- •Лекция 1.
- •Лекция 2. Способы и особенности технологии промышленного культивирования микроорганизмов
- •1.1. Отбор штаммов микроорганизмов и работа с ними
- •1.2. Приготовление посевной микробной культуры
- •1.3. Приготовление и стерилизация питательных сред
- •Удовлетворение питательных потребностей микроорганизмов
- •Выбор сырьевых источников для конструирования питательных сред
- •Дифференциация питательных сред по целевому назначению
- •Оптимизация многокомпонентного состава питательной среды
- •Стандартизация питательных сред
- •1.4. Подготовка биореактора к посеву
- •1.5. Выращивание микроорганизмов в реакторе и контроль за процессом культивирования
- •Промышленное культивирование микроорганизмов с применением активной аэрации
- •Технология культивирования микроорганизмов в покоящемся состоянии без аэрации
- •Технология промышленного культивирования анаэробных микроорганизмов
- •1.6. Периодические и хемостатные системы культивирования микроорганизмов
- •Периодическое культивирование микроорганизмов
- •Хемостатная культура, или метод непрерывного культивирования микроорганизмов
- •2. Особенности биотехнологии культивирования вирусов
- •Лекция 3. Концентрирование и высушивание биопрепаратов
- •2. Мембранные методы разделения
- •Лекция 4.Вакцины.
- •Противогерпетические вакцины
- •Заключение
- •Лекция 5. Молекулярная биотехнология микробиологических систем
- •Лекция 6. Микробиологическое производство лекарственных средств.
- •Лекция 7. Использование рекомбинантных микроорганизмов для получения коммерческих продуктов.
- •Малые биологические молекулы
Лекция 2. Способы и особенности технологии промышленного культивирования микроорганизмов
Для осуществления любого биотехнологического процесса необходимы:
^ культура микроорганизмов;
^ питательная среда;
^ аппаратура для выращивания и проведения вспомогательных операций;
^ средства контроля и управления.
Культивирование является основной стадией технологического процесса и во многом определяет количественные и качественные характеристики производства биопрепаратов. На стадии культивирования осуществляется накопление как самой биомассы, так и продуктов метаболизма (жизнедеятельности) микроорганизмов.
Иногда, например, при производстве бактериальных препаратов, целевым продуктом является сама биомасса, в других случаях продукты, синтезируемые клеткой - антибиотики, ферменты, аминокислоты и др. При этом синтезируемый продукт может накапливаться как внутри клеток, так и выделяться в культуральную жидкость.
В том случае, когда культура растет на поверхности жидкой или плотной питательной среды, потребляя содержащиеся в ней субстраты и выделяя в эту среду продукты метаболизма, такой способ культивирования называют поверхностным.
При твердофазном культивировании клетки растут на поверхности твердой (плотной) среды, содержащей достаточное количество влаги и питательных веществ (чаще всего основу такой среды составляют пшеничные отруби).
При жидкофазном (глубинном) культивировании, микроорганизмы распределяются по всему объекту жидкой питательной среды, а кислород поступает к клеткам в результате интенсивной операции перемешивания.
Последний способ наиболее широко применяется в настоящее время в производстве большинства препаратов по следующим причинам:
1. Позволяет получить большое количество бактериальной массы за короткое время. Так, при культивировании микроорганизмов группы кишечной палочки в условиях состояния покоя количество микробов не превышает 1-2 млрд см -3, а с применением принудительной аэрации урожайность, в зависимости от состава питательной среды, достигает 50 - 60 млрд см-3. Это объясняется тем, что при аэрации практически отсутствует начальная стационарная фаза, и бактерии сразу начинают интенсивно размножаться, переходя в логарифмическую фазу.
2. Процесс легко управляем. При глубинном выращивании имеются существенные различия в степени потребления углеродных и азотистых веществ. Они интенсивно потребляются при аэрации культураль-ной жидкости, поэтому, чтобы процесс роста и размножения не прекращался быстро, нужно в процессе культивирования дополнительно вводить углеродные и азотистые соединения, а при необходимости и другие стимуляторы роста микроорганизмов.
Добавление питательных веществ, особенно углеводных (глюкоза) и биологических стимуляторов усиливает интенсивность размножения, что и приводит к увеличению концентрации микроорганизмов в момент съема их биомассы. Данный способ также позволяет легко корректировать рН среды в процессе культивирования, что очень важно для достижения максимальной интенсивности размножения.
3. Максимальная технологичность. Так, поверхностный метод менее технологичен и в промышленных условиях применяется в исключительных случаях, когда нельзя воспользоваться глубинным методом.
Технологический процесс глубинного выращивания микроорганизмов в реакторах (ферментерах) так же как и при использовании плотных питательных сред, складывается из следующих этапов:
1. Отбор штаммов микроорганизмов и работа с ними.
2. Приготовление посевной микробной культуры.
3. Приготовление и стерилизация питательных сред.
4. Подготовка биореактора к посеву.
5. Выращивание микроорганизмов в реакторе и контроль над процессом культивирования.
Кроме того, он включает ряд вспомогательных операций:
> стерилизацию оборудования и коммуникаций;
> приготовление и стерилизацию пеногасителей, растворов и др. Остановимся на каждом из этапов культивирования.