1. Культивирование клеток

   1. Культивирование клеток микроорганизмов

Исследование культивирования микроорганизмов начинается с 1830 г., когда Ш. Каньяр де Латур, К. Кютцинг и Т. Шванн открыли при­чину брожения вина (наличие клеток дрожжей).

В дальнейшем в области культивирования клеток не было никакого прогресса вплоть до 1850-х гг., когда Л. Пастер начал свои фундамен­тальные исследования: изучение физиологии дрожжей и бактерий, вве­дение асептических методов, минимальных сред и исследование пище­вых потребностей микроорганизмов и роли кислорода в процессах их жизнедеятельности. Работами Л. Пастера и его ученика М. Ролэна была установлена потребность в главных и второстепенных компонентах сре­ды и в источниках энергии. Первая полная среда определенного состава была получена М. Ролэном в 1869 г. для культивирования грибов рода Aspergillus. Работа вызывает интерес еще и тем, что Ролэн определил пи­щевые потребности грибов не только качественно, но и количественно.

Говоря о замечательных работах Л. Пастера и М. Ролэна, необходимо отметить, что в их распоряжении не было метода чистых культур, пред­ложенного Р. Кохом несколько позже (в 1870-е гг.) и дающего значи­тельные преимущества выращивания микроорганизмов. Начиная с изящных работ Коха, методы культивирования стали основной заботой микробиологов.

Потребность микроорганизмов в сложных органических веществах - факторах роста - впервые была обнаружена Вильдье в 1901 г., когда он от­крыл витамин В, или «факторы биос», необходимые для роста дрожжей.

В 1930-е гг. с введением метода колб на качалках началось развитие аппаратуры культивирования. Это дало возможность применять лабора­торный метод для аэрации глубинных культур, особенно глубинных культур аэробных грибов, которые раньше выращивались только на по­верхности твердых или жидких сред. В поверхностных культурах окру­жение организма гетерогенно, а в глубинных - гомогенно, что проще для изучения и контроля. Впоследствии глубинные культуры аэробных гри­бов сыграли значительную роль в развитии промышленного производст­ва антибиотиков. Возрастающее технологическое значение культуры микроорганизмов значительно стимулировало интерес к этой области и привело в 40-50-е гг. к созданию ферментеров с автоматической регуля­цией условий среды. С этого времени благодаря активному развитию теории непрерывного культивирования хемостатного типа открылись широкие горизонты не только теоретического развития, но и практиче­ского применения культур клеток.

Классификация процессов культивирования

Выбор процесса культивирования зависит не только от потребностей организма, но и от того, для чего будет использована культура, т. е., от конечной цели эксперимента. Известно много процессов культивирова­ния микроорганизмов. Они различаются по:

1. состоянию питательной среды (поверхностные и глубинные);

2. наличию или отсутствию перемешивания (динамические или ста­тические);

3. содержанию кислорода (аэробные или анаэробные);

4. способу действия (закрытые, чаще периодические, и открытые, чаще непрерывные);

5. количеству ферментеров (одно-, дву- и многостадийные);

6. способу управления (хемостатные, турбидостатные, оксистатные, рН-статные и другие).

Культуры микроорганизмов можно подразделять на открытые и за­крытые системы. Открытая система - это система, в которую все компо­ненты могут поступать или покидать ее. Закрытой называют такую сис­тему, в которой хотя бы один из существующих компонентов не может ни поступать в систему, ни покидать ее. Следовательно, все непрерыв­ные культуры, в которых происходит, с одной стороны, приток пита­тельной среды, с другой - отток биомассы и других продуктов, являются открытыми системами. Простая периодическая культура, содержащая ограниченное первоначальное количество питательного субстрата, слу­жит примером закрытой системы. В закрытой системе скорость роста биомассы должна стремиться к нулю либо из-за недостатка субстрата, либо из-за непереносимости токсичного продукта при его дальнейшем накоплении. Следовательно, такие системы находятся в неустойчивом состоянии. В отличие от этого в открытых системах всегда есть возмож­ность установления стабильного состояния.