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