 |
Тубулярные процессы непрерывного культивирования
|
|
|
|
Системы культивирования полного вытеснения
Этот способ культивирования используется для анаэробных условий. Открытая система полного вытеснения отличается от системы идеального смешения тем, что культура в ней не перемешивается и представляет собой поток жидкости через трубку. Наиболее распространенным аппаратом является трубчатый реактор, который может иметь различную форму (прямую, S-образную, спиральную) и устанавливается горизонтально или вертикально. Питательная среда и посевной материал смешиваются на входе и непрерывно поступают в аппарат без обратного смешения. В аппарате башенного типа жидкость движется снизу вверх.
В момент подачи среды и посевного материала на входе в трубчатый реактор, популяция клеток находится в начале цикла развития. По ходу трубки культура стареет, субстрат исчерпывается, накапливаются продукты метаболизма, и вытекающая культура находится в состоянии, аналогичном стационарной фазе роста периодической культуры. Следовательно, система полного вытеснения представляет собой пространственный, проточный вариант периодической культуры. Такая культура за время от посева до выгрузки проходит через все стадии периодической культуры, т. е. фазы роста распределены не во времени, а в пространстве, причем каждой части ферментера в установившемся режиме соответствует определенный отрезок ростовой кривой.
Преимуществом тубулярного процесса является возможность более полного исчерпания субстрата (как и в периодическом процессе), недостатком – большая склонность к контаминации и невозможность организовать аэрацию по всей длине аппарата.
Синхронно делящиеся культуры микроорганизмов
|
|
|
Культуры микроорганизмов, даже отобранные в одно и то же время, представляют собой совокупность клеток, находящихся на разных стадиях своего индивидуального развития.
Стремление получить культуры, все клетки которых в данный момент времени находятся в одной фазе развития, привело исследователей к разработке метода синхронизации деления микроорганизмов. Сущность метода синхронизации заключается в том, что путем различных воздействий микробная популяция искусственно приводится в однородное физиологическое состояние. Наиболее легко определяемым показателем такого состояния популяции является одновременное (синхронное) деление почти всех клеток культуры.
Синхронизации деления подвергались различные объекты: грибы, бактерии, гетеротрофные протисты, водоросли, а также клетки культуры ткани и т. п. Среди бактерий синхронное размножение изучалось, главным образом, на популяциях Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Corynebacterium diphtheriae и других.
Периодическое синхронное культивирование
Для синхронизации деления обычно применяют популяции в фазе экспоненциального роста, когда клетки наиболее однородны по продолжительности периода генерации.
Степень участия клеток популяции в синхронном делении называется степенью синхронизации. Она выражается значениями индекса синхронизации, который характеризует степень однородности популяции и позволяет сравнить эффективность различных синхронизирующих воздействий. Для определения степени синхронизации наибольшее распространение получил «индекс синхронизации» Шербаума (Is), вычисляемый по формуле:
Is = (N1/N0 – 1). (1 – T/g),
где N0 – число клеток непосредственно перед взрывом синхронного деления; N1 – число клеток после синхронного деления;
Т – время, в течение которого происходит синхронное деление;
g – продолжительность одной генерации.
Способы синхронизации
|
|
|
В зависимости от характера воздействия все известные способы можно разделить на 3 большие группы:
1-я – механический отбор (селективные, или естественные, методы);
2-я – действие физических факторов;
3-я – химико-биологические воздействия.
1-я группа методов синхронизации заключается в механическом отборе клеток из популяции в зависимости от их объема, массы или определенной формы существования (споры). Применение селективных методов основано на предположении, что такие свойства, как объем и масса клеток, отражают в известной мере определенное физиологическое состояние. Эти методы имеют то преимущество, что не создают никакого препятствия в обмене веществ у отдельных клеток, как это бывает при использовании других методов.
2-я группа связана с физическими воздействиями, также ведущими популяцию к синхронному размножению. В этом направлении наибольшее распространение получили температурные воздействия. Синхронизация популяций с помощью изменения температуры культивирования 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, протистов и клеток культуры ткани.
К методам физического воздействия, применяемых для синхронизации деления, также относятся обработка клеток сублетальными дозами рентгеновскихлучей и периодическая смена света и темноты, используемая для получения синхронного деления одноклеточных водорослей и цианобактерий (метод считается наиболее естественным, так как основан на цикличности развития фототрофных микроорганизмов в связи с суточной фотопериодичностью).
3-я группа факторов, вызывающих синхронное размножение, основана на изменениях состава питательной среды путем введения ингибиторов или извлечения веществ, необходимых для деления.
Одним из наиболее распространенных методов синхронизации этой группы является так называемый метаболический шок. При этом эффект синхронизации достигают, применяя «голодные» среды, из которых полностью удалены важнейшие компоненты или значительно снижено их содержание. Последующее добавление недостающего вещества или перенесение клеток в полноценную среду вызывает синхронное деление.
|
|
|
Несмотря на разнообразие методов, не всегда удается в достаточной степени синхронизировать деление клеток, в таких случаях принято сочетать различные методы.
Общим и весьма существенным недостатком периодических синхронных культур является быстрая потеря синхронности, наступающая через 2 – 3 генерации. Причина подобного явления может заключаться в том, что не все клетки популяции делятся, достигнув одного и того же размера, возраста или времени, прошедшего после предыдущего деления. Десинхронизация наступает быстрее при воздействии на культуру синхронизирующим агентом в фазе замедления скорости размножения, т. е. более гетерогенную в отношении продолжительности генерации отдельных клеток.
|
|
|
