Hodowla drobnoustrojów
Hodowla drobnoustrojów
Wzrost drobnoustrojów
przemysłowych
Wzrost:
• Zwiększenie masy i objętości organizmu
• Ocena wzrostu populacji:
-pomiar liczby komórek w jednostce
objętości (szybkość zmian gęstości
komórek w hodowli)
-pomiar stężenia biomasy (szybkość zmian
stężenia suchej masy komórkowej)
-pomiar stężenia wybranych składników
biomasy
Warunki fizykochemiczne:
● Uwodnienie środowiska:
-aktywność wodna
●pH środowiska:
-acydofile
-alkalofile
●Temperatura:
-termofile
-mezofile
-psychrofile
-psychrotropy
Warunki fizykochemiczne:
●natlenienie środowiska:
-względne beztlenowce
-względne tlenowce
-mikroaerofile
●substancje odżywcze:
-materia organiczna-źródła C,N,P,S i innych
●jony nieorganiczne:
-halofile
-nie-halofile
-jony wapnia, NaCl
●energia:
-ruch rzęsek
-pobieranie substancji odżywczych
-fototrofy-energia słoneczna
-chemolitotrofy-przetwarzanie związków chemicznych
Metody pomiaru wzrostu
drobnoustrojów:
• Przyrost świeżej masy komórkowej
• Przyrost objętości lub wysokości
biomasy
• Gęstość optyczna
• Pomiary liniowe
• Szybkość oddychania komórek
• Ilość wydzielanego ciepła
• Bioluminescencja
Typy wzrostu:
• Nieograniczony:
-brak hamowania (limitacji) stężeniem
substratów
-brak inhibitorów
-stała, maksymalna szybkość
-przebieg zgodny z kinetyką procesów
autokatalitycznych:
dN/dt=µ
max
N
-szybkość właściwa wzrostu µ
-okres generacji t
g
-wzrost wyrażony przez zmianę stężenia
biomasy:
dX/dt=µ
max
X
X
t
=X
0
e
µmax(t-t0)
Typy wzrostu:
• Ograniczony:
-limitacja lub hamowanie w obecności
inhibitora
-niskie stężenie składników podłoża
-model Monoda:
µ=µ
max
-toksyczne produkty metabolizmu:
dX/dt=µ
max
X
S
Ks
S
P
Kp
Kp
Typy wzrostu:
• Zbilansowany:
-dynamiczna równowaga między
poszczególnymi przemianami
metabolicznymi
-występowanie podczas trwania fazy
wzrostu wykładniczego
-zakończenie wzrostu-zmiana
warunków środowiska, wyczerpanie
składników, powstawanie metabolitu
Typy wzrostu:
• Niezbilansowany:
-wykładniczy wzrost drobnoustrojów
produkujących nadmiar
bezużytecznych metabolitów
-hodowla ciągła-limitacja stężeniem
pożywki
Typy wzrostu:
•
Ze względu na podłoże:
-na podłożu stałym:
a) Żel agarowy
b) Wzrost zlewający się-murawa
-na podłożu płynnym:
a) Jednolite rozprzestrzenianie się w całym
środowisku
b) Nieliczne bakterie-tworzenie błony na
powierzchni podłoża
•
Diauksja- wzrost dwufazowy
Typy hodowli:
• Okresowe:
-krzywa wzrostu
-logarytmiczna(wykładnicza) faza
wzrostu
Typy hodowli:
• Ciągłe:
-chemostat :
a)szybkość rozcieńczenia D=F/V
-ciągły dopływ świeżego podłoża
-stała biomasa
-specyficzna szybkość wzrostu-
równanie Monoda
Typy hodowli:
• Synchroniczna:
-przebieg skokowy
-zmiana stosunku masy do objętości
-zmiana gęstości bakterii podczas
cyklu komórkowego
Zależność wzrostu od
temperatury:
• Wykres Arrheniusa
Parametry metabolicznej efektywności
wzrostu
:
• Wydajność wzrostu:
Y
s
=X/S
• Równanie bilansujące kierunki przemian kosztem zużywanego źródła węgla
energii:
dS/dt=1/Y
xs
*dX/dt+mX
Po przekształceniu:
1dS/Xdt=µ/Y
X/S
+m
• Współczynnik metaboliczny zużywania substratu:
Q
s
=µ/Y
x/s
+m
• Określenie energetycznej efektywności metabolizmu drobnoustrojów:
-Y
e
-Y
ATP
=Y
s
/Y
ATP/S
• Współczynnik metaboliczny zużywania energii:
Q
atp
=µ/Y
X/ATP
+m
ATP
• Równanie bilansujące szybkość oddychania w powiązaniu z przemianami
energetycznymi:
Q
o2
=µ/Y
X/O
+m
o
• P/O- efektywność kataboliczna w stosunku do zużytego tlenu
WZROST DROBNOUSTROJÓW A TWORZENIE PRODUKTU ICH METABOLIZMU
WZROST DROBNOUSTROJÓW A TWORZENIE PRODUKTU ICH METABOLIZMU
- Fazowość procesów- zdolność do adaptacji drobnoustrojów do
zmieniających się warunków
- w zależności od fazy hodowli- funkcjonowanie szlaków metabolicznych-
powiązanie między tworzeniem produktu a fazą wzrostu
- modele procesów mikrobiologicznych:
a) namnażanie komórek- tworzenie produktu, czyli biomasy:
dP/dt= dX/dt, P=X
b) tworzenie produktów w komórkach rosnących i nierosnących- produkty
przemiany katabolicznej i biosyntezy:
dP/dt= α (dX/dt) + β X
c) tworzenie produktu tylko w komórkach namnażających się
dP/dt= β X
