Методы общей бактериологии (том 1) (947292), страница 74
Текст из файла (страница 74)
Этот расчет верен при условии, что экономический коэффициент остается на постоянном уровне в течение всего цикла роста и потреблением субстрата в течение лаг-фазы можно пренебречь. На самом деле зкономический коэффициент остается постоянным лишь при условии постоянного экспоненциального роста с одной удельной скоростью. Отсюда следует, что предсказанная с помощью уравнения (10.6) величина максимальной биомассы явно завышена. Более под- 379 ЧАСТЬ ГЬ РОСТ робно понятие экономического коэффициента обсуждается ниже в этой жс главе (равд. 10.5). Чтобы предсказать время достижения максимальной плотности биомассы в периодической культуре, необходимо сделать ряд упрощающих допущений 12, 41. Атипичные кривые роста Представленная на рис. 10.! кривая роста идеализирована и отвечает условиям постоянной морфологии клеток при их асинхронном бинарном делении. При этом одновременно с ростом биомассы происходит увеличение числа клеток и постоянная утилизация субстратов.
Вариации в кривой роста — обычное явление. Морфологические изменения культуры, такие, как увеличение мутности, коэффициента преломления, размера отдельных клеток или их агрегации, могут приводить к кажущимся изменениям кривой роста, если скорость роста определять с помощью оптических измерений. Так, бактериальные клетки из культур в стационарной фазе часто более прозрачны, чем клетки из культур в экспоненциальной фазе. В результате кривая роста, построенная в виде зависимости логарифма оптической плотности от времени, отражает кажущееся снижение концентрации клеток в стационарной фазе по сравнению с концентрацией, достигнутой к концу экспоненциальной фазы. В этом случае измененная (аберрантная) кривая роста отражает скорее изменение морфологических характеристик клеток, чем изменение их количества.
Кривые роста, представленные в виде зависимости логарифма числа клеток от времени, иногда показывают необычно быстрое увеличение числа клеток сразу после лаг-фазы, вслед за чем скорость накопления клеток понижается. Это необычное значительное ускорение роста указывает на частичную или полную синхронизацию деления клеток в культуре. Не исключено, что такой синхронизованный рост обусловлен приспособлением культуры к новому питательному компоненту или прорастанием спор.
Затем синхронность культуры быстро нарушается, и через две генерации преобладает асинхронный рост. Однако разработаны специальные методы, с помощью которых можно синхронизировать деление кле. КЬ ЖИДКАЯ КУЛЬТУРА ток в растущей популяции, так что рост популяции соответствует росту отдельных клеток (равд. 10.3.3). Большинство микроорганизмов размножаются путем бинарного деления отдельных клеток, но у некоторых, например у актипомицетов, размножение связано с ростом гиф.
Если первичный рост культуры происходит за счет вытягивания концов гиф, то зависимость увеличения клеточной массы от времени будет линейной. Линейный рост наблюдается и в том случае, когда добавление к среде критического питательного компонента регулируется линейным процессом (например, с помощью дробных добавок или диффузии) и этот процесс становится лимитирующим. Например, ограниченная диффузия воздуха в пробирку через ватную пробку или питательных компонентов через мембрану в диализную культуру 151] может перевести экспоненциальный рост в линейный.
В жидкой культуре нитчатые микроорганизмы часто образуют шарообразные скопления. В этом случае увеличение биомассы происходит медленнее, чем при экспоненциальном росте и пропорционально времени в третьей степени. Рост микроорганизмов в шарообразных скоплениях может зависеть от диффузии питательных компонентов внутрь этих скоплений и выхода наружу продуктов метаболизма, что не предусматривается в уравнении (10.5) .
В комплексной среде бактернальные клетки часто используют имеющиеся субстраты последовательно, Присутствие определенных субстратов может привести к подавлению синтеза ферментов, участвующях в метаболизме других питательных веществ. В этом случае ферменты, ката,тизирующне метаболизм некоторых веществ, начинают действовать лишь после того, как концентрация субстратов, репрессирующих их синтез, уменьшится в результате использования клетками. Регуляция физиологии бактерий приводит к изменениям кривой роста и появлению одной или нескольких переходных (т. е. временных) стационарных фаз.
Такой ответ культуры на изменение состава среды называют диауксией. Классическим примером диауксии может служить рост Езслег(ей(а сой в присутствии глюкозы и лактозы (рис. 10.2). Сначала происходит рост культуры за счет использова- часть и. Рост Рис. ИЬ2, Идеализироваииая диауксия роста бактерий в периодической системе культивироваиия с двумя субстратами (глюкоза и лактоза) „ ь ь ьх ь ьн ь й ь~ чз ь Время ния глюкозы.
После исчерпания этого субстрата кривая роста резко меняет свой наклон, так что биомасса может даже уменьшиться. Во время этой лаг-фазы индуцируется синтез новой ферментной системы, участвующей в метаболизме лактозы, и накопление биомассы продолжается за счет потребления этого сахара. 382 10.1.1. Культуральные пробирки Лишенные бортиков пробирки из стекла пирекс (обычно размером !брс,'150 мм) очень удобны для выращивания периодической жидкой культуры бактерий и широко используются для этой цели.
Однако при культивировании аэробов в пробирках обычно удовлетворяется лишь минимальная их потребность в кислороде. Многие бактерии являются факультативными анаэробами, поэтому в преобладающем большинстве случаев при культивировании в пробирках они растут хорошо. Для того чтобы улучшить аэрацию жидкой культуры в пробирке, увеличивают отношение поверхности среды к объему, например уменьшая объем среды или наклоняя пробирку. Еще лучше поместить пробирки на качалку, благодаря чему получают активное перемешивание среды.
Снабжение воздухом улучшается, если для закрывания пробирок используют неплотные ватные пробки, колпачки типа Мог(оп (ЯС1еп1ШС Ргос(ис(з) или проницаемые для газов мембранные пробки. Хотя мембранные пробки используют довольно редко, они очень эффективны, поскольку хорошо проницаемы для обменивающихся газов и в то же время почти непроницаемы 1О жидкая культугл для водных паров, т.
е. среда при этом не испаряется. Мембранные пробки производятся в виде колпачков типа Мог1оп с тонкой поликарбонатной мембраной, встроенной в верхнюю часть колпачка (КнпЫе Р. М. Сар С!озиге Зс(еп(111с Ргобпс(з) . Более подробно условия оптимизации аэрирования в лабораторных культуральных сосудах описываются в равд. 10.1.2.
Условия обеспечения строгого анаэробноза для культур в пробирках приведены в разд. 6.6. 10.1.2. Качалочные колбы В качестве сосудов для получения биомассы в лабораторных условиях или на первом этапе в промышленных процессах, включающих периодическое культивирование бактерий в жидкой среде, широко используются колбы Эрлеимсйера объемом от 100 до 2000 мл. При этом для облигатных или факультативных аэробов подбираются максимально эффективные условия подачи воздуха (кнслорода), а для анаэробов — такие же условия удаления воздуха. Аэробная культура Аэробное культивирование в колбах должно происходить при постоянном их встряхивании для того, чтобы облегчить массопередачу кислорода (а также других газов и питательных компонентов) на двух уровнях: из газовой фазы через поверхность раздела газ — жидкость в жидкую фазу, а также из жидкой фазы через поверхность раздела жидкость — клеточная поверхность внутрь клеток.
На способность системы культивирования в колбах удовлетворить потребность бактерий в кислороде влияют два основных фактора: газообмен через пробку колбы и площадь поверхности жидкости, доступная для транспорта кислорода из газовой фазы. Пробки (крышки) в культуральных колбах должны обеспечивать адекватный обмен газами между наружной средой и содержимым колбы в стерильных условиях. Не- гигроскопические ватные пробки, обернутые марлей, пригодны для культивирования аэробных бактерий до невысокого уровня плотности. Однако, если эти пробки ЧАСТЬ и. РОСТ слишком велики для колб или если они очень плотные, они затрудняют доступ кислорода в бактериальные культуры высокой плотности 1581. В таком случае следует использовать ватно-марлевые пробки (рис.
10.10), обеспечивающие лучший доступ кислорода. Их делают следующим образом. 1. Один слой негигроскопической ваты кладут между двумя слоями хирургической марли. 2. Разрезают эту ватно-марлевую подушку на квадраты такого размера, чтобы ею можно было обернуть горлышко колбы. 3.
Помещают квадратную подушку на горлышко колбы и фиксируют ее с помощью металлической пружины или двух (для большей надежности) резинок. Металлическую пружину можно изготовить из толстой рояльной струны, изогнув ее соответствующим образом. Колпачки типа Мог!оп также обеспечивают достаточно стерильное закрывание колб и хороший газообмен, однако при высоких скоростях вращения они могут отвинчигаться. Для закрывания колб при культивировании на качалке пригодны также пробки нз пенопласта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
