ХЕМОСТАТ: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ИСТОРИЈА И УПОТРЕБЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

Цхемостат је уређај или апарат који се користи за узгој ћелија и микроорганизама. Назван је и биореактором и има способност експерименталне репродукције водених окружења као што су језера, седиментацијски или третмански рибњаци, између осталог.

Опћенито се описује као спремник (величина зависи од тога да ли је употреба индустријска или лабораторијска) са улазом тако да улази стерилни материјал и излазом кроз који ће излазити материјал који настаје током поступка, а који су углавном храњиве материје. отпад, стерилни материјал, микроорганизми, међу осталим.

Дијаграм хемостата. Преузето и обрађено од: ЦГрахам2332.

Открили су их и представили самостално и готово истовремено научници Јацкуес Монод, Аарон Новицк и Лео Сзилард 1950. Монод је радио сам и назвао га бактогеном, док су Новицк и Сзилард заједно радили и назвали га хемостатом, именом које траје и данас. .

Могућности хемостата

Кемостат карактерише константно додавање медијума који садржи један храњиви састојак који ограничава раст и истовремено уклања део културе, попут вишка производње, метаболита и других супстанци. То уклањање се стално замењује новим материјалом, чиме се постиже стабилна равнотежа.

Под тим условима, брзина којом се развија култура микроорганизама једнака је брзини којом се разблажава. Ово је кључно у поређењу с другим методама гајења, јер се у константном и дефинисаном окружењу може постићи стабилно стање.

Друга важна карактеристика је да оператер помоћу хемостата може контролисати физичке, хемијске и биолошке променљиве, као што су количина јединки у култури, растворени кисеоник, количина хранљивих материја, пХ, итд.

Принцип методе

Метода се састоји од популације микроорганизама која расте од почетка на сличан начин као код неконтинуираних или шаржних култура (најједноставнија течна култура). Када популација расте, потребно је истовремено повући количину културе сличну оној која је додата, без обзира да ли се повучена култура користи или не.

На овај начин, у хемостату се врши разблажење континуираним додавањем свежег медијума и елиминацијом културе као што је описано у делу у претходном параграфу. Један храњиви састојак одговоран је за ограничавање раста у посуди, док је остатак присутан у вишку.

Овај појединачни хранљиви састојак који ограничава раст предодређује особа која је експеримент развијала, може бити било која храњива материја, а у многим случајевима зависи од врста у култури.

Историја

Шаржне културе микроорганизама датирају из векова (вариво пива и других пића). Међутим, континуирани усеви су релативно модернији. Неки микробиолози почетке непрекидне култивације приписују познатом руском микробиологу Сергеју Виноградском.

Виноградски је проучавао раст сулфоредуктивних бактерија у уређају сопственог дизајна (Виноградски ступ). Током студија убацивао је у колону капи водоник сулфида као храну за те бактерије.

Када говоримо о непрекидном култивацији, обавезно је говорити о три лика: Јацкуес Монод, Аарон Новицк и Лео Сзилард. Монод је био познати биолог и добитник Нобелове награде 1965. године.

Овај истраживач (Монод), док је био део Пастеровог института, развио је многе тестове, прорачуне и анализе између 1931. и 1950. За то време створио је математички модел раста микроорганизама који ће се касније звати Монодова једначина.

1950. године на основу једнаџбе која носи његово име, дизајнирао је модел апарата који је дозвољавао културу микроорганизама у континуитету и назвао га бактогеном.

Са друге стране, научници Новицк (физичар) и Сзилард (хемичар) срели су се током рада на пројекту Менхетна (атомска бомба) 1943 .; година касније почели би да показују интересовање за раст бактерија и 1947 године удружили су се да раде заједно и искориштавају то.

Након више тестова и анализа, Новицк и Сзилард, на основу Монодових израчунавања (Монодова једнаџба), 1950. су такође осмислили модел континуиране културе микроскопских организама који су назвали хемостат и то је име које се задржало до данас. . Изум је заслужан за троје.

Апликације

Прилагодљива биологија и еволуција

Алат који нуди овај систем непрекидне културе микроорганизама користе еколози и еволуционисти како би проучили како брзина раста утиче на ћелијске процесе и метаболизам и како контролира селекциони притисак и експресију гена.

Ово је омогућено проценом и одржавањем десетина до стотина генерација у хемостату у контролисаним условима.

Два хемостата, која се користе у анализи токсичности амонијака у квасцима. Преузето и обрађено од: (Слика: Маитреиа Дунхам).

Ћелијска биологија

Скоро све студије везане за хемостат су повезане са ћелијском биологијом, чак и молекуларном, еволуционом итд.

Међутим, конкретно, употреба хемостата за ову грану биологије пружа драгоцене информације које омогућавају развој математичких модела неопходних за разумевање метаболичких процеса у испитиваној популацији.

Молекуларна биологија

У последњих 10 или више година интересовање за употребу хемостата у молекуларној анализи микробних гена је порасло. Метода културе олакшава добијање информација за свеобухватну или системску анализу култура микроорганизама.

Кемостатске студије из ове области омогућавају анализу транскрипције ДНК кроз геном, као и квантификацију експресије гена или идентификацију мутација у специфичним генима организама, као што је квасци Саццхаромицес церевисиае, на пример.

Обогаћене културе

Ова истраживања су проведена кориштењем дисконтинуираних система од краја 19. вијека с дјелима Беијеринцка и Виноградског, док су се 60-их година прошлог вијека почели проводити у континуираним културама помоћу хемостата.

Ове студије састоје се од обогаћивања култура за сакупљање различитих врста микроба (бактерија уопште), а користи се и за утврђивање одсуства одређених врста или за детекцију присуства неких чији је удео у медијуму врло низак или готово немогућ. природно.

Обогаћене културе у отвореним непрекидним системима (хемостати) такође се користе за развијање мутантних култура бактерија, углавном ауксотрофа или оних које могу постати отпорне на лекове попут антибиотика.

Производња етанола

Са индустријског становишта, употреба и производња биогорива је све чешћа појава. У овом случају то је производња етанола из Грам негативне бактерије Зимомонас мобилис.

У процесу се користи неколико великих серијских хемостата, који се одржавају у константним концентрацијама глукозе и других шећера, а који се претварају у етанол у анаеробним условима.

Референце

1. Кемостат: идеални континуални реактор са мешањем у резервоару. Опоравак од: биорреацторес.трипод.
2. Хемостат. Опоравак од: ен.википедиа.орг.
3. Н. Зив, Њ Брандт и Д. Гресхам (2013). Употреба хемостата у биологији микробиолошких система. Часопис визуелних експеримената.
4. А. Новицк и Л. Сзилард (1950). Опис хемостата. Наука.
5. Ј. Монод (1949). Раст бактеријских култура Годишњи преглед микробиологије.
6. Д. Гресхам & Ј. Хонг (2015). Функционална основа адаптивне еволуције у хемостатима. Прегледи микробиологије ФЕМС.
7. ХГ Сцхлегел и ХВ Јаннасцх (1967). Културе богаћења. Годишњи преглед микробиологије.
8. Ј. Тхиерие (2016). Увод у теорију полифазних диспергованих система. (издања) Спрингер Натуре. 210 пп.