Порівняйте криві зростання мікроорганізмів при отриманні первинних і вторинних метаболітів в біотехнологічному виробництві.

КАТЕГОРІЇ:

Автомобілі Астрономія Біологія Географія Будинок і сад Інші мови інше Інформатика Історія Культура література логіка Математика Медицина металургія механіка Освіта Охорона праці Педагогіка політика право Психологія релігія риторика Соціологія Спорт Будівництво технологія туризм фізика Філософія фінанси хімія Креслення Екологія Економіка електроніка

Зростання бактерій - це поділ клітин на дві дочірні, генетично повністю ідентичні вихідної материнської клітині. В оптимальних умовах популяція бактерій подвоюється кожні 9,8 хв. В середньому зростання популяції бактерій описується експоненціальним законом.

Зростання мікроорганізмів-продуцентів (залежність логарифма числа клітин від часу) має вигляд S - подібною кривою. Виділяють чотири фази зростання - 1 - lag-фаза, 2 - фаза експоненціального зростання або log-фаза, 3 - стаціонарна фаза, 4 - фаза відмирання. Під час 1-ої lag-фази (звикання) бактерії адаптуються до нових умов, йде синтез РНК, ферментів і інших біологічно важливих сполук. 2-я фаза - експоненціальна фаза - період подвоєння клітин, залежність логарифма числа клітин від часу являє собою пряму. Очевидно, що зростання мікроорганізмів не може тривати нескінченно через виснаження живильного середовища і накопичення токсичних продуктів метаболізму. В період 3-ої, стаціонарної фази, швидкості росту і відмирання клітин вирівнюються, і число клітин залишається постійним. Остання фаза 4-а - фаза відмирання - зменшення числа клітин за рахунок виснаження живильного середовища.

Метаболіти, зазвичай малі молекули - це проміжні сполуки або продукти метаболізму. Розрізняють первинні і вторинні метаболіти. Первинні метаболіти (амінокислоти, нуклеотиди) безпосередньо залучені в процеси росту і розвитку клітин. Вторинні метаболіти (антибіотики, алкалоїди, стероїди, пігменти) не є необхідними для росту клітин.

На відміну від синтезу первинного метаболіту, який відбувається одночасно зі зростанням і розмноженням культури, для продуцента вторинних метаболітів прийнято говорити про трофофазе (коли культура росте і розмножується) і ідіофазе (коли зростання сповільнюється або зупиняється і починається синтез продукту). Механізми перемикання шляхів метаболізму з первинного на вторинний не ясні.

Мал. 1. Порівняльна характеристика кривих зростання мікроорганізмів.

I - крива зростання мікроорганізмів при отриманні первинних метаболітів: 1 - lag-фаза, 2 - фаза експоненціального зростання або log-фаза, 3 - стаціонарна фаза, 4 - фаза відмирання. II - крива зростання мікроорганізмів при отриманні вторинних метаболітів (коротша фаза зростання і більш тривала стаціонарна фаза).

Мікроорганізми, що виробляють вторинні метаболіти, спочатку проходять стадію швидкого зростання, трофофазу, під час якої синтез вторинних метаболітів незначний. З уповільненням зростання через виснаження одного або декількох необхідних поживних речовин в культуральному середовищі мікроорганізм переходить в ідіофазу; саме в цей період синтезуються ідіоліти (вторинні метаболіти). Так антибіотики найбільш швидко накопичуються в середовищі в період стаціонарної фази, коли біомаса майже не зростає. Ідіоліти не грають явної ролі в процесах метаболізму, вони виробляються клітинами для адаптації до умов навколишнього середовища, наприклад, для захисту. Їх синтезують не всі мікроорганізми, а в основному нитчасті бактерії, гриби і спороутворюючі бактерії.

Мал. 2. Особливості ферментаційного процесу при отриманні антибіотиків:

1 - трофофаза, II - ідіофаза, 1 - біомаса клітин, 2 - антибіотик, 3 - вуглеводи, 4 - джерела азоту.

Особливості культурального зростання мікроорганізмів-продуцентів необхідно враховувати при виробництві. Наприклад, в разі антибіотиків більшість мікроорганізмів в процесі трофофази чутливо до власних антибіотиків, проте під час ідіофази вони стають до них стійкими.

Щоб уберегти мікроорганізми, які продукують антибіотики, від самознищення, важливо швидко досягти ідіофази і потім культивувати мікроорганізми в цій фазі. Це досягається шляхом варіювання режимів культивування і складом живильного середовища на стадіях швидкого і повільного зростання.

Дата додавання: 2015-09-14; переглядів: 105; Порушення авторських прав