Непрерывное культивирование микроорганизмов

Микробные популяции можно длительное время поддерживать в состоянии экспоненциального роста, используя систему непрерывного культивирования.

Упрощенная схема системы непрерывного культивирования представлена на слайде.

При таком способе культивирования биореактор присоединяют к резервуару со стерильной средой. В процессе роста клеток из резервуара в культиватор непрерывно поступает свежая среда.

……………………………………………………………………………………….

Объём жидкости в культиваторе поддерживается постоянным за счёт непрерывного удаления её избытка через сливной сифон. Если свежая среда поступает с одинаковой скоростью, концентрация бактерий в биореакторе после начального периода регулировки остаётся постоянной. Иными словами, бактерии в культиваторе растут как раз с такой скоростью, которая достаточна для восполнения клеток, удаляемых через сифон. Если изменить скорость поступления свежей среды, то после очередного переходного периода создаётся популяция с новой постоянной плотностью; скорость роста изменяется в соответствии с новой скоростью потери клеток через сливное устройство.

СЛАЙД 24

Таким образом, система непрерывного культивирования допускает широкое варьирование скорости добавления свежей среды. Однако независимо от скорости притока среды бактерии не могут расти быстрее, чем они росли бы в периодической культуре.

В связи с тем, что в системе непрерывного культивирования плотность популяции сохраняется постоянной, возникает следующий вопрос:

Каким образом скорость добавления свежей среды в культиватор определяет скорость роста культуры?

Объяснение основано на том, что скорость роста бактерий в аппарате для непрерывного культивирования всегда ограничена концентрацией одного из питательных веществ. Следовательно, система является саморегулируемой: скорость добавления свежей среды определяет скорость роста культуры.

СЛАЙД 25

Теперь подробнее рассмотрим аппарат для непрерывного культивирования, который работает при постоянной скорости добавления свежей среды. После инокуляции культура сначала растёт с максимальной скоростью. С повышением плотности клеток будет повышаться и скорость использования питательных веществ до тех пор, пока исчерпание одного из них не приведёт к ограничению скорости роста. Пока скорость роста превышает скорость вымывания клеток через сливной сифон, их плотность продолжает увеличиваться, а равновесная концентрация лимитирующего субстрата в культиваторе продолжает снижаться.

В результате скорость роста будет снижаться до тех пор, пока прирост клеток за счет размножения не станет в точности равным скорости их вымывания через сливное устройство. Если бы скорость роста культуры на небольшой период стала ниже, чем скорость вымывания клеток, плотность суспензии уменьшилась бы, а концентрация лимитирующего субстрата увеличилась. Поэтому и скорость роста стала бы повышаться до её уравнивания со скоростью вымывания клеток.

Используя тот факт, что в системе непрерывного культивирования плотность клеток сохраняется постоянной и саморегулируется, можно дать описание системы в математической форме:

(Скорость образования клеток за счёт роста) = (Скорость вымывания клеток через сливное устройство).

………………………………………………………………………………………

В непрерывной микробной культуре, как мы отметили, рост может поддерживаться в течение длительного времени и может быть достигнуто и поддерживаться установившееся состояние, при кото­ром концентрация клеток, удельная скорость роста и окружающая клетки среда (т.е. концентрация питательных веществ и продуктов) не изменяются со временем. Такое состояние является прямой про­тивоположностью росту в периодической культуре, когда условия в культуральной среде изменяются непрерывно. Вследствие этого не­прерывная культура предоставляет уникальные возможности для исследования реакций микроорганизмов на изменение окружающей среды и для непрерывного продуцирования клеточной массы или др. продуктов в оптимальных условиях.

По степени распространения из систем непрерывного культивирования наиболее широкое распространение получили такие системы как хемостат, турбидостат.

 

СЛАЙД 26

Хемостатное культивирование

Основой для изучения и применения систем непрерывного глу­бинного культивирования служит анализ функционирования хемостата.

Хемостат – это система основным регулирующим фактором, которой является постоянный химический состав по одному из лимитирующих рост компонентов, тогда как другие компоненты находятся в избытке.

 

Схема хемостата: 1 – регулятор подачи; 2- лимитирующий компонент; 3- питательная среда; 4- культуральная жидкость; 5- датчик концентрации.

……………………………………………………………………………………….

 

Хемостатное культивирование представляет собой процесс, при котором в культуру с постоянной скоростью непрерыв­но подается свежая питательная среда, а объем культуры при этом поддерживается на постоянном уровне путем непрерывного отлива части культуральной жидкости.

 

 

СЛАЙД 27