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Découvrez comment la métabolomique peut renforcer l'efficacité du flux de travail des bioprocédés et améliorer la qualité des produits.
Les bioprocédés exploitent la puissance des cellules vivantes pour créer une large gamme de produits, des produits biopharmaceutiques aux carburants durables et biodégradables, en passant par les produits de soins personnels, etc. Les cellules étant au cœur des bioprocédés, il est essentiel de les optimiser. Cependant, les méthodes traditionnelles de contrôle de ces usines cellulaires reposent souvent sur des indicateurs indirects (croissance cellulaire, viabilité) qui ne permettent pas d'obtenir une image claire de ce qui se passe à l'intérieur de la cellule et qui influe sur le rendement. Par conséquent, l'ingénierie d'un système biologique robuste et reproductible pour le biotraitement reste un défi.
En s'appuyant sur la métabolomique, les scientifiques peuvent relever ces défis en identifiant les changements subtils dans les cellules et les milieux de croissance qui indiquent un stress, des limitations en nutriments, des sous-produits toxiques ou les premiers stades d'une contamination. Grâce à ces informations en temps réel, les chercheurs peuvent intervenir rapidement pour résoudre les problèmes et affiner le flux de travail des bioprocédés, ce qui permet d'obtenir des flux de travail plus efficaces et des produits de meilleure qualité.
Metabolomics can help clarify your MoA faster by providing deep and unparalleled insights
L'optimisation des pipelines de biotraitement reste un défi important.Metabolon peut aider les chercheurs à mettre en œuvre des stratégies d'optimisation améliorées grâce à l'analyse métabolomique.En utilisant des panels métabolomiques globaux et ciblés, les chercheurs peuvent suivre les changements cruciaux dans les cellules et les milieux de croissance en temps réel, ce qui facilite une intervention précoce et assure des flux de travail plus efficaces.
La métabolomique peut aider les chercheurs à comprendre les besoins en nutriments des cellules et à développer des milieux améliorés pour une croissance et une production optimales. Dans une étude publiée dans Applied and Industrial Microbiology, les chercheurs ont utilisé la transcriptomique et la métabolomique pour étudier l'impact de différentes sources de nutriments sur le méthanotrophe Methylomicrobium album BG8. Les méthanotrophes étant une plateforme microbienne attrayante pour la conversion de matières premières alternatives en produits de valeur, ce travail contribue de manière importante au développement de plateformes de biotraitement encore plus durables. Les résultats ont mis en évidence plusieurs réponses métaboliques spécifiques au méthanol et à l'ammonium en tant que sources de carbone et d'azote, respectivement, et constituent un point de départ précieux pour des recherches supplémentaires sur l'optimisation des méthanotrophes en vue d'une utilisation dans le domaine des bioprocédés.
La métabolomique peut fournir des informations essentielles pour évaluer et optimiser la capacité de production des lignées cellulaires. Dans une étude publiée dans le Journal of Bioscience and Engineering, les chercheurs ont développé une lignée cellulaire CHO résistante à l'hyperosmose pour la production d'anticorps monoclonaux à haut rendement en utilisant l'alimentation en bolus, qui est une plateforme plus simple que l'alimentation par lots mais qui augmente l'osmolalité à des niveaux nocifs pour les cellules. En utilisant la métabolomique, ils ont montré que leur nouvelle lignée cellulaire générait préférentiellement des osmolytes comme le sorbitol et l'érythritol, ce qui suggère que ces cellules sont mieux à même de gérer le stress osmotique. Ces résultats concordent avec d'autres mesures de la croissance cellulaire et démontrent que la métabolomique peut jouer un rôle important dans la caractérisation de lignées cellulaires optimisées.
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 métabolomique peut contribuer à la mise à l'échelle des processus de fermentation à petite échelle vers la production industrielle, une étape critique pour le transfert de technologie et la commercialisation. L'optimisation de la distribution des substrats et de l'oxygène lors du passage d'une fermentation à petite échelle à une fermentation à grande échelle est essentielle pour garantir une production constante et de qualité. Dans une étude publiée dans Microbial Cell Factories, des chercheurs ont effectué une analyse en temps réel de l'exométabolome de cultures de S. cerevisiae dans des bioréacteurs soumis à des différences d'oxygène dissous, de points de consigne de pression et de diluants ajoutés au cours d'une mise à l'échelle réussie. Cette approche a révélé des changements métaboliques et physiologiques critiques en réponse à l'hypoxie induite par la mise à l'échelle et a démontré que les hétérogénéités dans la distribution de l'oxygène et des nutriments dans le bioréacteur sont des considérations critiques lors de la mise à l'échelle du processus.
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
"Les méthodes permettant une compréhension approfondie du métabolisme des cellules CHO pendant la culture sont essentielles pour un meilleur contrôle de la production de médicaments recombinants. Une connaissance limitée de l'état physiologique de la culture cellulaire pourrait être complétée par l'analyse métabolomique, qui est capable d'identifier jusqu'à des centaines de métabolites intracellulaires différents."
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. Metabolomic profiling of CHO fed-batch growth phases at 10, 100, and 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.
Une fois que l'on a pris la mesure de toute la valeur de la métabolomique, la seule question qui reste est la suivante : qui la maîtrise le mieux ? Si de nombreux laboratoires disposent de capacités en matière de profilage métabolique ou de chimie analytique, les technologies de métabolomique complètes sont extrêmement rares.
L'identification précise et impartiale des métabolites à l'échelle de l'ensemble du métabolome pose des défis en matière de rapport signal/bruit que très peu de laboratoires sont en mesure de relever. De plus, la transformation de quantités massives de données en informations exploitables est un processus lent, voire impossible, pour la plupart d'entre eux, car une interprétation correcte nécessite deux éléments qui font défaut : l'expérience et une base de données exhaustive.
Grâce à notre plateforme robuste et à nos outils de visualisation, nos experts sont en mesure de vous en dire plus sur votre molécule et de développer des panels d'essais pour vous aider à obtenir les résultats dont vous avez besoin.
Couverture
Capacité d'interroger des milliers de métabolites dans divers espaces biochimiques, révélant de nouvelles perspectives et opportunités.
Comparabilité
Capacité à intégrer les données de différentes études dans le même ensemble de données, dans différentes zones géographiques et chez différents patients au fil du temps.
Compétence
Capacité à informer sur la conception d'une étude appropriée, à générer des données de haute qualité, à obtenir des informations biologiques et à formuler des recommandations exploitables.
Capacité
Capacité à traiter des centaines de milliers d'échantillons rapidement et à moindre coût pour répondre à une demande en forte croissance
Demandez un devis pour nos services, obtenez plus d'informations sur les types d'échantillons et les procédures de manipulation, demandez une lettre de soutien ou posez une question sur la façon dont la métabolomique peut faire avancer votre recherche.
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