Áreas de investigación
Descubra cómo la metabolómica puede aumentar la eficacia del flujo de trabajo de bioprocesamiento y mejorar la calidad del producto.
El bioprocesamiento aprovecha el poder de las células vivas para crear una amplia gama de productos, desde biofármacos hasta combustibles sostenibles y biodegradables, productos de cuidado personal y mucho más. Dado que las células son el núcleo del bioprocesamiento, es fundamental optimizarlas. Sin embargo, los métodos tradicionales de control de estas fábricas celulares suelen basarse en indicadores indirectos (crecimiento celular, viabilidad, etc.) que no proporcionan una imagen clara de lo que ocurre en el interior de la célula para influir en el rendimiento. Por lo tanto, la ingeniería de un sistema biológico robusto y reproducible para el bioprocesamiento sigue siendo un reto.
Gracias a la metabolómica, los científicos pueden hacer frente a estos retos identificando cambios sutiles en las células y los medios de crecimiento que indican estrés, limitaciones de nutrientes, subproductos tóxicos o las primeras fases de contaminación. Con esta información en tiempo real, los investigadores pueden intervenir a tiempo para resolver los problemas y ajustar el flujo de trabajo de bioprocesamiento, lo que permite obtener flujos de trabajo más eficientes que dan lugar a productos de mayor calidad.
Metabolomics can help clarify your MoA faster by providing deep and unparalleled insights
La optimización de los procesos de bioprocesamiento sigue siendo un reto importante.Metabolon puede ayudar a los investigadores a implementar estrategias de optimización mejoradas a través del análisis metabolómico.Mediante el uso de paneles de metabolómica globales y específicos, los investigadores pueden rastrear cambios cruciales en las células y los medios de crecimiento en tiempo real, lo que facilita la intervención temprana y garantiza flujos de trabajo más eficientes.
La metabolómica puede ayudar a los investigadores a entender las necesidades de nutrientes de las células y a desarrollar medios mejorados para un crecimiento y una producción óptimos. En un estudio publicado en Applied and Industrial Microbiology, los investigadores utilizaron la transcriptómica y la metabolómica para estudiar el impacto de distintas fuentes de nutrientes en el metanótrofo Methylomicrobium album BG8. Dado que los metanótrofos son una plataforma microbiana atractiva para convertir materias primas alternativas en productos valiosos, este trabajo supone una importante contribución al desarrollo de plataformas de bioprocesamiento aún más sostenibles. Los resultados descubrieron varias respuestas metabólicas específicas al metanol y al amonio como fuentes de carbono y nitrógeno, respectivamente, y sirven como un valioso punto de partida para investigaciones adicionales sobre la optimización de los metanótrofos para su uso en bioprocesamiento.
Sugden S, Lazic M, Sauvageau D, et al. Transcriptomic and Metabolomic Responses to Carbon and Nitrogen Sources in Methylomicrobium album BG8. Appl Environ Microbiol. 2021;87(13):e0038521. doi: 10.1128/AEM.00385-21.
La metabolómica puede proporcionar información esencial para evaluar y optimizar la capacidad de producción de las líneas celulares. En un estudio publicado en la revista Journal of Bioscience and Engineering, los investigadores desarrollaron una línea celular CHO resistente a la hiperosmosis para la producción de anticuerpos monoclonales de alto rendimiento mediante alimentación en bolo, que es una plataforma más sencilla que la alimentación por lotes, pero aumenta la osmolalidad hasta niveles perjudiciales para las células. Utilizando la metabolómica, demostraron que su nueva línea celular generaba preferentemente osmolitos como el sorbitol y el eritritol, lo que sugiere que estas células eran más capaces de manejar el estrés osmótico. Estos resultados concuerdan con otras medidas de crecimiento celular y demuestran que la metabolómica puede desempeñar un papel importante en la caracterización de líneas celulares optimizadas.
Kamachi Y and Omasa T. Development of hyper osmotic resistant CHO host cells for enhanced antibody production. J Biosci Bioeng. 2018;125(4):470-478. doi: 10.1016/j.jbiosc.2017.11.002
La metabolómica puede ayudar en la ampliación de los procesos de fermentación a pequeña escala a la producción a nivel industrial, un paso crítico para la transferencia de tecnología y la comercialización. Optimizar la distribución del sustrato y el oxígeno durante la transición de la fermentación a pequeña escala a la fermentación a gran escala es fundamental para garantizar una producción constante y de calidad. En un estudio publicado en Microbial Cell Factories, los investigadores realizaron un análisis del exometaboloma en tiempo real de cultivos de S. cerevisiae en biorreactores que experimentaban diferencias en el oxígeno disuelto, los puntos de ajuste de la presión y los diluyentes añadidos durante el escalado con éxito. Este enfoque reveló cambios metabólicos y fisiológicos críticos en respuesta a la hipoxia inducida por el escalado y demostró que las heterogeneidades en la distribución de oxígeno y nutrientes en el biorreactor son consideraciones críticas durante el escalado del proceso.
Fu Z, Verderame TD, Leighton JM et al. Exometabolome analysis reveals hypoxia at the up-scaling of a Saccharomyces cerevisiae high-cell density fed-batch biopharmaceutical process. Microb Cell Fact. 2014;13(1):32. doi: 10.1186/1475-2859-13-32
"Los métodos que permiten conocer en profundidad el metabolismo de CHO durante el cultivo son esenciales para controlar mejor la producción de fármacos recombinantes. El conocimiento limitado del estado fisiológico del cultivo celular podría complementarse con el análisis metabolómico, capaz de identificar hasta cientos de metabolitos intracelulares diferentes."
Vodopivec M, Lah L, Narat M. et al. Metabolomic profiling of CHO fed‐batch growth phases at 10, 100, and 1,000 L Biotechnol Bioeng 2019. 116(10):2720-2729. 10.1002/bit.27087
Bioprocess monitoring is based largely on methods that, albeit reliable for monitoring process performance, cannot provide insight into cell culture physiologic states. Understanding cell physiology at all bioreactor scales, from small to large, is critical for optimizing bioprocess development.
Metabolomic analysis, which can identify hundreds to thousands of metabolites from a single sample, is a powerful tool for understanding the physiology of cell cultures used in bioprocessing. Studies have leveraged metabolomics to characterize the differences between low and high producing clones, describe cell metabolism during fed-batch, study the impact of temperature shifts on antibody glycosylation, and identify causes for process performance differences at different bioreactor scales.
For example, Vodopivec M, Lah L, Narat M. et al. designed a study to evaluate the utility of metabolomics for monitoring CHO cell fed-batch cultivation across different bioreactor scales (10L, 100L, and 1,000L). Using Metabolon’s Global Discovery Panel, the researchers identified four discrete metabolite groups corresponding to fed-batch culture phase, and these groups were consistent across different bioreactor scales, regardless of variability in viable cell densities. Their work was a good first step toward demonstrating the utility of metabolomics as a means for understanding cell culture physiology in bioprocessing, and identified several important areas of improvement for future studies.
Vodopivec M, Lah L, Narat M. et al. Perfiles metabolómicos de fases de crecimiento de lotes alimentados de CHO a 10, 100 y 1.000 L. Biotechnol Bioeng. 2019;116(10):2720-2729. doi: 10.1002/bit.27087
Figure 1. PCA of intracellular metabolome measurements. Each plotted point represents one metabolome is labeled with day of cultivation.
Una vez que se comprende todo el valor de la metabolómica, la única pregunta que queda es: ¿quién lo hace mejor? Aunque muchos laboratorios cuentan con capacidades para la elaboración de perfiles de metabolitos o de química analítica, las tecnologías de metabolómica integrales son extremadamente escasas.
La identificación precisa e imparcial de los metabolitos en todo el metaboloma plantea retos en cuanto a la relación señal-ruido que muy pocos laboratorios están preparados para afrontar. Además, convertir cantidades ingentes de datos en información útil resulta lento, cuando no imposible, para la mayoría, ya que una interpretación adecuada requiere dos elementos de los que se carece: experiencia y una base de datos exhaustiva.
Gracias a nuestra sólida plataforma y a nuestras herramientas de visualización, nuestros expertos son los únicos capaces de ofrecerle más información sobre su molécula y desarrollar paneles de ensayos que le ayuden a concentrarse en los resultados que necesita.
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Capacidad para interrogar a miles de metabolitos a través de diversos espacios bioquímicos, revelando nuevos conocimientos y oportunidades.
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