- •Задача 1
- •Из понятия сущности биотехнологии следует, что основным механизмом получения или модификации лекарственных средств является биообъект.
- •Задача 2
- •Задача 3
- •Задача 3
- •Задача 4
- •Задача 5
- •Задача 6
- •Задача 7
- •Задача 8
- •Задача 9
- •Задача 10
- •Задача 11
- •Задача 12
- •Задача 14
- •Задача 15.
- •Задача 16.
- •Задача 17
- •Задача 18
- •Задача 19
- •Задача 20
- •Задача 21
- •Задача 22
- •Задача 23
- •Задача 24
- •Задача 25
- •Задача 26
- •Проблема биотехнологии в экологическом плане
- •Биотехнологическое производство и опасность биообъекта для окружающей среды.
- •Продукты опасные в экологическом плане
- •Задача 27
- •Задача 28
- •Задача 29
- •Задача 30.
- •Задача 32
- •Задача 33
- •Задача 34
- •Задача 36
- •Задача 37
- •Задача 38
- •Задача 39
- •Задача 41
- •Задача 42
- •Задача 43
- •Задача 44
- •Контроль концентрации инсулина в крови человека
Задача 36
Ферментеры для производства антибиотиков.
Объем ферментационных аппаратов, используемых в промышленности, выпускающей антибиотики - от 1 м3 до 100 м3. Питательной средой заполняется 2/3 емкости ферментера, учитывая вспенивание среды во время ферментации и некоторые другие факторы. Нужная температура обеспечивается системой змеевиков (спираль-теплообменника) или рубашкой ферментера.
Аэрирование культуры в ферментере происходит вследствие двух процессов: подача стерильного, подогретого до соответствующей температуры воздуха, через специальные устройства — барботеры, благодаря которым, поток воздуха дробится на отдельные струйки; и непрерывного перемешивания культуральной жидкости с помощью мешалок, конструкция которых может быть различной (пропеллерные, турбинные и др.). Принципиально важно, чтобы весь объем жидкости в ферментере одинаково перемешивался и не создавалось «застойных зон».
Ферментеры снабжаются устройством для внесения посевного материала, объем которого по отношению к объему питательной среды в ферментере, относительно небольшой. Выращивание посевного материала производится в отдельном специальном аппарате.
В ферментерах имеются устройства для внесения во время ферментации дополнительных количеств питательных веществ - пеногасителей и т.д. Ферментеры снабжаются также устройством для спуска всей культуральной жидкости по окончании ферментации. Имеются устройства для отбора проб.
Современные ферментеры все больше насыщаются контрольно-измерительной аппаратурой, что позволяет контролировать температуру внутри ферментера, рН культуральной жидкости, количество растворенного кислорода в среде, давление внутри ферментера и другие параметры, в том числе и концентрацию отдельных метаболитов.
Одно из стратегических направлений современного производства антибиотиков -автоматизация управления ферментационным процессом. Это достигается при компьютеризированной обработке данных контрольно-измерительной аппаратуры в соответствии с заданной программой. О влиянии кислорода воздуха на биосинтез антибиотиков.
Важность аэрации для обеспечения роста продуцентов на стадии ферментации обусловлена тем, что большинство из них - аэробы. Кислород необходим для биосинтеза ряда антибиотиков. Так, кислород расходуется при замыкании беталактамного и тиазолидинового колец во время биосинтеза беталактамной структуры, а для образования изопенициллина-N из LLD-трипептида молекулярный кислород необходим в стехиометрическом отношении 1:1 (предельная величина насыщения кислородом культуральной жидкости - 30%). Когда ферментация идет успешно, Ог потребляется со скоростью 1 Ммоль/литр/мин.
В целом потребность в Ог зависит от концентрации биомассы и ее метаболической активности.
О ТВЕТЫ К СИТУАЦИОННЫМ ЗАДАЧАМ 1 ►
БИОТЕХНОЛОГИЯ ММА им. И.М. Сеченова
В начало | Меню | Программа | Литература | Возврат к предыдущему документу | -4 2 ►
Оптимизация снабжения кислородом достигается увеличением скорости его переноса. При этом надо учитывать вклад мощности, вводимой на перемешивание, скорость подачи Ог, содержание растворенного Ог в культуральной жидкости.
Управление ферментационным процессом (регулируемый биосинтез).
Современные ферментеры позволяют осуществлять частую дробную подачу отдельных питательных веществ среды; поддерживать оптимальную для биосинтеза скорость роста продуцента, его критическую биомассу, при которой еще не происходит нарушения снабжения кислородом; поддерживать оптимальное для биосинтеза антибиотика значение рН культуральной жидкости.
Регуляцию осуществляют по совокупности параметров, характеризующих метаболическую активность культуры: скорость потребления углерода, азота, кислорода, интенсивность дыхания, изменение рН, концентрация растворенного Ог, вязкость культуральной жидкости, концентрация биомассы, морфологическое состояние мицелия и т.д. Эти параметры должны непрерывно контролироваться в зависимости от хода протекания конкретной ферментации.
Следует отметить, что дробная подача компонентов питательной среды в течение ферментации ведет к значительному разбавлению культуральной жидкости и увеличению ее объема в ферментере. Соответственно, требуются периодические отливы (отборы) высокоактивной культуральной жидкости, порции которой передаются для выделения целевого продукта в цех очистки. Это означает, что процесс ферментации становится из периодического (когда ферментер «сливается» полностью) - полунепрерывным.
Наиболее глубоко регулируемый полунепрерывный метод ферментации разработан в настоящее время в случае получения пенициллина. Его внедрение в производство привело к повышению выхода антибиотика в 1,5-2,0 раза и значительному экономическому эффекту. Общие закономерности ферментационного процесса при биосинтезе антибиотиков.
Кривая накопления биомассы продуцента и кривая накопления антибиотика в культуральной жидкости (а также и в мицелии продуцента) не совпадают во времени. Вторая кривая - значительно запаздывает.Это относится к продуцентам всех важнейших антибиотиков: грибам, актиномицетам, споровым бактериям. Первая фаза развития культуры продуцента во время ферментационного процесса получила название «трофофазы» - фазы сбалансированного роста. Вторая фаза - «идиофаза» или фаза несбалансированного роста. В течение трофофазы антибиотик в культуральной жидкости не обнаруживается или обнаруживается в незначительных количествах.
Во время идиофазы прирост биомассы замедляется. Наступает быстрое накопление антибиотика в культуральной жидкости.
О ТВЕТЫ К СИТУАЦИОННЫМ ЗАДАЧАМ < 2 ►
БИОТЕХНОЛОГИЯ ММА им. И.М. Сеченова
В начало | Меню | Программа | Литература | Возврат к предыдущему документу | -4 3
На рис. представлено также потребление источников углерода и азота в среде. Они быстро потребляются во время трофофазы и их количество в среде уменьшается. При протекании идиофазы их потребление замедляется. Следует отметить, что в конце идиофазы происходит частичный лизис густой культуры мицелия. Одновременно в культуре можно обнаружить и некоторое количество новых гиф, то есть нитей молодого мицелия, который находится уже в условиях среды, обедненной питательными веществами и участвует в биосинтезе антибиотика.
Таким образом, интенсивному биосинтезу антибиотика способствует значительное уменьшение в среде источников углерода и азота, особенно легко усваиваемых. В этом случае происходит дерепрессия ферментов синтеза антибиотика. Однако, выращивание продуцентов с самого начала ферментации на обедненных средах - нецелесообразно, так как незначительное накопление биомассы в течение трофофазы ведет, в конечном счете, и к незначительному накоплению антибиотика малым количеством клеток продуцента.
О ТВЕТЫ К СИТУАЦИОННЫМ ЗАДАЧАМ < 3
БИОТЕХНОЛОГИЯ ММА им. И.М. Сеченова
В начало | Меню | Программа | Литература | Возврат к предыдущему документу | 1 ►