6.9.5.Источники азота

Азот необходим микроорганизмам для обеспечения синтеза, главным образом, нуклеиновых кислот, белков и полимеров леточной стенки. Этот элемент входит также в состав ряда низкомолекулярных соединений, важных для нормальной жизнедеятельности организма. Пул аминокислот в цитоплазме клетки составляет 0,25-5% от сухого веса. Большая часть пула приходится на долю глутаминовой кислоты. В биомассе бактерий азот составляет до 12% сухого веса, в грибах - 10% массы сухого мицелия.

Источники азота, используемые в промышленном культивировании микроорганизмов, довольно разнообразны. Среди них встречаются простые (аммиак и соли аммония, мочевина) и сложные: кукурузный экстракт, соевая мука, рыбная мука, остаток после отгонки спирта (по сути дела, это биомасса продуцента), дрожжевой экстракт, гидролизат белка. Недостатки и преимущества простых и сложных компонентов азотного питания те же, что и в случае источников углерода, так что выбирать следует с учетом конкретных обстоятельств технологического процесса, степени изученности физиологии продуцента и т. п.

6.9.6.Источники витаминов, гормонов и микроэлементов

Витамины, гормоны и другие факторы роста, а также микро­элементы чаще всего содержатся в сложных питательных средах, в связи с чем во многих случаях необходимости в их добавлении нет. К тому же точные потребности в этих компонентах в большинстве случаев неизвестны. Существуют, правда, специальные ситуации, когда такие добавки приходится делать, в частности, при отработке условий культивирования новых продуцентов на полностью синтетических средах, когда состав последних должен быть в максимальной степени контролируемым. Здесь, однако, необходимо оговориться, что потребности культуры в микроэлементах настолько малы (в массовом исчислении), что их содержание в буферно-солевых компонентах среды в качестве обычных примесей достаточно для удовлетворения потребностей культуры. Полного контроля над составом питательной среды, таким образом, достигнуть довольно сложно, и для этого необходимо применять высокочувствительную технику для анализа остальных компонентов питательной среды, чтобы с учетом

результатов такого анализа создать требуемые концентрации упомянутых добавок.

6.9.7.Биохимические и биофизические факторы роста

Указанные в предыдущем разделе компоненты питательной среды весьма существенны для культивирования микроорганизмов и эукариотических клеток. Часто их называют «факторами роста». При этом используется также термин «биохимические факторы роста», когда хотят оттенить тот факт, что речь идет о компонентах питательных сред, включая и обычные соли, обеспечивающие поддержание определенной кислотности среды, несмотря на продукцию микроорганизмами различных веществ, способных изменить рН среды.

Существуют и так называемые биофизические факторы роста, к которым относят комплекс физических условий, обеспечи­вающих нормальный рост культуры. Это температура культивирования, интенсивность перемешивания,

обеспечивающего необходимый массообмен в культуре. Различные продуценты имеют определенный диапазон температур, при которых их рост происходит наиболее эффективно. Следует, однако, иметь в виду, что оптимальная для роста культуры температура не всегда совпадает с таковой для накопления целевого продукта. Существуют микроорганизмы, предпочитающие температуру 20 °С и ниже (психрофильные микроорганизмы), большинство используемых в промышленной микробиологии продуцентов требуют температуры около 37 °С (мезофильные микроорганизмы), известны также термофильные микроорганизмы, оптимум роста которых находится в диапазоне 70-90 °С, а иногда и выше 100 °С (экстремальные термофилы). Существуют микроорганизмы, растущие при температурах свыше 200°С (в подземных термальных водах).

Перемешивание культуры также является важным фактором роста. Сущность этого можно легко понять, если обратить внимание на следующие рассуждения. Микробная клетка, как указано выше, для своего развития должна потреблять питательные компоненты. В связи с этим вокруг клетки постепенно образуется пространство с пониженной концентрацией этих веществ, так что

озникает градиент концентрации питательных компонентов среды. Со временем этот градиент начинает лимитировать рост клетки и всей культуры. Наиболее эффективным способом преодоления возникающих при этом проблем является обеспечение эффективного массообмена в культуре, чтобы все клетки находились в равных условиях питания, а продукты их жизнедеятельности, подавляющие во многих случаях рост культуры, распределялись по всему объему так, чтобы их концентрация и соответственно ингибирующий эффект в непосредственном окружении клетки понижались.