- Značilnosti kemostata
- Načelo metode
- Zgodovina
- Prijave
- Prilagodljiva biologija in evolucija
- Celična biologija
- Molekularna biologija
- Obogatene kulture
- Proizvodnja etanola
- Reference
Kemostatu je naprava ali aparat uporablja za gojenje celic in mikroorganizmov. Imenujejo ga tudi bioreaktor in ima med drugim sposobnost eksperimentalne reprodukcije vodnih okolij, kot so jezera, usedalniki ali čistilni ribniki.
Običajno je opisan kot posoda (velikost je odvisna od tega, ali je uporaba industrijska ali laboratorijska) z dotokom, tako da vstopi sterilni material, in odprtino, skozi katero bo izhajal material, ki je rezultat procesa, ki so na splošno hranila. odpadki, sterilni material, mikroorganizmi.
Diagram kemostata. Vzeto in urejeno iz: CGraham2332.
Znanstveniki Jacques Monod, Aaron Novick in Leo Szilard so jo odkrili in predstavili neodvisno in skoraj istočasno leta 1950. Monod je delal sam in ga imenoval baktogen, medtem ko sta Novick in Szilard sodelovala in ga imenovala kemostat, ime, ki traja še danes. .
Značilnosti kemostata
Za kemostat je značilno nenehno dodajanje medija, ki vsebuje eno samo hranilo, ki omejuje rast in hkrati odstrani del kulture, kot so presežna proizvodnja, presnovki in druge snovi. To odstranitev nenehno nadomešča z novim materialom, s čimer dosežemo stabilno ravnovesje.
V teh pogojih je hitrost, s katero se razvija kultura mikroorganizmov, enaka hitrosti, ki jo razredčimo. To je v primerjavi z drugimi načini gojenja ključnega pomena, saj lahko dosežemo stabilno stanje v stalnem in definiranem okolju.
Druga pomembna lastnost je, da lahko s kemostatom upravljavec nadzoruje fizikalne, kemijske in biološke spremenljivke, kot so količina posameznikov v kulturi, raztopljeni kisik, količina hranilnih snovi, pH itd.
Načelo metode
Metoda je sestavljena iz populacije mikroorganizmov, ki od začetka zraste na podoben način kot popuščajoče ali šaržne kulture (najpreprostejša tekoča kultura). Ko se populacija veča, je treba hkrati umakniti količino kulture, podobno dodani, ne glede na to, ali je bila umaknjena kultura uporabljena ali ne.
Na ta način v kemostatu izvedemo redčenje z neprekinjenim dodajanjem svežega medija in izločanjem kulture, kot je to opisano v prejšnjem odstavku. Posamezno hranilo je odgovorno za omejevanje rasti posode, ostalo pa je v presežku.
To posamezno hranilo, ki omejuje rast, vnaprej določi oseba, ki razvija poskus, lahko je katero koli hranilo in v mnogih primerih je odvisno od vrste v kulturi.
Zgodovina
Šaržne kulture mikroorganizmov segajo že stoletja (pivo piva in drugih pijač). Vendar so nepretrgani posevki nekaj sorazmerneje modernejših. Nekateri mikrobiologi pripisujejo začetke neprekinjenega gojenja znanemu ruskemu mikrobiologu Sergeju Vinogradskemu.
Vinogradski je proučeval rast sulforeduktivnih bakterij v napravi po lastni zasnovi (Vinogradski stolpec). Med študijem je hranil kapljice vodikovega sulfida v kolono kot hrano za te bakterije.
Ko govorimo o nenehnem gojenju, je obvezno govoriti o treh likih: Jacques Monod, Aaron Novick in Leo Szilard. Monod je bil leta 1965 priznani biolog in dobitnik Nobelove nagrade.
Ta raziskovalec (Monod), medtem ko je bil del Inštituta Pasteur, je med leti 1931 in 1950 razvil veliko testov, izračunov in analiz. V tem času je ustvaril matematični model rasti mikroorganizmov, ki bi ga kasneje imenovali Monodova enačba.
Leta 1950 je na podlagi enačbe, ki nosi njegovo ime, oblikoval model aparata, ki je kulturo mikroorganizmov omogočil nenehno in jo imenoval baktogen.
Po drugi strani pa sta se znanstvenika Novick (fizik) in Szilard (kemik) srečala med delom na projektu Manhattan (atomska bomba) leta 1943; leta pozneje bi začeli kazati zanimanje za rast bakterij in leta 1947 so se lotili sodelovanja in to izkoristili.
Po več preizkusih in analizah sta Novick in Szilard na podlagi Monodovih izračunov (Monodova enačba) leta 1950 zasnovala tudi model neprekinjene kulture mikroskopskih organizmov, ki so ga poimenovali kemostat, in to je ime, ki se je ohranilo do danes. . Toda vsi trije so zaslužni za izum.
Prijave
Prilagodljiva biologija in evolucija
Orodja, ki jih ponuja ta sistem neprekinjene kulture mikroorganizmov, ekologi in evolucionisti uporabljajo za preučevanje, kako hitrost rasti vpliva na celične procese in metabolizem ter kako nadzoruje izbirni tlak in izražanje genov.
To je mogoče z ocenjevanjem in vzdrževanjem deset in stotine generacij v kemostatu v nadzorovanih pogojih.
Dva kemostata, uporabljena pri analizi strupenosti amonijaka v kvasovkah. Posneto in urejeno iz: (Slika: Maitreya Dunham).
Celična biologija
Skoraj vse študije, povezane s kemostatom, so povezane s celično biologijo, tudi molekularno, evolucijsko itd.
Vendar pa uporaba kemostata za to vejo biologije zagotavlja dragocene informacije, ki omogočajo razvoj matematičnih modelov, potrebnih za razumevanje presnovnih procesov v študijski populaciji.
Molekularna biologija
V zadnjih 10 ali več letih narašča zanimanje za uporabo kemostata pri molekularni analizi mikrobnih genov. Metoda kulture omogoča pridobivanje informacij za celovito ali sistemsko analizo kultur mikroorganizmov.
Kemostatske študije na tem področju omogočajo analizo transkripcije DNA v celotnem genomu, pa tudi količinsko določitev genske ekspresije ali identifikacijo mutacij v specifičnih genih organizmov, kot je na primer kvas Saccharomyces cerevisiae.
Obogatene kulture
Te študije so bile z uporabo diskontinuiranih sistemov izvedene od konca 19. stoletja z delom Beijerinck in Vinogradski, v šestdesetih letih prejšnjega stoletja pa so jih začeli izvajati v nenehnih kulturah s pomočjo kemostata.
Te študije so sestavljene iz obogatitve kulturnih medijev za pridobivanje različnih vrst mikrobov (bakterij na splošno), uporablja pa se tudi za določitev odsotnosti določenih vrst ali zaznavanje prisotnosti nekaterih, katerih delež je v mediju zelo nizek ali skoraj nemogoče opaziti. naravni.
Obogatene kulture v odprtih neprekinjenih sistemih (kemostati) se uporabljajo tudi za razvoj mutantnih bakterijskih kultur, predvsem avsotrofov ali tistih, ki lahko postanejo odporne na zdravila, kot so antibiotiki.
Proizvodnja etanola
Z industrijskega vidika sta uporaba in proizvodnja biogoriv vse pogostejša. V tem primeru gre za proizvodnjo etanola iz Gram negativne bakterije Zymomonas mobilis.
Pri tem se uporablja več velikih serijskih kemostatov, ki se vzdržujejo v konstantnih koncentracijah glukoze in drugih sladkorjev, ki jih pretvorimo v etanol v anaerobnih pogojih.
Reference
- Kemostat: idealni reaktor z neprestanim mešanjem v rezervoarju. Pridobljeno: biorreactores.tripod.
- Kemostat. Pridobljeno: en.wikipedia.org.
- N. Ziv, NJ Brandt in D. Gresham (2013). Uporaba kemostatov v biologiji mikrobioloških sistemov. Časopis za vizualizirane poskuse.
- A. Novick & L. Szilard (1950). Opis kemostata. Znanost.
- J. Monod (1949). Rast bakterijskih kultur Letni pregled mikrobiologije.
- D. Gresham & J. Hong (2015). Funkcionalna osnova adaptivne evolucije pri kemostatih. FEMS mikrobiološki pregledi.
- HG Schlegel in HW Jannasch (1967). Kulturne popestritve. Letni pregled mikrobiologije.
- J. Thierie (2016). Uvod v teorijo večfaznih disperziranih sistemov. (eds) Springer Nature. 210 pp.