Вопрос №43

Вопрос №43: Какими параметрами можно регулировать развитие микроорганизмов?

1)Концентрация лимитирующего компонента — это компонент, который влияет на значение удельной скорости роста. При увеличении концентрации лимитирующего компонента увеличивается удельная скорость, тем самым меняется плотность популяции.

2)Подвод питательной среды (скорость разбавления) — примеры работы в хемостате и в турбидостате. Изменяя скорость разбавления, можно получать режимы, обеспечивающие различную скорость роста популяции. При медленном протоке среды, т. е. при медленном росте, культура испытывает сильную лимитацию, глубокое голодание по данному субстрату. При быстром протоке среды, т. е. при быстром росте, степень голодания слабая, приближающаяся к условиям экспоненциального роста.

Хемостат состоит из сосуда, в который вводят с постоянной скоростью питательный раствор. По мере поступления питательного раствора из него вытекает суспензия микроорганизмов с той же скоростью. При культивировании в условиях хемостата поддерживается постоянная концентрация одного из компонентов среды (например, углерода). Благодаря этому в условиях хемостата поддерживается постоянная скорость роста культуры.

Работа турбидостата основана на поддержании постоянной концентрации живых клеток. В сосуде для культивирования все питательные вещества содержатся в избытке, а скорость роста бактерий приближается к максимальной.

В нем подача питательной среды осуществляется по команде фотоэлектрического элемента, регистрирующего оптическую плотность культуры. Скорость разбавления сама устанавливается в соответствии с заданной плотностью популяции. Этим турбидостат отличается от хемостата, в котором фиксируется скорость разбавления, соответственно которой устанавливается концентрация биомассы. Турбидостат позволяет получать скорости роста, равные максимальной скорости, которые применяются при изучении культур, фиксированных в стадии экспоненциального роста.

3)Отвод продуктов - объёмно-доливное культивирование — это вид периодического культивирования, при котором часть культуральной среды изымается из биореактора и добавляется такой же объём питательной среды.

Этот способ используется, например, для уменьшения токсичного воздействия вторичных метаболитов дрожжей и увеличения периодичности выведения чистой культуры.

4)Количество и возраст посевного материала - внесение небольшого количества инокулята в большой объем свежей среды может привести к диффузии из клеток витаминов, кофакторов и ионов, которые необходимы для поддержания активности многих внутриклеточных ферментов. Если клетки инокулируют из богатой среды в минимальную, то продолжительность лаг-фазы значительно зависит от объема инокулята, поскольку он содержит микроэлементы, попадающие при инокуляции в ростовую среду.

5)Предшествующие условия культивирования инокулята - если источники энергии и углерода в новой среде отличаются от тех, которые были в предшествующей культуре, то приспособление к новым условиям среды может быть связано с синтезом новых ферментов, которые ранее не были нужны и поэтому не синтезировались (а образование новых ферментов будет индуцироваться новым субстратом). Изменения состава питательных компонентов, а также их концентрации при переносе инокулята в свежую среду могут оказывать воздействие на длительность лаг-фазы, влияя на регуляцию активности ферментов и морфологическую дифференцировку клеток. Если клетки переносят с бедной среды в

богатую, то питательные компоненты и время расходуются на повышение активности ферментов, необходимых для повышения активности метаболизма в целом. Если же клетки переносят с богатой среды на среду с более низким уровнем питательных веществ, то они способны немедленно, хотя и с низкой скоростью, вступить в экспоненциальную фазу роста.

6)Возврат клеток - для получения высоких концентраций биомассы могут быть использованы одностадийные системы с возвратом клеток, в которых клетки, отделенные от культуральной жидкости с помощью насоса, возвращаются обратно в ферментер. Возврат клеток (рециркуляция) имеет значение в тех процессах, в которых за время пребывания в ферментере клетки не успевают реализовать свои потенциальные возможности в отношении синтеза целевого продукта.

7)Состав питательной среды — влияет на рост и развитие микроорганизмов, на интенсивность роста во время лаг-фазы.

Также можно получить эффект синхронизации, применяя «голодные» среды, из которых полностью удалены важнейшие компоненты или снижено их содержание. Последующее добавление недостающего вещества или перенесение клеток в полноценную среду вызывает синхронное деление.

8)Высота слоя питательной среды — при поверхностном культивировании это играет большую роль. Рост микроорганизмов в этом случае будет обусловлен диффузионными ограничениями, то есть компоненты среды могут закончиться раньше, чем клетки достигнут фазы стационара/отмирания. Накопление продукта также может вызвать торможение, так как он тоже диффундирует в слой агара.

9)Содержание влаги — играет особенную роль при поверхностном культивировании. Например, если мы хотим остановить процесс роста при поверхностном культивировании, то самый простой способ это высушить культуру.

10)Аэрация, рН, скорость вращения мешалки

11)Температура — помимо важности температуры в создании оптимального условия развития микроорганизмов, температуру также можно использовать для «синхронного размножения культуры». Достигается однократным (шок) или многократным (сдвиги температуры между двумя уровнями) действием более высокой или более низкой температуры по сравнению с оптимальной для данного вида микроорганизмов. Такое температурное воздействие, блокируя процесс деления, не останавливает роста и развития клеток, что в конечном итоге приводит популяцию в однородное состояние. После снятия шока от 70 % до 90 % клеток делится синхронно. Этот вид воздействия в основном применяется для синхронизации бактерий, простейших и клеток культуры ткани.

влияние ультрафиолета, света — также помимо влияния на развитие культуры, используются для синхронизации деления культуры.