CHEMOSTAT: MGA KATANGIAN, KASAYSAYAN AT PAGGAMIT - BIOLOGY - 2026

Ang chemostat ay isang aparato o aparatong ginamit para sa paglilinang ng mga cell at microorganism. Tinatawag din itong isang bioreactor at may kakayahang mag-eksperimentong magparami ng mga nabubuong kapaligiran tulad ng mga lawa, sedimentation o mga lawa ng paggamot, bukod sa iba pa.

Sa pangkalahatan ito ay inilarawan bilang isang lalagyan (ang laki ay depende sa kung ang pang-industriya o laboratoryo) na may isang inlet upang pumasok ang sterile material, at isang outlet na kung saan ang materyal na nagreresulta mula sa proseso ay lalabas, na sa pangkalahatan ay mga nutrisyon. basura, sterile material, microorganism bukod sa iba pa.

Diagram ng isang chemostat. Kinuha at na-edit mula sa: CGraham2332.

Natuklasan ito at ipinakita nang nakapag-iisa at halos kasabay ng mga siyentipiko na si Jacques Monod, Aaron Novick at Leo Szilard noong 1950. Nagtrabaho nang mag-isa sina Monod at tinawag itong isang bactogen, habang sina Novick at Szilard ay nagtulungan at tinawag itong cheostat, isang pangalan na nagpapatuloy hanggang sa araw na ito. .

Mga Tampok ng Chemostat

Ang chemostat ay nailalarawan sa pamamagitan ng patuloy na pagdaragdag ng isang daluyan na naglalaman ng isang solong nutrient na naglilimita sa paglaki at sabay na tinanggal ang bahagi ng kultura, tulad ng labis na produksyon, metabolit, at iba pang mga sangkap. Ang pag-alis na ito ay patuloy na pinalitan ng bagong materyal, sa gayon nakakamit ang isang matatag na balanse.

Sa ilalim ng mga kondisyong ito, ang rate kung saan nabuo ang kultura ng microorganism ay katumbas ng rate kung saan ito natunaw. Ito ang susi kumpara sa iba pang mga pamamaraan ng paglilinang, dahil ang isang matatag na estado ay maaaring maabot sa isang pare-pareho at tinukoy na kapaligiran.

Ang isa pang mahalagang katangian ay na sa chemostat ang operator ay maaaring makontrol ang pisikal, kemikal at biological variable tulad ng dami ng mga indibidwal sa kultura, natunaw na oxygen, dami ng mga nutrisyon, pH, atbp.

Pamamaraan ng prinsipyo

Ang pamamaraan ay binubuo ng isang populasyon ng mga microorganism na lumalaki mula sa simula sa isang katulad na paraan hanggang sa mga hindi kasiyahan o batch na kultura (ang pinakasimpleng likidong kultura). Kapag lumalaki ang mga populasyon kinakailangan na sabay-sabay na mag-alis ng isang dami ng kultura na katulad ng naidagdag, kung ang nakuha na kultura ay ginamit o hindi.

Sa ganitong paraan, sa chemostat ang isang pagbabanto ay isinasagawa gamit ang patuloy na pagdaragdag ng sariwang daluyan at ang pag-aalis ng kultura tulad ng inilarawan sa bahagi sa nakaraang talata. Ang isang solong nutrisyon ay may pananagutan para sa paglilimita sa paglaki sa lalagyan habang ang natitira ay nasa labis.

Ang nag-iisang paglago na paglilimita ng nutrient ay paunang natukoy ng taong nabuo ang eksperimento, maaari itong maging anumang pagkaing nakapagpapalusog at sa maraming kaso ay umaasa ito sa mga species sa kultura.

Kasaysayan

Ang mga kultura ng mga batch ng microorganism ay nagsimula noong mga siglo (paggawa ng serbesa ng beers at iba pang inumin). Gayunpaman, ang patuloy na pananim ay isang bagay na medyo moderno. Ang ilan sa mga microbiologist ay nagbibigay ng mga simula ng patuloy na paglilinang sa sikat na Russian microbiologist na si Sergey Vinogradsky.

Pinag-aralan ni Vinogradski ang paglaki ng mga sulforeductive bacteria sa isang aparato ng kanyang sariling disenyo (haligi Vinogradski). Sa kanyang pag-aaral, pinakain niya ang mga patak ng hydrogen sulfide sa haligi bilang pagkain para sa mga bakterya na ito.

Kung pinag-uusapan ang patuloy na paglilinang ay sapilitan na magsalita ng 3 character: Jacques Monod, Aaron Novick at Leo Szilard. Si Monod ay isang kilalang biologist at nagwagi ng Nobel Prize noong 1965.

Ang mananaliksik na ito (Monod), habang siya ay bahagi ng Pasteur Institute, ay binuo ng maraming mga pagsubok, pagkalkula at pagsusuri sa pagitan ng 1931 at 1950. Sa panahong ito nilikha niya ang matematikal na modelo ng paglago ng mga microorganism na sa kalaunan ay tatawaging Monod Equation.

Noong 1950, batay sa ekwasyon na nagdala ng kanyang pangalan, dinisenyo niya ang isang modelo ng patakaran ng pamahalaan na nagpapahintulot sa isang kultura ng mga microorganism na patuloy at tinawag itong isang bactogen.

Sa kabilang banda, ang mga siyentipiko na sina Novick (pisika) at Szilard (chemist) ay nakilala habang nagtatrabaho sa proyekto ng Manhattan (ang bomba ng atom) noong 1943; pagkalipas ng mga taon ay magsisimula silang magpakita ng interes sa paglaki ng bakterya at noong 1947 ay nakipagtulungan silang magtulungan at samantalahin ito.

Matapos ang maramihang mga pagsubok at pagsusuri, ang Novick at Szilard, batay sa mga kalkulasyon ng Monod (equation ng Monod), ay dinisenyo din noong 1950 ng isang modelo ng patuloy na kultura ng mga mikroskopiko na organismo na tinawag nilang chemostat, at ito ang pangalan na pinanatili hanggang sa kasalukuyan. . Ngunit ang lahat ng tatlong ay kredito sa pag-imbento.

Aplikasyon

Adaptive Biology at Ebolusyon

Ang mga tool na inaalok ng sistemang ito ng patuloy na kultura ng microorganism ay ginagamit ng mga ekologo at ebolusyonista upang pag-aralan kung paano nakakaapekto ang rate ng paglaki ng mga proseso ng cellular at metabolismo, at kung paano kinokontrol nito ang pagpili ng presyon at pagpapahayag ng gene.

Ginagawa ito sa pamamagitan ng pagsusuri at pagpapanatili ng mga sampu-sampung daan-daang henerasyon sa chemostat sa ilalim ng kinokontrol na mga kondisyon.

Dalawang chemostats, na ginamit sa pagsusuri ng toxicity ng ammonium sa lebadura. Kinuha at na-edit mula sa: (Larawan: Maitreya Dunham).

Biology ng cell

Halos lahat ng mga pag-aaral na may kaugnayan sa chemostat ay nauugnay sa cell biology, kahit na molekular, ebolusyon, atbp.

Gayunpaman, partikular, ang paggamit ng chemostat para sa sangay na ito ng biology ay nagbibigay ng mahalagang impormasyon na nagbibigay-daan sa pag-unlad ng mga modelo ng matematika na kinakailangan upang maunawaan ang mga metabolic na proseso sa populasyon ng pag-aaral.

Biology ng molekular

Sa huling 10 o higit pang mga taon, ang interes sa paggamit ng chemostat sa molekular na pagsusuri ng microbial genes ay lumago. Ang pamamaraan ng kultura ay nagpapadali sa pagkuha ng impormasyon para sa komprehensibo o sistematikong pagsusuri ng mga kultura ng microorganism.

Ang mga pag-aaral ng Chemostat sa patlang na ito ay nagpapahintulot sa pagsusuri ng transkripsyon ng DNA sa buong genome, pati na rin ang pag-quantify ng expression ng gene o pagtukoy ng mga mutation sa mga tiyak na gen ng mga organismo tulad ng lebadura na Saccharomyces cerevisiae, halimbawa.

Mga enriched na kultura

Ang mga pag-aaral na ito ay isinasagawa gamit ang mga hindi malulutas na mga sistema mula noong pagtatapos ng ika-19 na siglo kasama ang mga gawa ng Beijerinck at Vinogradski, habang sa 60s ng huling siglo nagsimula silang maisagawa sa patuloy na kultura gamit ang chemostat.

Ang mga pag-aaral na ito ay binubuo ng pagpapayaman sa kultura ng media upang umani ng iba't ibang uri ng microbes (bakterya sa pangkalahatan), ginagamit din ito upang matukoy ang kawalan ng ilang mga species o makita ang pagkakaroon ng ilan na ang proporsyon ay napakababa o halos imposible na obserbahan sa medium. natural.

Ang mga Enriched culture sa bukas na tuloy-tuloy na system (chemostats) ay ginagamit din upang bumuo ng mga kultura ng mutant bacteria, higit sa lahat ang mga auchropoph o ang mga maaaring maging lumalaban sa mga gamot tulad ng antibiotics.

Paggawa ng Ethanol

Mula sa isang pang-industriya na pananaw, ang paggamit at paggawa ng mga biofuel ay lalong pangkaraniwan. Sa kasong ito ay ang paggawa ng ethanol mula sa Gram negatibong bacterium Zymomonas mobilis.

Sa proseso, maraming mga malalaking serial chemostats ang ginagamit, pinananatili sa palaging konsentrasyon ng glucose at iba pang mga sugars, upang ma-convert sa ethanol sa ilalim ng mga anaerobic na kondisyon.

Mga Sanggunian

1. Ang Chemostat: ang perpektong tuluy-tuloy na hinalo na reaktor ng tanke. Nabawi mula sa: biorreactores.tripod.
2. Chemostat. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org.
3. N. Ziv, NJ Brandt, & D. Gresham (2013). Ang Paggamit ng Chemostats sa Microbial Systems Biology. Journal ng mga visualized na eksperimento.
4. A. Novick & L. Szilard (1950). Paglalarawan ng chemostat. Science.
5. J. Monod (1949). Ang paglaki ng mga kultura ng bakteryaAnnual Review ng Microbiology.
6. D. Gresham & J. Hong (2015). Ang functional na batayan ng agpang ebolusyon sa chemostats. Mga pagsusuri sa FEMS microbiology.
7. HG Schlegel, at HW Jannasch (1967). Mga Kulturang Pagpapayaman. Taunang Pagsusuri ng Mikrobiolohiya.
8. J. Thierie (2016). Panimula sa polyphasic na nagkalat na sistema ng teorya. (eds) Springer Kalikasan. 210 p.