CHEMOSTAT: ÖZELLIKLER, TARIHÇE VE KULLANIMLAR - BIYOLOJI - 2025

Kemostat hücreler ve mikroorganizmalar üretmek için kullanılan bir aygıt ya da cihaz olup. Biyoreaktör olarak da adlandırılır ve diğerleri arasında göller, sedimantasyon veya arıtma havuzları gibi su ortamlarını deneysel olarak yeniden üretme yeteneğine sahiptir.

Genel olarak, steril materyalin gireceği bir girişe ve genellikle besinler olan işlemden kaynaklanan materyalin çıkacağı bir çıkışa sahip bir kap (boyut, kullanımın endüstriyel veya laboratuar olmasına bağlı olacaktır) olarak tanımlanır. atık, steril malzeme, diğerleri arasında mikroorganizmalar.

Kemostatın diyagramı. CGraham2332'den alınmış ve düzenlenmiştir.

1950'de bilim adamları Jacques Monod, Aaron Novick ve Leo Szilard tarafından keşfedildi ve hemen hemen aynı anda keşfedildi ve sunuldu. Monod tek başına çalıştı ve ona baktogen dedi. .

Chemostat Özellikleri

Kemostat, büyümeyi sınırlayan ve aynı anda kültürün bir kısmını, örneğin fazla üretim, metabolitler ve diğer maddeler ortadan kaldıran tek bir besin içeren bir besiyerinin sürekli eklenmesiyle karakterize edilir. Bu sökme işlemi sürekli olarak yeni malzeme ile değiştirilir ve böylece dengeli bir denge sağlanır.

Bu koşullar altında, mikroorganizma kültürünün gelişme hızı, seyreltilme hızına eşittir. Sabit bir duruma sabit ve tanımlanmış bir ortamda ulaşılabildiğinden, bu diğer yetiştirme yöntemleriyle karşılaştırıldığında anahtardır.

Diğer bir önemli özellik ise, kemostat ile operatörün kültürdeki bireylerin hacmi, çözünmüş oksijen, besin miktarı, pH vb. Gibi fiziksel, kimyasal ve biyolojik değişkenleri kontrol edebilmesidir.

Yöntem ilkesi

Yöntem, süreksiz veya kesikli kültürlere (en basit sıvı kültür) benzer bir şekilde başlangıçtan itibaren büyüyen bir mikroorganizma popülasyonundan oluşur. Popülasyonlar büyüdüğünde, geri çekilen kültür kullanılmış olsun ya da olmasın, eklenene benzer bir kültür hacmini aynı anda geri çekmek gerekir.

Bu şekilde, kemostatta, bir önceki paragrafta kısmen anlatıldığı gibi, taze ortamın sürekli eklenmesi ve kültürün ortadan kaldırılması kullanılarak bir seyreltme gerçekleştirilir. Kaptaki büyümeyi sınırlandırmaktan tek bir besin maddesi sorumludur, geri kalanı ise fazladır.

Bu tek büyümeyi sınırlayan besin, deneyi geliştiren kişi tarafından önceden belirlenir, herhangi bir besin olabilir ve çoğu durumda kültürdeki türlere bağlı olacaktır.

Tarih

Mikroorganizmaların parti kültürleri yüzyıllar öncesine dayanıyor (bira ve diğer içeceklerin mayalanması). Bununla birlikte, sürekli ekinler nispeten daha modern bir şeydir. Bazı mikrobiyologlar, sürekli ekimin başlangıcını ünlü Rus mikrobiyolog Sergey Vinogradsky'ye bağlar.

Vinogradski, kendi tasarımı olan bir cihazda (Vinogradski sütunu) sülforedüktif bakterilerin büyümesini inceledi. Çalışmaları sırasında, bu bakteriler için besin olarak sütuna damla hidrojen sülfit verdi.

Sürekli xiulian uygulamasından bahsederken 3 karakterden bahsetmek zorunludur: Jacques Monod, Aaron Novick ve Leo Szilard. Monod tanınmış bir biyologdu ve 1965'te Nobel Ödülü'nü kazandı.

Bu araştırmacı (Monod), Pasteur Enstitüsü'nün bir parçasıyken, 1931 ile 1950 yılları arasında birçok test, hesaplama ve analiz geliştirdi. Bu süre zarfında, daha sonra Monod Denklemi olarak adlandırılacak olan mikroorganizma büyümesinin matematiksel modelini yarattı.

1950 yılında, adını taşıyan denkleme dayanarak, mikroorganizma kültürüne sürekli olarak izin veren ve ona baktojen adını veren bir cihaz modeli tasarladı.

Öte yandan, bilim adamları Novick (fizikçi) ve Szilard (kimyager) 1943'te Manhattan projesi (atom bombası) üzerinde çalışırken tanıştılar; yıllar sonra bakteri büyümesine ilgi göstermeye başlayacaklardı ve 1947'de birlikte çalışmak ve bundan yararlanmak için ortaklık kurdular.

Monod'un hesaplamalarına (Monod denklemi) dayanan birçok test ve analizden sonra Novick ve Szilard, 1950'de kemostat olarak adlandırdıkları mikroskobik organizmaların sürekli kültürünün bir modelini tasarladılar ve bugüne kadar muhafaza edilen isim buydu. . Ancak üçü de icatla kredilendirildi.

Uygulamalar

Uyarlanabilir Biyoloji ve Evrim

Bu sürekli mikroorganizma kültürü sistemi tarafından sunulan araçlar, ekologlar ve evrimciler tarafından, büyüme hızının hücresel süreçleri ve metabolizmayı nasıl etkilediğini ve seçim baskısını ve gen ifadesini nasıl kontrol ettiğini incelemek için kullanılır.

Bu, kontrollü koşullar altında kemostatta onlarca ila yüzlerce neslin değerlendirilmesi ve sürdürülmesiyle mümkün olur.

Mayalarda amonyum toksisitesinin analizinde kullanılan iki kemostat. Alınan ve düzenleyen: (Resim: Maitreya Dunham).

Hücre Biyolojisi

Kemostatla ilgili hemen hemen tüm çalışmalar hücre biyolojisi ile ilgilidir, hatta moleküler, evrimsel vb.

Bununla birlikte, spesifik olarak, bu biyoloji dalı için kemostatın kullanımı, çalışma popülasyonundaki metabolik süreçleri anlamak için gerekli matematiksel modellerin geliştirilmesine izin veren değerli bilgiler sağlar.

Moleküler Biyoloji

Son 10 veya daha fazla yılda, mikrobiyal genlerin moleküler analizinde kemostat kullanımına olan ilgi artmıştır. Kültür yöntemi, mikroorganizma kültürlerinin kapsamlı veya sistemik analizi için bilgi edinmeyi kolaylaştırır.

Bu alandaki kemostat çalışmaları, genom boyunca DNA transkripsiyon analizinin yanı sıra, örneğin Saccharomyces cerevisiae maya gibi organizmaların spesifik genlerindeki gen ekspresyonunu ölçmeye veya mutasyonları tanımlamaya izin verir.

Zenginleştirilmiş kültürler

Bu çalışmalar 19. yüzyılın sonlarından itibaren Beijerinck ve Vinogradski'nin çalışmaları ile süreksiz sistemler kullanılarak yürütülürken, geçen yüzyılın 60'lı yıllarında kemostat kullanılarak sürekli kültürlerde yapılmaya başlandı.

Bu çalışmalar, farklı mikrop türlerini (genel olarak bakteri) toplamak için kültür ortamının zenginleştirilmesinden oluşur, ayrıca belirli türlerin yokluğunu belirlemek veya oranı çok düşük olan veya ortamda gözlemlenmesi neredeyse imkansız olan bazılarının varlığını tespit etmek için de kullanılır. doğal.

Açık sürekli sistemlerdeki (kemostatlar) zenginleştirilmiş kültürler, mutant bakteri kültürleri, esas olarak oksotroflar veya antibiyotikler gibi ilaçlara dirençli hale gelebilenler geliştirmek için de kullanılır.

Etanol üretimi

Endüstriyel bir bakış açısından, biyoyakıtların kullanımı ve üretimi giderek yaygınlaşmaktadır. Bu durumda, Gram negatif bakteri Zymomonas mobilis'ten etanol üretimidir.

İşlemde, anaerobik koşullar altında etanole dönüştürülmek üzere sabit glikoz ve diğer şeker konsantrasyonlarında tutulan birkaç büyük seri kemostat kullanılır.

Referanslar

1. Chemostat: ideal sürekli karıştırmalı tank reaktörü. Kurtarıldı: biorreactores.tripod.
2. Chemostat. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı.
3. N. Ziv, NJ Brandt ve D. Gresham (2013). Mikrobiyal Sistem Biyolojisinde Kemostatların Kullanımı. Görselleştirilmiş deneyler dergisi.
4. A. Novick ve L. Szilard (1950). Kemostatın tanımı. Bilim.
5. J. Monod (1949). Bakteri kültürlerinin büyümesi Yıllık Mikrobiyoloji İncelemesi
6. D. Gresham ve J. Hong (2015). Kemostatlarda uyarlanabilir evrimin işlevsel temeli. FEMS mikrobiyoloji incelemeleri.
7. HG Schlegel ve HW Jannasch (1967). Zenginleştirme Kültürleri. Mikrobiyolojinin Yıllık İncelemesi.
8. J. Thierie (2016). Çok fazlı dağınık sistemler teorisine giriş. (eds) Springer Nature. 210 pp.