CHEMOSTAT: CIRI, SEJARAH DAN KEGUNAAN - BIOLOGI

The chemostat adalah alat atau radas yang digunakan untuk penanaman sel-sel dan mikroorganisma. Ia juga disebut bioreaktor dan memiliki kemampuan untuk bereproduksi secara eksperimen persekitaran akuatik seperti tasik, pemendapan atau kolam rawatan, antara lain.

Umumnya digambarkan sebagai wadah (ukurannya bergantung pada apakah penggunaannya adalah industri atau makmal) dengan saluran masuk sehingga bahan steril masuk, dan saluran keluar dari mana bahan yang dihasilkan dari proses tersebut akan keluar, yang umumnya merupakan nutrien. sisa, bahan steril, mikroorganisma antara lain.

Rajah chemostat. Diambil dan diedit dari: CGraham2332.

Ia ditemui dan dipersembahkan secara bebas dan hampir serentak oleh saintis Jacques Monod, Aaron Novick dan Leo Szilard pada tahun 1950. Monod bekerja sendirian dan menyebutnya sebagai bakteria, sementara Novick dan Szilard bekerjasama dan menyebutnya sebagai chemostat, nama yang bertahan hingga ke hari ini. .

Ciri-ciri Chemostat

Kimostat dicirikan oleh penambahan berterusan media yang mengandungi nutrien tunggal yang membatasi pertumbuhan dan secara bersamaan menghilangkan sebahagian kultur, seperti pengeluaran berlebihan, metabolit, dan bahan lain. Penyingkiran ini terus digantikan oleh bahan baru, sehingga mencapai keseimbangan yang stabil.

Di bawah keadaan ini, kadar kultur mikroorganisma berkembang sama dengan kadar di mana ia dicairkan. Ini adalah kunci berbanding kaedah penanaman lain, kerana keadaan stabil dapat dicapai dalam persekitaran yang tetap dan ditentukan.

Ciri penting lain ialah dengan adanya chemostat, pengendali dapat mengawal pemboleh ubah fizikal, kimia dan biologi seperti jumlah individu dalam budaya, oksigen terlarut, jumlah nutrien, pH, dll.

Prinsip kaedah

Kaedah ini terdiri daripada populasi mikroorganisma yang tumbuh dari awal dengan cara yang serupa dengan kultur terputus atau kumpulan (kultur cair termudah). Apabila populasi bertambah, perlu menarik serentak budaya yang serupa dengan yang ditambahkan, sama ada budaya yang ditarik telah digunakan atau tidak.

Dengan cara ini, dalam chemostat pengenceran dilakukan dengan menggunakan penambahan medium segar secara berterusan dan penghapusan kultur seperti yang dijelaskan dalam perenggan sebelumnya. Satu nutrien tunggal bertanggungjawab untuk membatasi pertumbuhan dalam bekas sementara selebihnya berlebihan.

Nutrien tunggal yang membatasi pertumbuhan ini ditentukan oleh orang yang melakukan eksperimen, ia boleh menjadi nutrien apa pun dan dalam banyak kes bergantung kepada spesies dalam kultur.

Sejarah

Budaya mikroorganisma kumpulan bermula sejak berabad-abad lamanya (pembuatan bir dan minuman lain). Walau bagaimanapun, tanaman berterusan adalah sesuatu yang lebih moden. Sebilangan ahli mikrobiologi mengaitkan permulaan penanaman berterusan kepada ahli mikrobiologi Rusia terkenal, Sergey Vinogradsky.

Vinogradski mengkaji pertumbuhan bakteria sulforuktif dalam alat reka bentuknya sendiri (lajur Vinogradski). Semasa belajar, dia memberi titisan hidrogen sulfida ke ruangan sebagai makanan untuk bakteria ini.

Semasa membicarakan penanaman berterusan, wajib menyebut 3 watak: Jacques Monod, Aaron Novick dan Leo Szilard. Monod adalah ahli biologi terkenal dan pemenang Hadiah Nobel pada tahun 1965.

Penyelidik ini (Monod), semasa menjadi sebahagian daripada Institut Pasteur, banyak membuat ujian, pengiraan dan analisis antara tahun 1931 dan 1950. Selama ini dia membuat model matematik pertumbuhan mikroorganisma yang kemudiannya disebut Persamaan Monod.

Pada tahun 1950, berdasarkan persamaan yang disebut namanya, dia merancang model alat yang memungkinkan budaya mikroorganisma terus menerus dan menyebutnya bakteria.

Sebaliknya, saintis Novick (ahli fizik) dan Szilard (ahli kimia) bertemu ketika mengerjakan projek Manhattan (bom atom) pada tahun 1943; bertahun-tahun kemudian mereka mula menunjukkan minat terhadap pertumbuhan bakteria dan pada tahun 1947 mereka bekerjasama untuk bekerjasama dan memanfaatkan ini.

Setelah pelbagai ujian dan analisis, Novick dan Szilard, berdasarkan perhitungan Monod (persamaan Monod), juga merancang pada tahun 1950 model budaya berterusan organisma mikroskopik yang mereka sebut chemostat, dan itu adalah nama yang dipertahankan hingga kini. . Tetapi ketiga-tiganya dikreditkan dengan penemuan tersebut.

Permohonan

Biologi dan Evolusi Adaptif

Alat yang ditawarkan oleh sistem budaya mikroorganisma berterusan ini digunakan oleh ahli ekologi dan evolusionis untuk mengkaji bagaimana kadar pertumbuhan mempengaruhi proses dan metabolisme sel, dan bagaimana ia mengawal tekanan pemilihan dan ekspresi gen.

Ini dimungkinkan dengan menilai dan mengekalkan puluhan hingga beratus-ratus generasi di chemostat dalam keadaan terkawal.

Dua chemostat, digunakan dalam analisis ketoksikan ammonium dalam ragi. Diambil dan diedit dari: (Gambar: Maitreya Dunham).

Biologi sel

Hampir semua kajian yang berkaitan dengan chemostat berkaitan dengan biologi sel, bahkan molekul, evolusi, dll.

Walau bagaimanapun, secara khusus, penggunaan chemostat untuk cabang biologi ini memberikan maklumat berharga yang memungkinkan pengembangan model matematik yang diperlukan untuk memahami proses metabolik dalam populasi kajian.

Biologi molekul

Dalam 10 tahun kebelakangan ini, minat terhadap penggunaan chemostat dalam analisis molekul gen mikroba telah meningkat. Kaedah budaya memudahkan mendapatkan maklumat untuk analisis komprehensif atau sistemik budaya mikroorganisma.

Kajian chemostat dalam bidang ini memungkinkan analisis transkripsi DNA di seluruh genom, serta mengukur ekspresi gen atau mengenal pasti mutasi pada gen organisma tertentu seperti ragi Saccharomyces cerevisiae, misalnya.

Budaya yang diperkaya

Kajian-kajian ini telah dilakukan dengan menggunakan sistem terputus sejak akhir abad ke-19 dengan karya Beijerinck dan Vinogradski, sementara pada tahun 60-an abad yang lalu mereka mulai dijalankan dalam budaya berterusan menggunakan chemostat.

Kajian-kajian ini terdiri daripada memperkaya media kultur untuk menuai pelbagai jenis mikrob (bakteria pada umumnya), ia juga digunakan untuk menentukan ketiadaan spesies tertentu atau mengesan kehadiran beberapa spesies yang perkadarannya sangat rendah atau hampir mustahil untuk diperhatikan dalam medium. semula jadi.

Kultur yang diperkaya dalam sistem berterusan terbuka (chemostats) juga digunakan untuk mengembangkan kultur bakteria mutan, terutama auxotrophs atau yang mungkin menjadi tahan terhadap ubat seperti antibiotik.

Pengeluaran etanol

Dari sudut perindustrian, penggunaan dan pengeluaran biofuel semakin biasa. Dalam kes ini adalah pengeluaran etanol dari bakteria Gram negatif Zymomonas mobilis.

Dalam proses tersebut, beberapa chemostat bersiri besar digunakan, dikekalkan pada kepekatan glukosa dan gula lain yang tetap, untuk diubah menjadi etanol dalam keadaan anaerob.

Rujukan

The Chemostat: reaktor tangki kacau berterusan yang ideal. Dipulihkan dari: biorreactores.tripod.
Chemostat. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org.
N. Ziv, NJ Brandt, & D. Gresham (2013). Penggunaan Chemostat dalam Biologi Sistem Mikrob. Jurnal eksperimen visualisasi.
A. Novick & L. Szilard (1950). Penerangan mengenai chemostat. Sains.
J. Monod (1949). Pertumbuhan kultur bakteria Ulasan Tahunan Mikrobiologi.
D. Gresham & J. Hong (2015). Asas fungsional evolusi adaptif dalam chemostats. Ulasan mikrobiologi FEMS.
HG Schlegel, & HW Jannasch (1967). Budaya Pengayaan. Kajian Tahunan Mikrobiologi.
J. Thierie (2016). Pengenalan teori sistem tersebar polifasa. (eds) Springer Alam. 210 hlm.

CHEMOSTAT: CIRI, SEJARAH DAN KEGUNAAN - BIOLOGI - 2026