41.Методы создания и биологические свойства синхронных культур микроорганизмов.

Стремление получить культуры, все клетки которых в данный мо­мент находятся в одной фазе развития, привело исследователей к разра­ботке метода синхронизации деления микроорганизмов. Этот метод по­зволяет раздельно и поэтапно изучать физиологические и биохимические процессы, протекающие на разных стадиях развития клетки. Сущность метода синхронизации заключается в том, что путем раз­личных воздействий микробная популяция искусственно приводится в однородное физиологическое состояние. Наиболее легко определяемым показателем такого состояния популяции является одновременное (син­хронное) деление почти всех клеток культуры. Синхронизации деления подвергались различные объекты: грибы, бактерии, простейшие, водоросли, а также клетки культуры ткани и т. п. 

Периодическое синхронное культивирование. Для синхронизации деления обычно применяют популяции в фазе экспоненциального роста, когда клетки наиболее однородны по продолжительности периода гене­рации.

Степень участия клеток популяции в синхронном делении называют степенью синхронизации. Она выражается значениями индекса синхрони­зации, который характеризует степень однородности популяции и позволя­ет сравнить эффективность различных синхронизирующих воздействий.

В зависимости от характера воздействия их можно раз­делить на 3 большие группы: 1) механический отбор (селективные мето­ды); 2) действие физических факторов и 3) химико-биологические воз­действия.

Методы, основанные на механическом отборе однородных по неко­торым признакам клеток из асинхронно делящейся популяции, называ­ются естественными, или селективными. Некоторые из них получили наиболее широкое распространение в микробиологических исследовани­ях, например фракционное фильтрование и дифференциальное центри­фугирование. Таким образом, первая группа методов синхронизации заключается в механическом отборе клеток из популяции в зависимости от их объема, массы или определенной формы существования, как это имеет место в случае отбора спор. Вторая группа методов связана с физическими воздействиями, также ведущими популяцию к синхронному размножению. Третья группа факторов, вызывающих синхронное размножение, ос­нована на изменениях питательной среды путем введения ингибиторов или лишения среды веществ, необходимых для деления.

42.Управляемое культивирование микроорганизмов с заданными свойствами.

Промышленное использование микроорганизмов требует получения значительного количества микробного продукта (биомассы микроорганизмов, продуцируемых ими антибиотиков, токсинов и др.). Для этого используют методы управляемого культивирования микроорганизмов. Управляемое культивирование проводят в специальном оборудовании - биореакторах, которые позволяют создавать благоприятные и равномерные условия для роста и размножения микроорганизмов, что повышает накопление их биомассы и метаболитов, сокращает время культивирования. Управляемое культивирование может быть периодическим или непрерывным, аэробным или анаэробным, поверхностным или глубинным (во всей толще жидкой питательной среды), защищенным (асептическим) или незащищенным.

Периодическое культивирование микроорганизмов – выращивание микроорганизмов в стационарных условиях (в питательной среде без непрерывного поступления нутриентов извне). В таких условиях по мере роста микроорганизмов происходит снижение количества белковых и углеводных субстратов, снижение окислительно-восстановительного потенциала и рН, что приводит к гибели культуры. Для периодического культивирования используют специальное оборудование - ферментеры, в которых осуществляют постоянное перемешивание и аэрацию (барботаж) среды. Периодически ферментер опорожняют, производят выделение и очистку продукта, после чего начинают новый цикл. Существует несколько вариантов периодического культивирования:

• продлённое периодическое культивирование, или культивирование с дробным дозированием субстрата - подпитывают культуру периодически добавляя питательные вещества;

• многоциклическое культивирование - часть культуры предыдущего цикла переносят в новую среду;

• отъемно-доливное культивирование - в середине экспоненциальной фазы роста отбирают половину культуральной жидкости, а вместо неё вносят свежую питательную среду.

Непрерывное культивирование микроорганизмов - выращивание микроорганизмов в динамических условиях (в постоянно обно­вляемой питательной среде). Проводят в специальных биореакторах - хемостатах или турбистатах, которые снабжены устройствами для поддержания температуры и рН на постоянном уровне, а также для автоматической подачи свежей питательной среды и удаления культуральной жидкости с продуктами метаболизма. Микробная популяция тем самым поддерживается необходимое время в ло­гарифмической фазе роста. Управление скоростью поступления питательных веществ в проточных биореакторах осуществляется двумя способами турбидостатным и хемостатным.

В турбидистате управление культивированием проводят путем измерения мутности выходящего потока с использованием фотоэлектрического элемента. Скорость разбавления свежей средой устанавливают в зависимости от требуемой плотнос­ти выходящей из турбидистата культуры.

В хемостатах управление культивированием проводят путем лимитирования концентрации одного из ростовых факторов в поступающей в хемостат среде (например, концентрацию глюкозы, фосфора, серы), тем самым изменяют плотность микробных клеток в единице объёма среды.