Культивирование аэробов. Периодическое и непрерывное культивирование.

Чистой культурой называется популяция бактерий одного вида или одной разновидности, выращенная на питательной среде. Культуры микробов одного и того же вида, или биовара, выделенные из различных источников или в разное время из одного и того же источника, называют штаммами. Чистые культуры бактерий получают из изолированных колоний, пересевая их петлёй в пробирку с твёрдой или, реже, жидкой питательной средой.
При достаточном содержании патогенных бактерий в образце проводят посев на плотные питательные среды (для получения изолированных колоний). Если в исследуемом материале бактерий мало, то посев проводят на жидкие среды обогащения. На практике выделение относительно неприхотливых бактерий обычно проводят на простых средах (например, на КА, агаре Плоскирева, тиогликолевом бульоне, агаре Сабуро и т.д.). Для выделения прихотливых видов в среды вносят питательные вещества (кровь, сыворотку, дрожжевой экстракт и др.), а также поглотители токсических метаболитов, образующихся при росте бактерий (например, древесный уголь). Для посевов применяют микробиологические петли, реже иглы и шпатели.
Чистую культуру получают для проведения идентификации, т. е. определении родовой и видовой принадлежности выделенных бактерий.

Биотехнологические процессы воспроизводства микроорганизмов могут быть основаны на периодическом или непрерывном культивировании.

Биореактор, ферментер или ферментатор - это закрытая или открыта емкость, в которой при определенных условиях (давление, температура, концен­трация сухих веществ, рН среды и т.д.) протекает на клеточном или молекуляр­ном уровне контролируемая реакция, осуществляемая с помощью микроорганиз­мов.

Периодический процесс включает: а) стерилизацию сред, биореакторов и вспомогательного оборудования; б) загрузку аппарата питательной средой; в) внесение посевного материала (клеток, спор); г) рост культуры, который может совпадать во времени со следующим этапом или предшествовать ему; д) синтез целевого продукта; е) отделение и очистку готового продукта. Речь идет о вре­менной последовательности этапов, по окончании последнего этапа проводится мойка биореактора и его подготовка к новому циклу.

Этап роста культуры включает несколько фаз: а) лаг-фазу - сравнительно медленный рост внесенной культуры, осваивающей новую среду обитания в объ­еме биореактора; б) экспоненциальную фазу - бурное деление клеток, сбалан­сированный рост культуры; в) фазу замедленного роста, связанного с исчерпа­нием питательных субстратов и накоплением токсических продуктов метаболиз­ма; г) стационарную фазу - прирост клеток равен их убыли; д) фазу отмирания - постепенное снижение числа жизнеспособных клеток.

Биотехнологически ценные продукты синтезируются в экспоненциальную фазу (нуклеотиды, многие ферменты, витамины - так называемые первичные метаболиты) или в стационарную фазу роста (антибиотики, красящие вещества и т.д. — так называемые вторичные метаболиты или идиолиты).

Широко применяют периодическое культивирование с подпиткой: по­мимо внесения питательного субстрата в реактор до введения в него биообъекта, в процессе культивирования в аппарат добавляют питательные вещества через определенные промежутки времени порциями или непрерывно «по каплям». Иногда дополнительно вносят биообъект.

Существует также отьемнодоливочное культивирование, когда часть объема из биореактора время от времени изымается при добавлении эквивалент­ною объема среды. Это приводит к регулярному омолаживанию культуры и к за­держке ее перехода к фазе отмирания. Такой режим культивирования в значи­тельной мере уподобляется непрерывному процессу, поэтому называется также полунепрерывным культивированием.

В непрерывных процессах биообъект постоянно поддерживается в экс­поненциальной фазе роста. Обеспечивается непрерывный приток свежей пита­тельной среды в биореактор и отток из него культуральной жидкости, содержа­щей клетки и продукты их жизнедеятельности. Фундаментальным принципом непрерывных процессов служит равновесие между приростом биомассы за счет деления клеток и их убылью в результате разбавления свежей средой. Различают хемостатный и турбидостатный режимы не­прерывного культивирования.