkan dalam kemitraan dengan Laboratorium Hidrosomsebuah perusahaan yang berbasis di Chicago yang mengkhususkan diri dalam produksi gelembung ultrahalus.
Gelembung ultrahalus—gelembung yang sangat kecil sehingga bisa memuat satu triliun gelembung dalam satu gelembung Champagne—menunjukkan sifat yang sangat berbeda dengan gelembung yang terlihat oleh mata manusia, membuka serangkaian aplikasi baru yang menarik dalam segala hal mulai dari minuman fungsional hingga kosmetik kelas atas.
Adapun potensi mereka untuk mengemudi lebih banyak biomassa yang efisien dan fermentasi yang presisisementara itu, kita baru menyentuh permukaannya saja, kata warga yang berbasis di Chicago Laboratorium Hidrosomyang baru-baru ini melakukan pengurutan RNA pada E. E.coli strain yang memberikan wawasan segar tentang apa yang terjadi pada sel yang terkena gelembung kecilnya.
Masuk akal bahwa gelembung dengan daya apung netral (tidak mengapung), muatan permukaan negatif yang kuat yang menarik nutrisi, dan rasio luas permukaan terhadap volume yang tinggi, dapat menghasilkan transfer gas dan nutrisi yang lebih efisien ke sel-sel dalam tangki fermentasi, kata SVP dan ilmuwan utama Dr. Nick Jackowetz.
Namun, sekuensing RNA baru bekerja pada ekspresi gen selama pertumbuhan aerobik E. coli.E.coli terkena gelembung ultrafine Hydrosome Labs dalam bioreaktor 400 liter menjelaskan lebih lanjut mengapa perusahaan yang telah mengujinya melihat tingkat penggandaan yang jauh lebih cepat, peningkatan biomassa sel puncak dari jumlah bahan baku yang sama, pengurangan waktu fermentasi, dan titer yang lebih tinggi, kata Jackowetz.
“Kami menemukan perbedaan genetik yang berbeda antara sel yang terpapar gelembung ultrahalus dan sel kontrol, yang menunjukkan bahwa keberadaan gelembung ultrahalus menyebabkan E. coli. E.coli untuk menyesuaikan metabolismenya.”
Gelembung ultrafine membantu sel melakukan lebih banyak hal dengan lebih sedikit
Khususnya, kata Jackowetz, bakteri tersebut tampaknya “beralih ke jalur pemanfaatan karbon yang lebih efisien,” yang membantu menjelaskan mengapa mereka dapat berbuat lebih banyak dengan lebih sedikit karbon.
“Sel yang terkena gelembung ultrafine menunjukkan perubahan genetik yang menunjukkan peningkatan ketersediaan nutrisi dan oksigen, peningkatan aktivitas transportasi, dan perubahan jalur respons stres.”
Ketersediaan oksigen bagi sel sangatlah penting, ia menambahkan: “Biasanya dalam fermentasi aerobik, oksigen merupakan hambatan; sel-selnya tumbuh, tetapi faktor pembatasnya adalah oksigen. Jika Anda dapat mendorongnya ke arah yang positif (dengan meningkatkan regulasi gen yang terlibat dalam pemanfaatan oksigen dan produksi energi dengan gelembung ultrafine), Anda dapat meningkatkan efisiensi metabolisme seluler dan kinerja secara keseluruhan.”
Meski begitu, dia menekankan, “Kami masih mengerjakan pemahaman mekanistik tersebut, dan ini merupakan pertanyaan terbuka di bidang gelembung ultrahalus. Namun pemahaman kami saat ini adalah bahwa kita mendapatkan perpindahan massa yang lebih baik, transfer oksigen yang lebih baik, dan itu benar-benar mendorong banyak hal yang kita lihat.”
Meskipun penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mengkonfirmasi efek ini pada berbagai jenis sel dan kondisi fermentasi, ia memperingatkan, temuan ini menunjukkan bahwa gelembung ultrafine dapat mengoptimalkan proses fermentasi melalui peningkatan yang berarti dalam efisiensi metabolisme dalam sel.
Dan hal ini, kata presiden Hydrosome Labs, Bob Jacobs, “cukup menarik,” mengingat bahwa sebagian besar strategi untuk meningkatkan efisiensi fermentasi melalui rekayasa regangan atau peningkatan pemrosesan hilir cenderung menghasilkan “hanya perbaikan bertahap.”
“Gelembung ultrahalus memiliki muatan negatif di bagian luar dan menarik nutrisi yang larut dalam air ke permukaannya. Karena luas permukaan gelembung-gelembung dalam larutan sangat besar, hal ini mempunyai efek peracikan yang luar biasa pada luas permukaan yang tersedia untuk mengantarkan nutrisi ke sel.
“Saat gelembung kita (yang lebarnya di bawah 100 nanometer) Saat bertemu dengan sel, sel akan mengenali nutrisi yang ada di luar sel dan membawanya masuk. Kami yakin hal ini juga mencakup gas yang ada di dalam gelembung, namun masih ada penelitian yang dilakukan untuk menentukan dengan pasti apa yang ditransfer melintasi membran sel..” Bob Jacobs, presiden, Lab Hidrosom
Penggunaan karbon lebih efisien
Menguji dengan E.coli strain di Laboratorium Penelitian Bioproses Terpadu (IBRL) di Universitas Illinois Urbana-Champaign telah menunjukkan bahwa mengganti air biasa dengan air yang mengandung gelembung ultrahalus dapat meningkatkan laju penggandaan sel 2x, meningkatkan biomassa sel puncak 2x, dan mengurangi waktu fermentasi sebesar 25%, yang berarti hasil lebih tinggi dan lebih rendah biayanya, kata Jackowetz.
“Tetapi kami juga melihat hasil yang luar biasa dengan ragi seperti buah ara Shepherd Dan Saccharomyces” dan strain jamur berserabut. Pergerakan karbon melalui sel tampaknya lebih diarahkan pada produksi biomassa dibandingkan pembuatan metabolit sekunder lainnya yang akan mengalihkan karbon dari biomassa.”
“Ada fase jeda yang lebih pendek, sehingga fermentasi dimulai lebih cepat, dan setelah fermentasi berjalan, kita melihat waktu penggandaan yang lebih cepat, dan kemudian pada fase puncak, kita melihat tingkat biomassa jauh lebih tinggi, dengan jumlah yang sama. bahan baku.” Dr. Nick Jackowetz, ilmuwan utama, Hydrosome Labs
Pembuatan gelembung ramah sel
Jadi bagaimana teknologi Hydrosome Labs dibandingkan dengan teknologi pemain lain yang menciptakan gelembung kecil seperti Moleaer? Dan jika manfaat biomanufaktur sangat jelas, mengapa teknologi ini tidak tersebar luas?
Menurut Jacobs, ada dua hal yang menonjol tentang teknologi Hydrosome Labs dalam hal ini. Pertama, gelembungnya lebih kecil dibandingkan gelembung pemain lain, sehingga meningkatkan stabilitas dan umur simpannya. Kedua, metode produksinya yang dipatenkan tidak merusak sel.
“Beberapa pemain di bidang ini menggunakan gaya geser yang lebih tinggi untuk menciptakan gelembung, yang dapat merusak sel, sedangkan kami menggunakan proses yang lebih lembut yang disebut kavitasi hidrodinamik,” jelasnya. “Kami pada dasarnya memutar air dan menciptakan ruang hampa di dalam unit kami (yang akan disewakan kepada perusahaan biomanufaktur). Saat air keluar dari perangkat kita, kekosongan inti kavitasi terganggu, dan itulah yang menciptakan triliunan gelembung ultrahalus.
“Ini berarti kita dapat melewatkan media fermentasi cair, sel, dan semuanya, melalui proses kita dan menciptakan gelembung tanpa merusak sel.”
Jika perusahaan melakukan a fermentasi batch yang diberi makan dan sudah mensirkulasi ulang larutan mereka melalui semacam sistem pompa dan memasukkannya kembali ke dalam bioreaktor, teknologi Hydrosome Labs dapat “dengan mudah terhubung ke loop resirkulasi tersebut dan menambahkan gelembung saat media tersebut disirkulasi ulang di dalam tangki,” katanya.
“Tetapi kami juga dapat bekerja sama dengan perusahaan yang menggunakan proses fermentasi batch. Di sini teknologi kami dapat terhubung ke ujung sistem osmosis terbalik (yang memurnikan air sebelum digunakan dalam fermentasi), memasukkan gelembung ke dalam air, dan kemudian ke dalam batch-nya. Pada dasarnya, kami telah merancang teknologi kami sedemikian rupa sehingga dapat diterapkan pada hampir semua sistem fermentasi yang ada. Cukup pasang dan mainkan.”
Untuk pekerjaan pembuktian konsep, kata Jackowetz: “Kami memiliki kemampuan mikrobiologi internal, jadi kami melakukan berbagai hal dalam skala kecil dalam labu pengocok dan dalam bioreaktor 100 liter. Kami juga dapat mengirimkan air ke klien yang memiliki gelembung sangat halus sehingga mereka dapat melakukan beberapa pengujian awal.”
Menurut Jacobs: “Jika mereka melihat hasil yang baik, kami memiliki unit uji yang dapat kami kirimkan ke mitra, dan mereka dapat menghubungkannya ke fermentor mereka dan mengujinya.”
Minuman fungsional, perawatan kulit, dan jalur baru menuju pengurangan gula?
Sementara pemain lain di bidang gelembung nano berfokus pada pengolahan air limbah dan pertanian dalam ruangan, di mana gelembung kecil dapat memberikan penyerapan nutrisi yang lebih baik dan hasil yang lebih tinggi, Hydrosome Labs berfokus pada “ruang putih” yang belum dikembangkan oleh perusahaan lain seperti fermentasi, minuman fungsional. , dan perawatan kulit.
Ini telah mengkomersialkan teknologinya dalam kosmetik melalui Cindy Crawford 'Keindahan yang Bermakna' rangkaian produk ini, dengan gelembung ultrahalusnya yang diklaim dapat meningkatkan penyerapan bahan bioaktifnya, dan saat ini sedang berdiskusi dengan beberapa perusahaan di bidang minuman untuk mengeksplorasi bagaimana gelembung kecilnya dapat memberikan hidrasi dan penyerapan nutrisi yang unggul mulai dari kolagen hingga vitamin, mineral, dan elektrolit.
Namun, salah satu bidang eksplorasi yang paling menarik adalah pengurangan gula, kata Jackowetz.
“Saat kami pertama kali meminum air dengan gelembung ultrahalus, kami menyadari rasanya berbeda; sedikit efek pendinginan, jadi kami mengirimkan air tersebut ke Ohio State University dan meminta mereka membuat panel sensorik untuk mendukung hal ini. Lalu kami berpikir, bagaimana jika kita tidak hanya mengisi gelembung ini dengan udara, tapi dengan gas lain seperti dinitrogen oksida (gas tertawa)? Yang menarik dari nitrous oxide (yang digunakan dalam industri makanan sebagai propelan dalam krim kocok) adalah ketika dilarutkan dalam air, rasanya manis.”
Tidak mengherankan, mengingat fokus yang kuat pada pengurangan gula dalam minuman, katanya, “ada banyak minat untuk menggunakan ini untuk mengatur rasa manis. Kami juga melihat kemampuan gelembung ultrafine untuk memengaruhi profil rasa beberapa pemanis (intensitas tinggi) untuk memberikan profil rasa yang lebih menyeluruh, namun saat ini kami baru menyentuh permukaannya saja.”
Mikrobioma usus
Terakhir, salah satu bidang studi baru yang paling menarik bagi perusahaan adalah mikrobioma, kata Jackowetz, mengutip penelitian pra-klinis pada hewan selama 12 minggu baru-baru ini (belum dipublikasikan) yang menunjukkan perubahan positif pada mikrobioma usus pada mamalia yang diberi air dengan ultrafine. gelembung vs kontrol, mulai dari peningkatan produksi asam lemak rantai pendek yang bermanfaat seperti butirat hingga penurunan penanda inflamasi.
Meskipun ini hanyalah pekerjaan awal dan Hydrosome Labs tidak memiliki sumber daya untuk melakukan uji klinis pada manusia yang mahal untuk memvalidasinya, mereka berharap melalui pekerjaan seperti ini, mereka dapat “menghasilkan bukti konsep atau minat yang cukup. dan mudah-mudahan kami bisa menemukan pasangan,” kata Jacobs.