- Značajke kemostata
- Princip metode
- Povijest
- Prijave
- Prilagodljiva biologija i evolucija
- Stanična biologija
- Molekularna biologija
- Obogaćene kulture
- Proizvodnja etanola
- Reference
Kemostatu je uređaj ili uređaj za koristiti za uzgoj stanica i mikroorganizama. Također se naziva i bioreaktor, a ima mogućnost eksperimentalne reprodukcije vodenih okoliša poput jezera, sedimentacijskih ili tretmanskih ribnjaka, među ostalim.
Općenito se opisuje kao spremnik (veličina će ovisiti o tome koristi li se industrijska ili laboratorijska) s ulazom tako da ulazi sterilni materijal i otvor kroz koji će izlaziti materijal nastao procesom, koji su uglavnom hranjive tvari. otpad, sterilni materijal, mikroorganizmi, među ostalim.
Dijagram kemostata. Preuzeto i uredjeno iz: CGraham2332.
Otkrili su ih i predstavili neovisno i gotovo istovremeno znanstvenici Jacques Monod, Aaron Novick i Leo Szilard 1950. Monod je radio sam i nazvao ga baktogenom, dok su Novick i Szilard zajedno radili i nazvali ga kemostatom, imenom koje traje i danas.,
Značajke kemostata
Kemostat karakterizira stalno dodavanje medija koji sadrži jedan hranjivi sastojak koji ograničava rast i istodobno uklanja dio kulture, poput viška proizvodnje, metabolita i drugih tvari. To uklanjanje se stalno zamjenjuje novim materijalom, čime se postiže stabilna ravnoteža.
U tim uvjetima, brzina kojom se razvija kultura mikroorganizama jednaka je brzini kojom se razrjeđuje. To je ključno u usporedbi s drugim metodama uzgoja, jer se može postići stabilno stanje u stalnom i definiranom okruženju.
Druga važna značajka je da kemostat može kontrolirati fizičke, kemijske i biološke varijable, kao što su volumen pojedinaca u kulturi, otopljeni kisik, količina hranjivih tvari, pH, itd.
Princip metode
Metoda se sastoji od populacije mikroorganizama koja raste od početka na sličan način kao kod nekontinuiranih ili šaržnih kultura (najjednostavnija tekuća kultura). Kad populacija raste, potrebno je istodobno povući količinu kulture sličnu onoj dodanoj, bilo da se povučena kultura koristila ili ne.
Na taj se način u kemostatu provodi razrjeđivanje kontinuiranim dodavanjem svježeg medija i uklanjanjem kulture kao što je opisano u dijelu u prethodnom odlomku. Jedan hranjivi sastojak odgovoran je za ograničavanje rasta u spremniku, a ostatak je prisutan u višku.
Taj pojedinačni hranjivi sastojak koji ograničava rast predodređuje osoba koja razvija eksperiment, može biti bilo koja hranjiva i u mnogim slučajevima ovisit će o vrstama u kulturi.
Povijest
Šaržne kulture mikroorganizama sežu u stoljeća (kuhanje piva i ostalih pića). Međutim, kontinuirani usjevi su nešto relativno modernije. Neki mikrobiolozi početke kontinuiranog uzgoja pripisuju poznatom ruskom mikrobiologu Sergeju Vinogradskom.
Vinogradski je proučavao rast sulforeduktivnih bakterija u uređaju vlastitog dizajna (Vinogradski stup). Tijekom studija hranio je kapljicama sumporovodika u stupac kao hranu za te bakterije.
Kada govorimo o kontinuiranom uzgoju, obavezno je govoriti o tri lika: Jacques Monod, Aaron Novick i Leo Szilard. Monod je bio poznati biolog i dobitnik Nobelove nagrade 1965. godine.
Ovaj istraživač (Monod), dok je bio dio Pasterovog instituta, razvio je mnoge testove, proračune i analize između 1931. i 1950. Tijekom tog vremena stvorio je matematički model rasta mikroorganizama koji će se kasnije zvati Monodova jednadžba.
1950. godine na temelju jednadžbe koja nosi njegovo ime, dizajnirao je model uređaja koji je omogućio kulturu mikroorganizama u kontinuitetu i nazvao ga baktogenom.
S druge strane, znanstvenici Novick (fizičar) i Szilard (kemičar) upoznali su se tokom rada na projektu Manhattan (atomska bomba) 1943.; godina kasnije počeli bi pokazivati interes za rast bakterija, a 1947. udružili su se kako bi zajedno radili i iskoristili to.
Nakon više testova i analiza, Novick i Szilard, na temelju Monodovih izračuna (Monodova jednadžba), 1950. su također osmislili model kontinuirane kulture mikroskopskih organizama koji su nazvali kemostat, a to je ime koje se zadržalo do danas., Ali su sva trojica zaslužna za izum.
Prijave
Prilagodljiva biologija i evolucija
Alat koji nudi ovaj sustav kontinuirane kulture mikroorganizama ekolozi i evolucionisti koriste kako bi istražili kako brzina rasta utječe na stanične procese i metabolizam te kako kontrolira selekcijski pritisak i ekspresiju gena.
To je omogućeno procjenom i održavanjem desetina do stotina generacija u kemostatu u kontroliranim uvjetima.
Dva kemostata, korištena u analizi toksičnosti amonijaka u kvascima. Preuzeto i uređeno iz: (Slika: Maitreya Dunham).
Stanična biologija
Gotovo sve studije vezane uz kemostat odnose se na staničnu biologiju, čak i molekularnu, evolucijsku itd.
Međutim, posebno upotreba kemostata za ovu granu biologije pruža vrijedne informacije koje omogućuju razvoj matematičkih modela potrebnih za razumijevanje metaboličkih procesa u ispitivanoj populaciji.
Molekularna biologija
U posljednjih 10 ili više godina raste interes za upotrebu kemostata u molekularnoj analizi mikrobnih gena. Metoda kulture olakšava dobivanje informacija za sveobuhvatnu ili sistemsku analizu kultura mikroorganizama.
Kemostatske studije na ovom polju omogućuju analizu transkripcije DNA kroz genom, kao i kvantificiranje ekspresije gena ili identifikaciju mutacija u specifičnim genima organizama, kao što je kvasac Saccharomyces cerevisiae, na primjer.
Obogaćene kulture
Ova su istraživanja provedena korištenjem diskontinuiranih sustava od kraja 19. stoljeća s djelima Beijerincka i Vinogradskog, dok su se 60-ih godina prošlog stoljeća počeli provoditi u kontinuiranim kulturama pomoću kemostata.
Ova istraživanja sastoje se od obogaćivanja kultura u kulturi za skupljanje različitih vrsta mikroba (bakterija općenito), a koristi se i za utvrđivanje odsutnosti određenih vrsta ili za otkrivanje prisutnosti nekih čiji je udio vrlo nizak ili gotovo nemoguć promatrati u mediju. prirodno.
Obogaćene kulture u otvorenim neprekidnim sustavima (kemostati) koriste se i za razvoj mutiranih kultura bakterija, uglavnom auksotrofa ili onih koje mogu postati otporne na lijekove poput antibiotika.
Proizvodnja etanola
S industrijskog stajališta, upotreba i proizvodnja biogoriva sve je češća pojava. U ovom slučaju radi se o proizvodnji etanola iz Gram negativne bakterije Zymomonas mobilis.
U tom se procesu koristi nekoliko velikih serijskih kemostata, koji se održavaju u konstantnim koncentracijama glukoze i drugih šećera, a koji se pretvaraju u etanol u anaerobnim uvjetima.
Reference
- Kemostat: idealni reaktor kontinuiranog miješanja spremnika. Oporavak od: biorreactores.tripod.
- Kemostatu. Oporavilo sa: en.wikipedia.org.
- N. Ziv, NJ Brandt i D. Gresham (2013). Primjena kemostata u biologiji mikrobioloških sustava. Časopis vizualiziranih pokusa.
- A. Novick & L. Szilard (1950). Opis kemostata. Znanost.
- J. Monod (1949). Rast bakterijskih kultura Godišnji pregled mikrobiologije.
- D. Gresham & J. Hong (2015). Funkcionalna osnova adaptivne evolucije u kemostatima. FEMS mikrobiološki pregledi.
- HG Schlegel i HW Jannasch (1967). Kulture obogaćivanja. Godišnji pregled mikrobiologije.
- J. Thierie (2016). Uvod u teoriju višefaznih disperziranih sustava. (izdanja) Springer Nature. 210 pp.