Caratteristiche, storia e usi del chemiostati

Lui Chemostat È un dispositivo o un dispositivo utilizzato per la coltivazione di cellule e microrganismi. Si chiama anche bioreattore e ha la capacità di riprodurre sperimentalmente ambienti acquatici come laghi, sedimentazione o lagune del trattamento, tra gli altri.

È descritto in modo generalizzato come un contenitore (la dimensione dipenderà dal fatto che l'uso sia industriale o laboratorio) con una voce in modo che tra materiale sterile e un'uscita attraverso la quale si verificano il materiale risultante dal processo, che di solito sono nutrienti, rifiuti, materiale sterile, microrganismi tra gli altri.

Diagramma del chemiosotato. Preso e curato da: cgraham2332 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)].

Fu scoperto e presentato in modo indipendente e quasi contemporaneamente dagli scienziati Jacques Monod, Aaron Novick e Leo Szilard nel 1950. Monod ha lavorato da solo e lo ha chiamato Bactogen, mentre Novick e Szilard hanno lavorato insieme e lo hanno chiamato Chemostat, un nome che dura fino ad oggi.

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Caratteristiche del chemiostato

Chemostat è caratterizzato dalla costante aggiunta di un mezzo che contiene un singolo nutriente che limita la crescita ed elimina contemporaneamente parte del raccolto, come il surplus di produzione, metaboliti e altre sostanze. Questa eliminazione è costantemente sostituita da un nuovo materiale, raggiungendo così un equilibrio stabile.

In queste condizioni, la velocità con cui si sviluppa la coltivazione dei microrganismi è uguale alla velocità con cui è diluita. Questo è la chiave rispetto ad altri metodi di coltivazione, poiché uno stato stabile può essere raggiunto in un ambiente costante e definito.

Un'altra caratteristica importante è che con il chemiostea l'operatore può controllare variabili fisiche, chimiche e biologiche come il volume degli individui in coltivazione, ossigeno disciolto, quantità di nutrienti, pH, ecc.

Principio del metodo

Il metodo è costituito da una popolazione di microrganismi che cresce dall'inizio di quello somministrato in discontinuo o lotto (la cultura liquida più semplice). Quando le popolazioni crescono è necessario.

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In questo modo, nel chemostat viene effettuata una diluizione utilizzando l'aggiunta continua di mezzo fresco e l'eliminazione del raccolto come è descritto in parte nel paragrafo precedente. Un singolo nutriente è responsabile della limitazione della crescita nel contenitore mentre il resto è presente in eccesso.

Questo solo nutriente limitante della crescita è predeterminato dalla persona che sviluppa l'esperimento, può essere qualsiasi nutriente e in molti casi dipenderà dalle specie di coltura.

Storia

Le colture discontinue di microrganismi risalgono a secoli (produzione di birre e altre bevande). Tuttavia, le colture continue sono qualcosa di relativamente più moderno. Alcuni microbiologi attribuiscono gli inizi del raccolto continuo al famoso microbiologo russo Serguéi Vinagragraki.

Vinagragraski ha studiato la crescita di batteri solforattivi in ​​un dispositivo progettato da esso (colonna Vinagragraski). Durante i suoi studi, ha fornito le gocce colonne di idrogeno solforato come cibo per questi batteri

Quando si parla di colture continue è obbligatorio parlare di 3 personaggi: Jacques Monod, Aaron Novick e Leo Szilard. Monod è stato biologo consacrato e vincitore del premio Nobel nel 1965.

Questo ricercatore (monod), pur facendo parte del Pasteur Institute, sviluppò molti saggi, calcoli e analisi tra il 1931 e il 1950. Durante questo periodo ha creato il modello matematico della crescita del microrganismo che in seguito sarebbe stato chiamato l'equazione monod.

Nel 1950, in base all'equazione che porta il suo nome, ha progettato un modello di dispositivo che ha permesso una cultura del microrganismo continuamente e chiamato Bactogen.

D'altra parte, gli scienziati Novick (fisico) e Szilard (chimici) si sono incontrati mentre lavoravano al progetto di Manhattan (la bomba atomica) nel 1943; Anni dopo avrebbero iniziato a mostrare interesse per la crescita batterica e nel 1947 si associavano a lavorare insieme e approfittarne.

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Dopo molteplici studi e analisi Novick e Szilard, basati sui calcoli di Monod (equazione monod), anche ideato nel 1950 un modello di coltura continua di organismi microscopici che chiamavano Chemostate, ed è il nome che è stato mantenuto fino ad oggi. Ma i tre sono attribuiti all'invenzione.

Applicazioni

Biologia ed evoluzione adattiva

Gli strumenti offerti da questo sistema di coltura continua di microrganismi sono utilizzati da ecologi ed evoluzionisti per studiare come il tasso di crescita influisce sui processi cellulari e sul metabolismo e come controlla la pressione di selezione e l'espressione dei geni.

Ciò rende possibile dopo aver valutato e tenuto dozzine a centinaia di generazioni in chemostat in condizioni controllate.

Due chemitemiteati, usati nell'analisi della tossicità dell'ammonio nei lieviti. Preso e modificato da: (Immagine: Maitreya Dunham) [CC di 2.5 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by/2.5)].

Biologia cellulare

Praticamente tutti gli studi correlati alla chemostat sono correlati alla biologia cellulare, persino molecolare, evolutivo, ecc.

Tuttavia, in particolare, l'uso di Chemostat per questo ramo di biologia fornisce preziose informazioni che consentono di elaborare i modelli matematici necessari per comprendere i processi metabolici nella popolazione dello studio.

Biologia molecolare

Negli ultimi 10 anni o forse di più, è cresciuto l'interesse per l'uso del chemostat nell'analisi molecolare dei geni microbici. Il metodo di coltura facilita le informazioni che ottengono un'analisi completa o sistemica delle colture di microrganismo.

Gli studi in questo campo con chemiosteate consentono l'analisi della trascrizione del DNA in tutto il genoma, oltre a quantificare l'espressione genica o identificare le mutazioni in geni specifici da organismi come il lievito Saccharomyces cerevisiae, Per esempio.

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Colture arricchite

Questi studi vengono condotti utilizzando sistemi discontinui dalla fine del XIX secolo con le opere di Beijerinck e Vinagragraski, mentre negli anni '60 del secolo scorso iniziarono a essere fatti in colture continue usando la Chemostat.

Questi studi consistono in terreni di coltura arricchenti per raccogliere diversi tipi di microbi (generalmente batteri), viene anche usato per determinare l'assenza di alcune specie o rilevare la presenza di alcune la cui proporzione è molto bassa o quasi impossibile da osservare nel medio naturale.

Le colture arricchenti sono anche utilizzate in sistemi continui aperti (chemostati) per sviluppare colture di batteri mutanti, principalmente asitrofi o quelli che possono diventare resistenti ai farmaci come antibiotici come gli antibiotici.

Produzione di etanolo

Dal punto di vista industriale, l'uso e la produzione di biocarburanti sono sempre più frequenti. In questo caso è la produzione di etanolo dai batteri gram negativi Zymomonas mobilis.

Nel processo vengono utilizzati diversi chemitemitemi seriali, mantenuti a concentrazioni costanti di glucosio e altri zuccheri, in modo che vengano convertiti in etanolo in condizioni anaerobiche.

Riferimenti

1. Chemostat: il reattore continuo ideale del serbatoio agitato. Recuperato da: bioreattori.Treppiedi.
2. Chemostat. Recuperato da: in.Wikipedia.org.
3. N. Ziv, n.J. Brandt e D. Gresham (2013). L'uso di chemostati nella biologia dei sistemi microbici. Journal of Visualized Experiments.
4. A. Novick & l. Szilard (1950). Descrizione della Chosisat. Scienza.
5. J. Monod (1949). La crescita della revisione culturale batterica della microbiologia.
6. D. Gresham & J. Hong (2015). Le basi funzionali dell'evoluzione adattiva nei chemostati. Recensioni di microbiologia FEMS.
7. H.G. Schlegel e h.W. Jannasch (1967). Culture di arricchimento. Revisione annuale della microbiologia.
8. J. Thieie (2016). Introduzione alla teoria dei sistemi dispersi polifasici. (A cura di) Springer Nature. 210 pp.