Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Исследование роста A. eutrophus Z-1 при многократном использовании среды с коэффициентом рециркуляции 7, равным 0,5 (50% культуральной среды заменяли дистиллированной водой) и 0,97 (3% среды использовали для химических анализов), показало применимость такого режима для культивирования бактерий [Кеслер и др., 1975]. В серии экспериментов установлено, что многократное использование среды не влияет на удельную скорость роста бактерий и их автотрофию, несмотря на значительное увеличение концентрации органических веществ в среде. Сохранение активного автотрофного роста водородных бактерий при рециркуляции среды и соответствующих ему характеристик газообмена предполагает, что продукты метаболизма не включаются клетками в биосинтез, а аккумулируются в среде. Последнее подтверждается данными химических анализов. Во всех опытах с многократным использованием среды не отмечено установления равновесного состояния концентрации органических веществ в среде; наоборот, количество внеклеточных органических веществ неуклонно возрастает пропорционально продолжительности эксперимента (рис. 32).
Математическое описание процесса накопления органических веществ в среде в условиях рециркуляции дано в работе Р. И. Кузьминой и Б. Г. Коврова (1967). Если предположить, что при синтезе единицы биомассы бактерий при постоянных условиях в среду выделяется постоянное количество метаболитов г и их концентрация в околоклеточной среде быстро достигает своего предельного значения гх, тогда предельная концентрация метаболитов в среде выразится уравнением
NBp = rxll - X, (31)
64
Рис. 32. Показатели роста A. eutrophus Z-1 в режиме рециркуляции среды.
1 — удельная скорость роста д', г — коэффициент использования энергии окисления водорода (КИЭ); 3 — бихроматная окисляемость среды.
где Я — коэффициент рециркуляции среды. Из представленного уравнения видно, что при коэффициенте рециркуляции, равном 0,5, концентрация метаболитов в среде удваивается, при X = = 0,75 — учетверяется, а при Х—*~ 1 концентрация метаболитов в околоклеточной среде стремится к бесконечности. Эти теоретические расчеты динамики накопления органических веществ в режиме рециркуляции среды подтверждены экспериментально для хлореллы [Кузьмина, Ковров, 1967] и A. eutrophus Z-1 [Кеслер и др., 1975].
При осуществлении режима рециркуляции среды возникает необходимость в дополнительных мерах по стабилизации уело-* вий минерального питания культуры. Для коррекции повторно используемой среды следует рассчитать необходимую добавку биогенных элементов, что можно сделать, сравнивая химит ческий состав исходного питательного раствора и околоклеточной среды. Так как в стационарных условиях культивирования вынос минеральных элементов представляет собой некоторую постоянную величину, то можно использовать один корректирующий раствор, в единице объема которого содержится необходимое для синтеза единицы биомассы бактерий количество биогенных элементов. В условиях рециркуляции в зависимости от концентрации биомассы в суспензии в повторно используемую среду следует вносить определенное количество корректирующего раствора. Такой метод коррекции питательного раствора позволяет осуществлять стационарный интенсивный процесс культивирования бактерий с многократным использованием среды и высокой (до 98%) степенью утилизации субстрата [Кеслер, 1974].
® Заказ № 308
65
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ НА ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДОРОДНЫХ БАКТЕРИЙ
Микроорганизмы физиологически изменчивы и способны адаптироваться к различным условиям внешней среды. Поэто~ му, изменяя условия культивирования, можно увеличить или уменьшить содержание любого полимера клетки, фермента или продукта метаболизма, выделяемого в среду. Влияние условий роста на химический состав бактерий фундаментально исследовано в трудах многих авторов [Wilkinson, Duguid, 1960; Herbert, 1961; Tempest e. a., 1966; Иванова и др., 1967, 1968; Хмель и др., 1967; Хмель, 1970; Работнова, Иванова, 1971; Работно-ва, 1975].
Показано, что природа лимитирующего фактора существенно отражается на химическом составе клеток. Д. Райт и
В. Локкарт [Wright, Lockhart, 1965] наблюдали, что содержание белка, нуклеиновых кислот и аминокислот в клетках Е. coli уменьшается при лимитировании роста азотом значительнее по сравнению с лимитированием углеродом. Р. Джинер [Jeener, 1952] показал, что величина отношения РНК/белок в клетках Politomella значительно выше на средах с ацетатом в качестве лимитирующего фактора по сравнению с лимитированием фосфором. Интересные данные получены Э. Дином и Ф. Роджерсом [Dean, Rogers, 1967] при лимитировании роста A. aerogenes углеродом, аммонием, калием и магнием. Установлено, что отношение РНК/биомасса находится в линейной зависимости от скорости роста при лимитировании углеродом, азотом, калием я магнием, в то же время в условиях дефицита фосфора это отношение изменяется незначительно в широком диапазоне скоростей роста.
И. Дьюгуит и И. Вилкинсон [Duguid, Wilkinson, 1953] установили, что при лимитировании роста A. aerogenes азотом, серой и фосфором содержание полисахаридов в клетках возрастает в 10—20 раз, однако этого не происходит при дефиците углерода, магния и калия. В клетках Е. coli и Т. utilis при лимитировании роста аммонием уменьшается синтез белков, а количество углеводов повышается до 50% от веса сухой биомассы. В работах И. И. Ивановой и др. (1967, 1968) также показано, что содержание полисахаридов в клетках Е. coli зависит от природы лимитирующего фактора. Содержание и состав липидов микробных клеток зависят от различных факторов: возраста культуры, состава среды, степени аэрации [Коронел-ли, 1968; Midich, 1972]. С. Грелет [Grelet, 1952] наблюдал, что дефицит азота, серы и калия способствует образованию липидных гранул в бактериях В. megaterium, а дефицит углерода 0 магния — нет. Есть данные [Kleinzeller, 1948] о влиянии азотнодефицитной среды на образование в бактериях RhodotoruU
