În sistemele semicontinuă, fermentatorul este complet încărcat și descărcat o singură dată, dar în timpul creșterii culturii o parte dintre acestea se amestecă și volumul eliberat este umplut cu mediu nutritiv proaspăt, adică un sistem detașabil-topping sau un sistem de scurgere-topping funcționează.
Prin urmare, cultivarea semicontinuă se caracterizează prin frecvența și volumul culturii cultivate și prin adăugarea unui mediu nutritiv proaspăt la capacitatea de lucru a fermentatorului.
Regimurile stabilite de cultivare semicontinuă sunt caracterizate de o fluctuație a concentrației de microorganisme cu aceeași valoare constantă și constanta relativă a ratei medii specifice a creșterii populației.
Cultivarea semicontinuă a microorganismelor are loc într-un sistem deschis, dinamic, omogen, cu o singură etapă, în orice fermentator pentru cultivarea loturilor echipat cu un sistem de amestecare și aerare.
Diferite variante de sisteme semi-continue sunt utilizate în producția de drojdii, alge, antibiotice, acid citric și altele.
Avantajele proceselor periodice și semi-continue
Cost redus al dispozitivului și al sistemului de control.
Flexibilitate - posibilitatea de a lucra intr-un bioreactor de diferite produse.
Timpul de cultivare poate fi schimbat în mod arbitrar.
Procesul este mai puțin predispus la contaminare și mutații celulare din cauza lipsei de debit și a unui timp de proces relativ scurt.
Procesul este convenabil pentru obținerea unei cantități mici de produs.
Condițiile de cultivare pot fi menținute în optim atât în faza de creștere a biomasei, cât și în faza biosintetică a produsului, iar condițiile optime pentru biomasă și produs pot fi diferite.
Procesul este convenabil pentru realizarea biosintezei metaboliților secundari.
Dezavantaje ale proceselor periodice și semicontinuoase
Necesitatea pregătirii frecvente a semințelor.
O mulțime de procese neproductive de timp.
În legătură cu necesitatea unei sterilizări frecvente, instrumentele de măsurare (senzorii de pH) se uzează mai repede.
Productivitatea biomasei și a produsului țintă este adesea mai scăzută decât în procesele continue.
Este mult mai dificil să se mențină parametrii necesari.
Procesul este mai periculos pentru o persoană (aparatul este adesea deschis, spălat, care este asociat cu contactul cu microorganismele și cu produsele activității vitale).
Spre deosebire de cultivarea periodică în procese continue, mediul nutritiv este alimentat în mod continuu, îndepărtarea biomasei și a produselor din activitatea sa vitală se desfășoară și în mod continuu.
Conform acestui principiu 2 aranjate procese de cultură a soiurilor continuă, procesează un complet (ideală) amestecarea sau proceselor chemostat și proceselor de deplasare plină sau procese tubulare.
Modurile stabilite de cultivare continuă se caracterizează prin concentrarea constantă a microorganismelor și prin rata de creștere specifică a populației.
Cultivarea continuă se desfășoară într-un sistem dinamic deschis, care poate fi omogen sau eterogen. Acest sistem este capabil să funcționeze continuu într-o stare constantă constantă.
Procesele hemostatului de cultivare continuă
Sisteme omogene de amestecare ideală
Orice proces periodic poate fi transformat într-un proces cu flux continuu. Cultivarea continuă care curge deschide posibilitatea de a menține condițiile de creștere constante prin crearea unei compoziții de nutrienți, astfel încât numai un singur factor dorit să limiteze creșterea. Dacă într-un astfel de proces densitatea populației este determinată de compoziția chimică a mediului (concentrația factorului de limitare a creșterii), se numește cultivarea chimistului.
Schimbând concentrația factorului de limitare a creșterii, este posibil să se modifice densitatea populației, adică modificând rata de diluare, este posibil să se obțină regimuri care să asigure o rată de creștere diferită a populației. Prin această metodă, prin reglarea vitezei canalului, orice punct al creșterii culturii periodice poate fi reprodus.
Cu această metodă de cultivare, este imposibil să se obțină o stare stabilă numai la o rată maximă de creștere. În chimostat, practic este posibil să se abordeze numai viteza maximă de creștere maximă, dar nu să se atingă, deoarece o astfel de viteză de creștere corespunde ratei de diluție critică la care biomasa este spălată din fermentator. care este unul din dezavantajele esențiale ale chemostatului.
Pentru a combate acest fenomen, este posibil să se utilizeze complexul "fermentator-separator". În acest complex, lichidul care părăsește fermentatorul se îngroșă pe separator, iar o parte din fluxul condensat este returnat continuu la fermentator, restul trecând ca produs de bază. Lichidul limpede este evacuat în canale de scurgere. Principalele domenii de utilizare a reciclării sunt: creșterea productivității sistemului de cultură continuă și consumul mai complet al substratului din mediul înconjurător.
Se utilizează un chemostat în stadiu, dacă este necesar, pentru a reproduce pe canal orice creștere a celulei, cu excepția celei maxime.
Chemoostatul în două etape vă permite să creați culturi la o rată de creștere apropiată de maxim și să determinați condițiile pentru creșterea acestuia. Pentru aceasta, primul fermentator este cultivat la o rată de diluție mai mică decât viteza de creștere specifică, iar în al doilea, o cultură este alimentată de la prima.
Dispune de chemostat în două trepte:
1. Spălarea culturii în al doilea fermentator nu are loc datorită sosirii continue a culturii de la primul. În consecință, concentrația de biomasă nu poate deveni niciodată zero la orice diluție. Rata specifică de creștere a celulelor și coeficientul economic vor crește.
2. Concentrația substratului în al doilea aparat este întotdeauna mai mică decât în primul. Substratul este consumat din stocul fluxului de intrare. Acest lucru este important în cazurile în care este important nu numai randamentul biomasei, ci și puritatea sa.
3. Concentrația biomasei în cea de-a doua unitate este întotdeauna mai mare decât cea din prima (se ia în considerare creșterea incrementului de biomasă).
4. Chemostatul în două etape este adesea mai convenabil pentru acele procese în care produsul țintă nu este biomasa, ci metaboliți.
Turbidostat. În ea, hrănirea mediului nutritiv se realizează prin comanda elementului fotoelectric, care înregistrează densitatea optică a culturii. Rata de diluare este ea însăși stabilită în conformitate cu o densitate a populației dată. Acest turbidostat diferă de chemostat, în care rata de diluare este fixată, respectiv, care stabilește concentrația de biomasă.
Deși teoretic relația dintre concentrația de biomasă și rata de diluție este supusă acelorași modele în chemostat și turbidostat, metodele de control al proceselor sunt diferite. Turbidostatul permite obținerea ratelor maxime de creștere, care sunt folosite în cultivarea culturilor celulare fixate în stadiul de creștere exponențială. Hemostatele se utilizează la viteze de diluare de la cea mai mică până la apropiată de viteza maximă de creștere maximă.
În prezent, am dezvoltat diverse aplicații concrete de cultivare continuă a microorganismelor, care funcționează pe principiul turbidostata - .. PH-oksistat Stat, CO2-stat teplostat, respirostat, viskozistat etc. ale căror nume corespund elementul de setare. Orice parametru care variază în cultură discontinuă și pe care există un senzor poate fi utilizat pentru a controla creșterea turbidostata tip.
Caracteristicile obținerii și menținerii liniilor cultivate de celule animale.
Culturi de celule animale
Ideea că celulele țesutului animal pot fi izolate din organism și apoi pot crea condiții pentru creștere și reproducere in vitro. a apărut pe baza conceptului deținut de K. Bernard.
Puțin mai târziu, în 1885, Ru a arătat posibilitatea stocării țesuturilor vii în afara corpului în practică. A ținut placa nervoasă a embrionului pui într-o soluție salină caldă (fiziologică) timp de câteva zile într-o stare viabilă.
În același timp, sa dezvoltat o abordare foarte semnificativă în tehnica de lucru cu celule - tripsinizarea - pentru a elibera celulele din matricea țesutului. Primele clone ale celulelor în cultură dintr-o singură celulă au fost obținute de Earl și colegi în 1948.
Primele culturi de suspensie de celule animale, obținute în 1953 de Owens și colegii lor. pe baza celulelor tesuturilor maligne. Acestea sunt celule HeLa. Izolată dintr-un cancer al colului uterin Igl (1955), a fost examinată sistematic nevoile nutriționale ale celulelor umane și de șoarece.
Până în 1961, Hayflick și Murhed nu au identificat linia celulelor diploide umane (HDC) WI-38. sa crezut că odată ce linia celulară stabilită are o durată de viață nelimitată. În ceea ce privește linia WI-38, sa arătat că perioada de existență în cultură este limitată la aproximativ 50 de generații. Înainte de moartea populației, celulele acestei linii sunt caracterizate de fenomenul îmbătrânirii. Cu toate acestea, cu moartea, aceste celule au rămas diploide și nu au prezentat semne de modificări maligne.
Limit, sau ilimit, Hayflick - limita numărului de diviziuni ale celulelor somatice. Această limită a fost găsită în culturile tuturor celulelor complet diferențiate de oameni și de alte animale. Numărul maxim de diviziuni este diferit în funcție de tipul de celule și este chiar mai diferit în funcție de organism. Pentru majoritatea celulelor umane, limita Hayflick este de 52 de diviziuni.
Stadiul ulterioară în istoria culturii celulelor umane diploide este asociat cu stabilirea faptului că acestea sunt stabile genetic și liber de toate virusurile oncogene cunoscute si latente. Prin urmare, liniile de celule diploide umane sunt permise să fie utilizate pentru a obține produse destinate omului. Această dogmă rămâne valabilă și acum, cu toate că cercetări suplimentare este dezvăluit în mod clar prezența în celule izolate din țesuturi normale, potențiale oncogene care sunt identice cu cele găsite în bine-cunoscutele virusurilor oncogene ca virusul sarcomului Rous și virusul sarcomului Moloney.
În prezent, aproape toate celulele umane și animale pot fi introduse în cultură și, astfel, servesc ca un mijloc și obiect în multe studii. Datorită cultivării celulelor, posibilitățile de cercetare și diagnostic se extind aproape nelimitate, deoarece este posibil să se evalueze nu numai modificările morfologice și biochimice, ci și schimbările în comportamentul celulelor, răspunsurile lor la diferiți agenți, inclusiv efectele drogurilor.
Cele mai frecvent cultivate sunt următoarele elemente:
țesut conjunctiv - fibroblaste;
schelet - os și cartilaj;
mușchii mușchi - scheletici, cardiace și neted;
epitelial - ficat, plămân, piele, vezică urinară, rinichi, sân;
celulele nervoase - gliale și neuronii (deși sunt privați de capacitatea de a prolifera);
sistemul endocrin - glanda pituitară, glanda suprarenală, celulele insulelor din Langerhans;
diferite tipuri de celule tumorale.