CHEMOSTATAS: CHARAKTERISTIKOS, ISTORIJA IR NAUDOJIMO BŪDAI - BIOLOGIJA - 2025

Chemostat yra prietaisas ar aparatas naudojamas ląstelių ir mikroorganizmų auginimui. Jis taip pat vadinamas bioreaktoriumi ir turi galimybę eksperimentiškai atkurti vandens aplinką, tokią kaip ežerai, sedimentacijos ar valymo tvenkiniai.

Paprastai jis apibūdinamas kaip indas (dydis priklausys nuo to, ar naudojamas pramoninis, ar laboratorinis) su įleidimo anga, kad į ją patektų sterili medžiaga, ir išleidimo anga, pro kurią išeis proceso metu susidariusi medžiaga, kurios paprastai yra maistinės medžiagos. atliekos, sterili medžiaga, mikroorganizmai.

Chemostato schema. Paimta ir redaguota iš: CGraham2332.

Jį atrado ir pristatė nepriklausomai ir beveik tuo pačiu metu 1950 m. Mokslininkai Jacquesas Monodas, Aaronas Novickas ir Leo Szilardas. Monodas vienas dirbo ir vadino jį baktogenu, o Novickas ir Szilardas dirbo kartu ir vadino chemostatu, vardu, kuris išlieka iki šiol. .

Chemostato savybės

Chemostatas pasižymi tuo, kad nuolat pridedama terpės, turinčios vieną maistinę medžiagą, kuri riboja augimą ir tuo pačiu pašalina dalį kultūros, pavyzdžiui, perteklinę gamybą, metabolitus ir kitas medžiagas. Šis pašalinimas nuolat pakeičiamas nauja medžiaga, taip pasiekiant stabilią pusiausvyrą.

Šiomis sąlygomis mikroorganizmų kultūros vystymosi greitis yra lygus skiedimo greičiui. Palyginti su kitais auginimo būdais, tai yra labai svarbu, nes pastovioje ir apibrėžtoje aplinkoje galima pasiekti stabilią būklę.

Kita svarbi savybė yra tai, kad chemostatu operatorius gali valdyti fizinius, cheminius ir biologinius kintamuosius, tokius kaip kultūrų individų tūris, ištirpęs deguonis, maistinių medžiagų kiekis, pH ir kt.

Metodo principas

Metodas susideda iš mikroorganizmų populiacijos, kuri nuo pat pradžių auga panašiai kaip ir pertraukiamosios kultūros, arba dalimis auginamos kultūros (paprasčiausia skysta kultūra). Kai populiacijos auga, būtina tuo pačiu metu ištraukti kultūros tūrį, panašų į pridėtą, neatsižvelgiant į tai, ar pašalinta kultūra buvo naudojama, ar ne.

Tokiu būdu chemostate skiedžiamas nuolat pridedant šviežios terpės ir pašalinama kultūra, kaip aprašyta ankstesnėje pastraipoje. Viena maistinė medžiaga yra atsakinga už augimo apribojimą inde, o likusių - per daug.

Šią vienintelę augimą ribojančią maistinę medžiagą iš anksto nustato asmuo, kuriantis eksperimentą, tai gali būti bet kokia maistinė medžiaga ir daugeliu atvejų tai priklausys nuo rūšies kultūroje.

Istorija

Daugybinės mikroorganizmų kultūros siekia šimtmečius (alaus ir kitų gėrimų gaminimas). Tačiau ištisiniai pasėliai yra kažkas palyginti modernesnio. Kai kurie mikrobiologai nuolatinio auginimo pradžią priskiria garsiajam Rusijos mikrobiologui Sergejui Vinogradskiui.

Vinogradski tyrė sulforedukcinių bakterijų augimą savo sukurtame įrenginyje (skiltyje „Vinogradski“). Studijų metu jis į koloną tiekė lašus vandenilio sulfido, kaip maistą šioms bakterijoms.

Kalbant apie nuolatinį auginimą, privaloma kalbėti apie 3 personažus: Jacquesą Monodą, Aaroną Novicką ir Leo Szilardą. Monodas buvo žinomas biologas ir Nobelio premijos laureatas 1965 m.

Šis tyrinėtojas (Monod), būdamas Pasteur instituto dalimi, sukūrė daugybę bandymų, skaičiavimų ir analizių nuo 1931 iki 1950 metų. Per tą laiką jis sukūrė matematinį mikroorganizmų augimo modelį, kuris vėliau bus vadinamas Monodo lygtimi.

1950 m., Remdamasis lygtimi, kuri yra jo vardas, jis sukūrė aparato, leidžiančio nuolat auginti mikroorganizmus, modelį ir pavadino jį baktogenu.

Kita vertus, mokslininkai Novickas (fizikas) ir Szilardas (chemikas) susitiko dirbdami Manhatano projekte (atominė bomba) 1943 m .; metų vėliau jie pradės domėtis bakterijų augimu ir 1947 m. pradėjo bendradarbiauti ir tuo pasinaudoti.

Po daugybės bandymų ir analizių, Novikas ir Szilardas, remdamiesi Monodo skaičiavimais (Monodo lygtis), 1950 m. Taip pat sukūrė mikroskopinių organizmų tęstinės kultūros modelį, kurį jie vadino chemostatu, ir tai yra vardas, kuris išlaikytas iki šiol. . Tačiau visiems trims išradimas priskiriamas.

Programos

Adaptyvioji biologija ir evoliucija

Šios nuolatinės mikroorganizmų kultūros sistemos siūlomas priemones naudoja ekologai ir evoliucionistai, norėdami ištirti, kaip augimo greitis veikia ląstelių procesus ir medžiagų apykaitą ir kaip ji kontroliuoja selekcijos slėgį ir genų ekspresiją.

Tai įmanoma įvertinus ir kontroliuojamomis sąlygomis palaikant chemostate dešimtis – šimtus kartų.

Du chemostatai, naudojami analizuojant mielių toksiškumą mielėse. Paimta ir redaguota iš: (vaizdas: Maitreya Dunham).

Ląstelių biologija

Praktiškai visi su chemostatu susiję tyrimai yra susiję su ląstelių biologija, net molekuliniais, evoliuciniais ir kt.

Tačiau konkrečiai chemostato naudojimas šioje biologijos šakoje suteikia vertingos informacijos, leidžiančios sukurti matematinius modelius, būtinus norint suprasti metabolinius procesus tiriamojoje populiacijoje.

Molekulinė biologija

Per pastaruosius 10 ar daugiau metų išaugo susidomėjimas chemostato naudojimu molekulinėje mikrobų genų analizėje. Kultūros metodas palengvina informacijos gavimą išsamiai ar sisteminei mikroorganizmų kultūrų analizei.

Chemostato tyrimai šioje srityje leidžia atlikti DNR transkripcijos analizę visame genome, taip pat kiekybiškai įvertinti genų raišką arba nustatyti mutacijas konkrečiuose organizmų genuose, pavyzdžiui, mielėse Saccharomyces cerevisiae.

Praturtintos kultūros

Šie tyrimai buvo atliekami naudojant nepertraukiamas sistemas nuo XIX amžiaus pabaigos, naudojant Beijerincko ir Vinogradskio darbus, o praėjusio amžiaus šeštajame dešimtmetyje jie buvo pradėti vykdyti tęstinėse kultūrose naudojant chemostatą.

Šie tyrimai susideda iš sodrinimo terpių, skirtų surinkti įvairių tipų mikrobus (bakterijas apskritai). Jie taip pat naudojami tam tikroms rūšims nustatyti, ar nėra tokių, kurių dalis yra labai maža arba beveik neįmanoma stebėti terpėje. natūralus.

Praturtintos kultūros atvirose nuolatinėse sistemose (chemostatai) taip pat naudojamos kuriant mutantinių bakterijų kultūras, daugiausia auksotrofus arba tas, kurios gali tapti atsparios vaistams, tokiems kaip antibiotikai.

Etanolio gamyba

Pramoniniu požiūriu biodegalai naudojami ir gaminami vis dažniau. Šiuo atveju tai yra etanolio gamyba iš gramneigiamos bakterijos Zymomonas mobilis.

Procese naudojami keli dideli serijiniai chemostatai, palaikomi pastoviose gliukozės ir kitų cukrų koncentracijose, kad anaerobinėmis sąlygomis būtų paverčiami etanoliu.

Nuorodos

1. Chemostatas: idealus nepertraukiamo maišymo rezervuaras. Atkurta iš: biorreactores.tripod.
2. Chemostatas. Atkurta iš: en.wikipedia.org.
3. N. Ziv, NJ Brandt ir D. Gresham (2013). Chemostatų panaudojimas mikrobiologinių sistemų biologijoje. Vizualizuotų eksperimentų žurnalas.
4. A. Novickas ir L. Szilardas (1950). Chemostato aprašymas. Mokslas.
5. J. Monod (1949). Bakterijų kultūrų augimasMetikinė mikrobiologijos apžvalga.
6. D. Gresham ir J. Hong (2015). Funkcinis adaptacinės evoliucijos pagrindas chemostatuose. FEMS mikrobiologijos apžvalgos.
7. HG Schlegel ir HW Jannasch (1967). Praturtinimo kultūros. Metinė mikrobiologijos apžvalga.
8. J. Thierie (2016). Įvadas į daugiafazių išsklaidytų sistemų teoriją. (red.) „Springer Nature“. 210 psl.