Ріст і розмноження мікроорганізмів

Однак є  й певні переваги. Так, наприклад, якщо засівається змішана культура, то в турбидостаті автоматично відбирається більш швидко зростаючий вид, що може використатися для запобігання  від масивного зараження сторонньою мікрофлорою (якщо, звичайно, вона росте  повільніше) і селекції певних форм.  

Безперервне культивування в одному біореакторі  називається одностадійним. Багатостадійне вирощування передбачає послідовне або каскадне розташування біореакторів, що дозволяє забезпечувати впровадження принципу диференційованих режимів  у безперервні біотехнологічні  процеси, засновані на створенні  системи біореакторів. При розробці нових біотехнологічних процесів спочатку прибігають до періодичного культивування.  

На безперервний режим поки що переведене невелике число процесів, однак перспективність  його не викликає сумнівів, незважаючи на більш складні конструкції  апаратів і систем контролю (іншими словами, на більш солідні капіталовкладення). Звичайно, і періодичне культивування  ще не вичерпало своїх можливостей. Поки що вибір режиму (періодичне або  безперервне культивування) підкоряється (та й буде підкорятися надалі) міркуванням  економічної доцільності. 

При турбидостатному  режимі завдяки позитивному зворотному зв'язку між культурою, що розмножується, і системою подачі свіжого живильного середовища, яке протягом тривалого часу може підтримуватися не лімітована ззовні швидкість росту, що залежить від швидкості синтетичних процесів, що протікають у клітці. 

Найбільш  уразливим місцем культивування  в турбидостаті є точність регулювання  біомаси. Більшість старих методів  регулювання щільності популяції  засновані на оптичному вимірі (у  неуважному або минаючому світлі) за допомогою фотоелектричного датчика.  

Недоліком цих методів є перешкоди, викликувані  піною й пухирцями, які утворюються  при аерації, а також ростом кліток на стінках ферментера й, що більш  важливо, на оптичному вимірювальному пристрої. Якщо від перешкод, викликуваних пухирцями, можна позбутися, використовуючи зовнішню проточну кювету, то піна створює  серйозні проблеми. Заростання бактеріями оптичних поверхонь можна частково перебороти їхнім протиранням, однак, це малоефективний прийом. Покладають надії на нові методи волоконної оптики, однак вони ще не апробовані. 

Термін "турбидостат" ставиться до будь-якого  методу, при якому щільність кліток підтримується на постійному рівні. Він містить у собі методи, засновані  на змінах метаболізму. Оскільки основні  метаболічні функції (такі, як поглинання бактеріями кисню, виділення двоокису вуглецю й у деяких випадках зміна  рН) тісно зв'язані зі швидкістю  росту кліток і, в остаточному  підсумку, з питомою швидкістю  росту культури, їх можна використати  як показові змінні при регулюванні  потоку середовища. 

Теоретично  як регульований параметр при культивуванні  в турбидостаті може бути використаний будь-який параметр, що піддається виміру. На практиці ж у цій якості використають тільки ті параметри, які тісно пов'язані  з ростом кліток. Введення складних комплексів ферментер - ЕОМ забезпечить  більш високий рівень використання турбидостатної теорії, але ці комплекси  вимагають подальших розробок. 
 

4. Використання росту і розмноження мікроорганізмів у людській діяльності

Чимало  галузей харчової промисловості  пов'язано з діяльністю мікроорганізмів (випікання хліба, виноробство, пивоваріння, отримання спирту, кисломолочних  продуктів тощо). Лікарські засоби — антибіотики — також отримують у результаті діяльності мікроорганізмів. Для вдосконалення їхньої продуктивності використовують методи селекції. За допомогою рентгенівського випромінювання і хімічних речовин прискорюють мутагенний процес і добором створюють кращі раси (штами) мікроорганізмів. Цим способом у селекційних рас у тисячі разів вдалося підвищити вихід низки антибіотиків, зокрема пеніциліну, порівняно з вихідними штамами мікроорганізмів, взятими для селекції з природи. Отримано дріжджові гриби, які синтезують кормовий білок із парафінів нафти, природного газу, відходів рослинництва (соломи зернових культур, стебел соняшнику, відходів лісового господарства). У кондитерській промисловості широко використовують лимонну кислоту, яку отримують в результаті життєдіяльності спеціально виведених мікроорганізмів. У світі нині виробляють близько 400 тис. т цього продукту. Таку кількість його не змогли б забезпечити жодні цитрусові плантації.

Створюються штами мікроорганізмів, які здатні вилучати цінні метали із руд, промислових  відходів для виробництва бактеріальних  добрив, стимуляторів росту і мікробіологічних засобів захисту рослин від шкідників  і хвороб.

Для виробництва  цих та інших речовин за допомогою  мікроорганізмів створено спеціальний  напрям народного господарства —  мікробіологічну промисловість. У  промислових масштабах нині виробляють багато амінокислот, які використовують як кормові добавки, вітамінів тощо.

Основні напрями біотехнології. Біотехнологією називають свідоме виробництво  потрібних людині продуктів і  матеріалів за допомогою біологічних  об'єктів і процесів. Біотехнологія  виникла на зорі цивілізації, коли первісна людина навчилася не просто збирати  корисні для себе рослини, а й  вирощувати їх на оброблюваних полях, не тільки полювати на диких звірів, а й розводити приручених тварин. Ця первісна біотехнологія значно полегшила  життя людини, бо вона почала отримувати значно більше їжі і сировини для  виготовлення одягу, а затрачала  на це менше праці. Поступово біотехнологія  вдосконалювалася, людина почала створювати нові сорти культурних рослин і породи свійських тварин, учитись ефективніше їх використовувати.

На початку XX ст., коли, здавалося б, людина навчилася  отримувати від природи все, що можна, виникла нова наука — генетика. Проте минуло майже 50 років, доки її результати почали приносити користь. Свідомим поєднанням випадкових спадкових  змін (мутацій) людина навчилася створювати все досконаліші сорти і породи, а також різновиди (штами) корисних мікроорганізмів, на основі яких виникла  мікробіологічна промисловість (див. вище).

У 50х  роках нашого століття виникла нова наука — молекулярна біологія, а ще через 20 років на її основі —  генна інженерія. Всього 10 років  знадобилось їй, щоб дати біотехнології  нову зброю: принципову можливість свідомо  створювати організми, які б продукували  сполуки і здійснювали процеси, необхідні людині. Тобто можна  стверджувати, що виникла нова біотехнологія, яка обіцяє людині небувалий прогрес.

Для досягнення мети в генній інженерії використовують такі способи: злиття соматичних клітин або протопластів різних клітин одного виду чи навіть різних видів організмів (соматична гібридизація), перенесення  ядер із клітини в клітину, хромосом або їхніх фрагментів (клітинна Інженерія) чи окремих генів (генна інженерія). Суть генної інженерії полягає у штучному створенні (хімічний синтез, перекомбінації відомих структур) генів з конкретними потрібними людині властивостями і введення його у відповідну клітину (нині це найчастіше бактеріальні клітини, наприклад кишкова паличка) — створення "штучної" бактеріїлабораторії для вироблення необхідного для людини продукту.

Методи  генної інженерії дали змогу синтезувати  деякі білки у промислових  масштабах. Поки що це виявилось можливим і економічно доцільним лише для  кількох білків людини, які використовуються у медичній практиці і є видоспецифічними, тобто не можуть бути замінені на аналогічні білки тварин. Йдеться насамперед про інсулін, інтерферон і гормон росту — соматотропін. Список цей  розширюється.

Інсулін необхідний для лікування діабету, соматотропний гормон — природний  стимулятор росту, інтерферон — білкова  речовина, яка сприяє активній боротьбі клітин організму з вірусами.

Висновки 

Культивування мікроорганізмів - створення штучних  умов для підтримки процесів життєдіяльності  й розмноження мікробів іn vіtro. Із цією метою використають живильні (культуральні) середовища. Для одержання мікроорганізмів  або продуктів їхньої життєдіяльності  в промислових масштабах використають методи глубинного й безперервного  культивування. 

У загальному виді будь-який біотехнологічний процес включає три основні стадії: предферментаційну, ферментаційну й постферментаційну. 
Культивування біологічних об'єктів може здійснюватися в періодичному й проточному режимах, напівбезупинно з підживленням субстратом.   
Безперервний процес культивування мікроорганізмів має істотні переваги перед періодичним. Безперервна ферментація здійснюється в умовах сталого режиму, коли мікробна популяція і її продукти найбільш однорідні. Застосування безперервних процесів ферментації створює умови для ефективного регулювання й керування процесами біосинтезу. Системи безперервної ферментації можуть бути організовані за принципом повного витиснення або повного змішання. 

Існує багато типів безперервного культивування. В обговоренні ми обмежилися двома  основними типами безперервного  культивування: "хемостатом", у  якому стан рівноваги досягається  шляхом регулювання надходження  субстратів, що лімітують ріст, і "турбидостатом", у якому стан рівноваги досягається  шляхом видалення біомаси й заміщення  її свіжим середовищем зі швидкістю, що відповідає росту культури. 
Турбидостатне культивування являє собою найпростішу систему безперервного культивування. Концентрація кліток при турбидостатному культивуванні регулюється постійним підстроюванням швидкості надходження живильних компонентів. 

Принцип роботи турбидостата заснований на підтримці  постійної щільності бактеріальної  популяції в апараті, безперервна  культура постійно перебуває в найбільш бажаній фазі росту, при якій забезпечується максимальний вихід біологічно важливих з'єднань або біомаси.  
Турбидостатне культивування може здійснюватися одностадійно й двустадійно, тобто в одному ферментері або двох послідовно з'єднаних між собою ферментерах.  

Турбидостат являє собою систему культивування, що включає реактор, у який безупинно  подається живильне середовище, з  якого відбирається культура. Швидкості  подачі середовища й відбору культури повинні бути рівні, що забезпечує сталість обсягу культури.

Список літератури

Е.З Теппер та ін «Практикум з мікробіології »М.«  Колос »1979

Г. Шлегель «Загальна  мікробіологія» М. «Мир» 1972.