Экспоненциальный рост культуры

В периодической культуре переход от экспоненциальной фазы роста к стационарной может вызываться многими причинами, в том числе нехваткой важного питательного компонента или образованием токсичного метаболита. Если такой переход вызван нехваткой питательного компонента, то при добавлении свежей среды рост культуры будет продолжаться. Чтобы поддерживать экспоненциальный рост культуры с постоянной скоростью, скорость добавления среды и объем культуры в закрытой системе следует увеличивать экспоненциально. Такой способ поддержания роста называют периодическим культивированием с подпиткой [19]. Способ с периодическим удалением культуральной среды, позволяющим добавлять свежую среду, называют длительным периодическим культивированием или отъемно-доливным культивированием. Непрерывное культивирование отличается от периодического, периодического с подпиткой и отъемно-доливного тем, что при нем скорость подачи среды и скорость удаления культуры одинаковы. [c.412]

Пересевы культур микроорганизмов (главным образом аспо-рогенных) проводятся на свежие питательные среды один-два раза в месяц (иногда еженедельно) спорогенные бактерии, актиномицеты, дрожжи и мицелиальные грибы пересевают через два-три месяца. Время инкубации до начала хранения не должно превышать периода экспоненциального роста культуры. Как правило, культуры, находящиеся в начале стационарной фазы роста, лучше переносят условия хранения. Частые пересевы, особенно на жидкие среды, вызывают изменение свойств, способствуют возникновению спонтанных мутантов, которые могут снижать активность продуцентов биологически вал<ных веществ. Для хранения следует использовать генетически однородную популяцию на плотной среде (если они на ней растут). Для предотвращения возможных изменений в популяции лучше приготовить серию субкультур, полученных из одной родительской культуры. Микроорганизмы между пересевами хранят в темноте при температуре от 5 до 20 °С. [c.150]

При переносе бактерии на новую среду экспоненциальному росту обычно предшествует лаг-период. Со временем экспоненциальным рост прекращается, и культура переходит в стационарную фазу. За ней обычно следует относительно быстрая гибель клеток. [c.40]

Е. соИ и многие другие микроорганизмы, которые используются для экспрессии чужеродных белков, обычно растут только в присутствии кислорода. К сожалению, растворимость кислорода в водных средах ограничена, а по мере увеличения плотности культуры содержание растворенного кислорода в культуральной среде быстро падает. Более того, поскольку кислород растворяется очень медленно, эту проблему нельзя рещить простым продуванием через среду воздуха или кислорода даже при интенсивном перемешивании. При уменьшении концентрации кислорода экспоненциальный рост замедляется и культура медленно переходит в стационарную фазу, характеризующуюся другим метаболическим статусом. Одним из последствий этого является образование в клетках протеиназ, которые могут расщеплять белок-мишень. Проблему аэрации культуральной среды пытались решить разными способами изменением конструкции биореактора, повышением интенсивности продувания воздуха и перемешивания, добавлением в среду веществ, увеличивающих растворимость кислорода. Все это, однако, не привело ни к каким ощутимым результатам. [c.122]

Рис. 10.12. Графический анализ клеточного цикла. Культуры клеток комара Aedes albopti us в чашках Петри диаметром 5 см регулярно анализировали для установления продолжительности времени удвоения (принимаемого за время генерации). После установления экспоненциального роста культуры к клеткам добавляли Н-тимидии и колцемид и клетки продолжали инкубировать для определения процента меченых клеток, митотического индекса и <02. Способ построения графика указан в тексте (см. разд. 10.7,4).

Обычно ход глубинного периодического культивирования выглядит следующим образом. На начальной стадии культивирования сразу после инокуляции продуцент адаптируется к новым условиям. В этот период биомасса почти не образуется и источник углерода (суспензия целлюлозы или измельченного подходящего целлюлозосодержащего материала, например, свекловичного жома) почти не расходуется. Затем наступает логарифмическая, или экспоненциальная, фаза роста культуры, когда количество биомассы в ферментере растет по экспоненциальному закону, а содержание источника углерода быстро снижается. После этого образование биомассы замедляется и культура переходит в стационарную фазу, когда число вновь возникающих клеток равно числу отмирающих. Наконец, последняя фаза - отмирание, когда происходит автолиз клеток под действием собственных ферментов и количество биомассы снижается. [c.110]

Клетки, взятые во время лаг-фазы и на первых стадиях экспоненциального роста, адсорбируются слабо. Максимум адсорбции для многих культур приходится к середине фазы экспоненциального роста. [c.427]

Если для периодической культуры наблюдается экспоненциальный рост, то это означает, что для широкого круга субстратов и в широком диапазоне их концентраций скорость роста фактически не зависит от концентрации субстрата. В этом случае процесс роста следует кинетике нулевого порядка и можно ожидать, что потребление субстрата будет подчиняться следующему уравнению ферментативной кинетики [c.406]

Величина клеток и содержание в них белка у многих бактерий тоже остаются в экспоненциальной фазе постоянными. В известном смысле можно сказать, что бактериальная культура в этом случае состоит из стандартных клеток . Если точно установлено, что число клеток, содержание в них белка и их сухая биомасса увеличиваются с одинаковой скоростью, то за ростом культуры можно следить, пользуясь каким-нибудь одним из этих показателей. [c.196]

Длительность лаг-фазы (Т]). Это параметр, очень важный для суждения о свойствах бактерий или о пригодности среды. Его определяют как промежуток времени между моментом г, в который культура достигла определенной плотности Хг, и моментом в который она могла бы достичь такой же плотности, если бы сразу же после инокуляции начинался экспоненциальный рост (индекс 1 означает лаг-фазу, индекс г-реальный рост, а индекс идеальный рост) [c.199]

Поскольку параметр Т пригоден лишь для сравнения двух культур с одинаковыми скоростями экспоненциального роста, рекомендуется измерять длительность лаг-фазы не в абсолютных, а в физиологических единицах (время генерации д). Разность между наблюдаемым ростом и вычисленным идеальным, выраженная числом, кратным времени генерации, равна Ь= Таким образом, величина показывает, на сколько удвоений (генераций) реальная культура отстает от идеальной, которая с самого начала росла бы экспоненциально. Эту величину обычно используют при сравнении данных, характеризующих влияние различных питательных веществ, ингибиторов роста и условий культивирования. [c.199]

В периодической культуре условия все время меняются плотность популяции бактерий возрастает, а концентрация субстрата уменьшается. Во многих физиологических исследованиях представляется, однако, желательным, чтобы клетки могли долгое время находиться в фазе экспоненциального роста при постоянной концентрации субстрата в неизменных прочих условиях. В какой-то мере приблизиться к такому положению можно, многократно и достаточно часто перенося клетки в новую питательную среду. Той же цели было бы, очевидно, проще достичь, если в сосуд, содержащий популяцию растущих бактерий, непрерывно вводить новый питательный раствор и одновременно удалять из него соответствующее количество бактериальной суспензии. Именно [c.199]

Совсем иное дело, если механизм изменчивости микробов мутационный. Тогда мутации возникали с течением времени за весь период роста каждой культуры. Вероятность мутации — малая величина поэтому число мутаций вначале было мало и, следовательно, статистические флюктуации были относительно велики. А затем каждая клетка, в том числе и мутировавшая, размножалась экспоненциально, и в результате образовывались миллионы резистентных клеток. Тем самым флюктуации числа мутантов также колоссально умножились. Качественно это легко понять. Пусть в какой-то интервал времени образовалось среднее число мутантов Av. До момента окончания роста культуры каждый из мутантов размножился в А, раз. Ясно, что в этом случае Var Av=Av, так как отдельные мутации независимы и подчинены закону Пуассона. Но мы измеряем на опыте дисперсию не мутаций, а чисел уже размножившихся резистентных клеток Ар== = A,Av. Среднее квадратичное отклонение Ар будет [c.302]

Через 6—7 дней, когда культура находилась еще в стадии экспоненциального роста, а плотность достигала 2,2-10 клеток/мл, биомасса водорослей отделялась центрифугированием от жидкой фазы и обрабатывалась согласно разработанной схеме. [c.96]

Под биологической борьбой с вредителями традиционно понимают регулирование их численности естественными врагами — хищниками, паразитами и патогенами. Это одна из форм управления популяциями, предотвращающая их неконтролируемый экспоненциальный рост (разд. 10.7.3 — кривые роста), т. е. демографические взрывы . Некоторые ученые относят к биологическим методам борьбы и генетические манипуляции. Под агротехнической борьбой с вредителями, иногда считающейся разновидностью биологической, понимают такие методы защиты растений, как специальные севообороты, особую обработку почвы, применение смешанных культур, удаление послеуборочных остатков с поля, перенос сроков сева и уборки на периоды, неблагоприятные для фитофагов и (или) способствующие росту популяций хищников и т. д. [c.434]

Если питания достаточно и ничто не ингибирует рост культуры, он происходит с постоянной скоростью. Написанное выше уравнение для фазы роста с постоянной скоростью (экспоненциальной фазы) принимает вид [c.174]

Установлено, что в фазу приспособления и раннего экспоненциального роста осмотическая концентрация внутриклеточных веществ является максимальной. Протоплазма в этой стадии развития культуры активно синтезирует новые вещества (и, по-видимому, наиболее интенсивно вещества, ответственные за дыха не и служащие в качестве строительных блоков большинства углеводов, липидов, нуклеиновых кислот, белка), [c.111]

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 [51] может перевести экспоненциальный рост в линейный. [c.381]

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 [c.381]

УФ-лучи. Простым и удобным методом получения мутантов разного типа у ряда микроорганизмов является УФ-облучение. Для этого используются любые источники света с максимумом испускания в коротковолновой области (около 254 нм), например бактерицидные лампы. Поскольку УФ-лучи являются относительно слабым мутагеном, то наилучшие результаты получают при низкой выживаемости клеток (0,1 —1,0%). Необходимо помнить,, что УФ-лучи практически полностью поглощаются стеклом, поэтому при облучении суспензию вегетативных клеток или спор помещают в открытый сосуд, например чашку Петри. Чтобы исключить, эффект экранирования, следует использовать суспензии с концентрацией не выше 5-10 клеток/мл и проводить облучение в буферных растворах. Летальный эффект УФ-лучей зависит от физиоло-гического состояния клеток, прежде всего от их возраста. Обычно в фазе экспоненциального роста культуры клетки более чувствительны к УФ-лучам, чем в стационарной фазе. Кроме того, облучение и дальнейшую инкубацию клеток микроорганизма следует проводить в условиях, исключающих фотореактивацию, т. е. в темноте. [c.175]

После лаг-фазы следует логарифмическая, или экспоненциальная, фаза II, в которой клетки размножаются с максимальной для данной культуры скоростью. Вследствие этого запас необходимых питательных веществ в среде уменьшается, кроме того, происходит накопление различных продуктов обмена веществ, которые в определенной концентрации могут мешать нормальному протеканию биохимических процессов обмена веществ. Иногда в питательной среде накапливается так много клеток, что не хватает пространства, а конкретнее, поверхности для новых поколений клеток. Именно через поверхность происходят процессы обмена — попадание питательных веществ в клетку и выведение метаболитов. Если клетка находится в тесном окружении других клеток, то площадь поверхнодаи уменьшается и вместе с тем снижается интенсивность процессов обмена. Скорость роста культуры также уменьшается, если сокращается поверхность клеток на единицу объема. Это происходит при увеличении размеров клеток и, таким образом, особенно для клеток сферической формы, значительно ухудшаются условия питания. [c.64]

Когда субстрат присутствует в избытке (т. е. при >> К ), ц = и достигается максимальная скорость роста культуры в экспоненциальной фазе. Как правило, величина настолько мала, что концентрация субстрата редко становится сравнимой с во время экспоненциальной фазы. Например, в случае Es heri hia oli для глюкозы равна примерно 1 мг/л, а начальная концентрация глюкозы в среде обычно составляет около 10 ООО мг/л. Однако в конце экспоненциальной фазы субстрата остается мало, и S может стать ниже К . При S< быстро наступает фаза замедления. Она может быть очень кратковременной или даже практически незамет- [c.352]

Во второй — экспоненциальной, или логарифмической, фазе роста — культурам свойственна максимально возможная для дан-1ЮГ0 вида скорость деления, если все факторы роста оптимальны. В этой фазе ритм воспроизведения остается постоянным, количество бактерий должно увеличиваться в геометрической прогрессии. В результате постоянного истощения среды (при стационарной культуре) и накопления метаболитов скорость де- [c.34]

Например, клетки Mi ro ystis aeruginosa наиболее чувствительны к воздействию химических веществ в так называемый адаптивный период (10— 20 дней от момента посева культуры), в начальный период логарифмического и экспоненциального роста (25—35-й день культивирования). Создание неблагоприятных условий в эти периоды может резко затормозить или даже полностью погубить водоросли. [c.200]

После приготовления шкалы разведения или растворов испытываемых на токсичность веществ, в каждую колбу вносят культуру водорослей, находящуюся в конце фазы экспоненциального роста в таком количестве, чтобы плотность культуры водорослей в растворе не превышала 2—3 млн. кл/мл. При этом необходимо обращать внимание на то, чтобы исходное количество водорослевых клеток во всех колбах было приблизительно одинаковым. Содержание колб тщательно перемешивают и помещают в люминостат. Испытания проводятся при одинаковой температу- [c.223]

Коэффициент 0,5 представляет собой произвольную величину, введенную для удобства (чтобы параметр мог варьировать в пределах от О до 1). Таким образом, энергетический заряд клетки служит мерой ее обеспеченности высокоэнергетическими соединениями в расчете на общее число аденозиновых единиц (аденилатов). Величина его равна единице, когда весь аденилат представлен в форме АТР, и нулю, когда в клетке имеется только АМР. Для клеток в экспоненциальной фазе роста культуры эта величина обычно близка к 0,8. [c.497]

ТОЧНО периоду развития клеток относится их подготовленность к трансформации. Известно, однако, что необходимо взять экспоненциально растущую культуру, в которой присутствуют клетки во всех фазах жизненного цикла, чтобы трансформация оказалась осуществимой. Культура, достигшая стационарного состояния, т. е. прекратившая рост, не содержит практически клеток, способных к трансформации. В экспоненциально растущей культуре также могут наблюдаться периодические колебания числа подготовленных клеток, связанные, видимо, с флюктуациями. Вероятность трансформации может колебаться в зависимости от условий в тысячи раз. Чтобы проводить в стандартных условиях опыты по кинетике трансформации, лучше всего взять в качестве объекта культуру клеток экспоненциально растущих и законсервировать их в некоторый момент путем замораяшвания (ниже —20° и в присутствии 10% глицерина в среде, чтобы помешать росту больших кристаллов). [c.344]

Парди и Або удалось синхронизировать деление клеток Е. соИ простым способом, отфильтровав от культуры примерно 10% самых маленьких, а следовательно, и самых молодых клеток. На рис. 143 изображены кривая роста числа клеток в такой культуре и одновременно количеств белка, РНК и ДНК. Так как обе нуклеиновые кислоты и белок растут экспоненциально все время, то независимо от актов деления клеток скорость синтеза ДНК пропорциональна наличной живой массе клеток. В молодых клетках Е. oli количество белка составляет 10" г на 1 клетку, количества ДНК и РНК практически одинаковы и равны 10" г на 1 клетку. В конце цикла роста перед делением количества удваиваются. Значит, процессы внутриклеточного синтеза идут < j npaKTH4e KH постоянной скоростью. Конечно, если наблюдать за ростом культуры бактерий в течение нескольких десятков времен деления, то обнаруживается нарушение стационарности. Постепенно синтетические процессы в культуре затухают и рост останавливается. Иногда рост лимитирует какой-либо компонент питания, который истощается в питательной среде, иногда процесс роста отравляется вследствие накопления в среде продуктов метаболизма. [c.448]

Вместе с тем простота закономерностей роста, выражаемая в виде экспоненты, делала эту зависимость притягательной для использования ее при проведении технологических расчетов, как это предлагает Л. М. Батунер [2] при определении необходимого уровня аэрации растущей культуры. В общем такой прием допустим, особенно, если речь идет о расчете технологических режимов начальных этапов процесса культивирования, когда отличие роста популяции от экспоненциального закона не проявляется достаточно резко. Положение принципиально не изменится, если даже этот закон будет распространен и на более поздиние сроки культивирования. Это связано с тем, что действительная интенсивность роста, а также и всех метаболических процессов на протяжении процесса культивирования будет ниже того уровня, который был рассчитан в предположении подчинения роста популяции на всем его протяжении экспоненциальному закону. В этом случае можно вполне обоснованно полагать, что растущая культура не будет испытывать недостатка ни в кислороде, ни в других компонентах субстрата, режим подачи в культуру которых (или, наоборот, удаления из культуры) будет заведомо избыточным. Другое дело, что это отражается на экономичности производства и приводит к его необоснованному удорожанию. Однако если условия культивирования (например, температуру или величину pH культуральной жидкости) регулировать по жестко заданной программе, рассчитанной в предположении экспоненциального роста, то с течением времени условия культивирования все больше и больше будут отличаться от заданных и произойдет перерегулирование процесса. И, наконец, реальная производительность процесса культивирования никогда не достигнет проектной, если таковую принимали, исходя из представлений о экспоненциальном законе роста популяции. [c.60]

Установлено, что в экспоненциальной фазе роста культура имеет относительно более высокую физиологическую активность, менее устойчива к воздействию внешних неблагоприятных факторов повышенной температуре, ионизирующему облучению, осмотическому давлению и т. д. [19, 45, 48, 22, 83, 104]. Кроме того, быстро размножающиеся клетки характеризуются высокой иммуногепностью [2, 15, 45, 39]. Получены результаты, свидетельствующие о высокой иммуногенной активности брюшнотифозных дизентерийных коклюшных бактерий в фазе экспоненциального роста популяции и снижении ее по мере замедления скорости размножения культуры. [c.96]

После лагфазы наступает период, когда культура растет с постоянной удельной скоростью и через определенные сроки численность клеток и их суммарный вес удваиваются. Этот период непрерывного роста культуры называется логарифмической , или экспоненциальной , фазой. [c.128]

Рост чистой культуры (популяции или потомства одной клетки какого-либо вида микроорганизмов) в отдельной порции среды в стерильных условиях за счет использования одного питательного субстрата графически описывается известной S-образной кривой, а ее гибель —зеркально противоположной кривой. На суммарной кривой, отражающей полный цикл развития популяции (рис. 9.2), обычно выделяется до 9 фаз / — начальная стационарная // — положительного ускорения роста клеток (/ и // фазы часто объединяют в одну — лагфазу) /// — экспоненциального роста IV — замедления роста V — максимальная стационарная VI — положительного ускорения отмирания бактерий VII — экспоненциальной [c.274]

Именно способность бактерий к быстрому размножению обеспечивает их численный перевес среди живых форм. Тем не менее имеются естественные причины, препятствующие взрывам численности в бактериальных культурах. Независимо от размера сосуда бактериальная культура не может очень долго продолжать расти экспоненциально с периодом генерации 20 мин. Если бы такой рост был возможен, то одна-единственная бактерия Е. соИ через 24 ч образовала бы 2 , или около 10 , потомков, суммарный вес которых составил бы несколько десятков тысяч тонн. Еще через 24 ч экспоненциального роста вес потомков этой бактерии превысил бы в несколько раз вес земного шара. Наша планета, как известно, не превратилась в сплошную массу микробов. И это не только потому, что бактерии исчерпывают питательные вещества, поддерживающие их рост, но и потому, что при росте бактерии непрерывно отравляют окружающую среду, выделяя все большее количество продуктов, токсичных для них самих. Как в природе, так и в лаборатории это отравление среды вызывает вскоре замедление роста — от максимального (наблюдаемого при наиболее благоприятных условиях) вплоть до полной его остановки (когда способность репродукции падает наконец до нуля). На этой стадии, когда не происходит дальнейшего увеличения числа клеток, культура достигает стационарной фазы (фиг. 26). Культуры Е. oli, растущие как Б простой синтетической среде, так и в питательном бульоне, вступают в стационарную фазу, когда концентрация бактерий составляет примерно от 2-10 до 5-10 клеток в 1 мл. [c.56]

Возможность постоянного экспоненциального роста в периодической культуре, хотя и в течение ограниченного времени, свидетельствует о том, что его скорость фактически не зависит от изменений концентрации субстратов в довольно щироких пределах. В этом случае можно говорить о сбалансированном росте культуры (см. выще), который описывается только величиной л. Со временем рост культуры начинает отклоняться от экспоненциального, и его уже нельзя описывать только с помощью одной величины л, даже если можно рассчитать эту величину для случая лимитирования субстратом [уравнение (10.5)]. Moho [44] следующим образом описал со-отнощение между концентрацией субстрата и ростом бактерий в простой системе, находящейся в экспоненциальной фазе [c.378]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология