Кинетические модели роста популяций микроорганизмов

Кинетическая кривая роста микроорганизмов в процессе микробиологического синтеза (в биохимических реакторах) при периодическом способе культивирования имеет сложный характер и состоит из ряда фаз [44, 45] лаг-фазы, переходной фазы, экспоненциальной фазы, фазы затухающего роста, стационарной фазы, фазы гибели микроорганизмов. В первый период (лаг-фаза) численность популяции не увеличивается, что соответствует реакции нулевого порядка. Аналогичная зависимость имеет место в стационарной фазе. Для остальных периодов кинетика оказывается более сложной. В качестве кинетической модели роста популяции в условиях периодического процесса наиболее часто используют модель Кобозева. Модели расчета биохимических реакторов широко освещены также в [46— 48]. [c.36]

КИНЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РОСТА ПОПУЛЯЦИЙ МИКРООРГАНИЗМОВ [c.90]

Мы ограничились рассмотрением основных уравнений роста, однако в литературе по проблемам экспериментальной и технической микробиологии представлено довольно большое количество математических моделей, предложенных для количественного описания процесса роста популяций микроорганизмов, в основу которых положено допущение увеличения численности популяции по экспоненциальному закону, на которое накладываются различные тормозящие и лимитирующие воздействия. В результате раздельного или совокупного влияния этих факторов на размножение или гибель микробных клеток (все зависит от точки зрения автора модели) кинетическая кривая преобразуется из ожидаемой экспоненты в 5-образную (сигмоидную) кривую насыщения. [c.87]

Характерной особенностью роста популяции микроорганизмов является зависимость удельной скорости роста клеток от концентрации субстрата или продукта биосинтеза. Графики на рис. 2.9 иллюстрируют щироко используемые при анализе кинетических закономерностей зависимости. Основной вид зависимостей (рис. 2.9, а, б, й) аналогичен 5-образной кривой с насыщением, однако повышение концентрации питательного субстрата может вызывать и ингибирующий эффект (рис. 2.9,г). Практически важна ситуация, когда продукты метаболизма при определенной их концентрации в среде ингибируют рост клеток (рис. 2.9, д, е, ж). Совместное влияние субстрата и продуктов метаболизма иллюстрирует зависимость на рис. 2.9, з. Достаточно общий случай взаимодействия субстрата и продукта метаболизма, влияющего на удельную скорость роста, отражает модель Моно—Иерусалимского [c.61]

Кинетические модели роста популяции микроорганизмов, составляя основу общей математической модели процесса в биохимическом реакторе, не могут отразить всю сложную совокупность [c.54]

Как уже.отмечалось, построение кинетической модели роста популяции микроорганизмов должно обязательно включать анализ предполагаемого механизма процесса и последующее составление его схемы. Эта схема, отражающая возможные стадии перехода субстрата питательной среды в организованную биомассу популяции, должна учитывать, естественно, на определенном уровне абстрагирования основные характерные черты изучаемого процесса. Следует иметь в виду, что при последующем прак- [c.105]

В результате анализа установлено, что, несмотря на значительную сложность системы клетка — среда, закономерности роста популяции микроорганизмов могут быть представлены относительно простой математической моделью. Для этого необходимо в схеме предполагаемого механизма роста популяции достаточно строго отразить характер взаимодействия двух обобщенных кинетических единиц — клеток и субстрата. [c.106]

Биохимические процессы. Эта группа процессов представляет собой наиболее сложную стохастико-детерминированную систему, осложненную биологической кинетикой, т. е. описанием явлений развития популяций живых клеток. Поэтому математическое оп1Ь еание должно быть дополнено соотношениями, определяющими кинетику их роста. Поскольку в настоящее время отсутствует достоверное описание внутриклеточных явлений, то при моделировании биохимических процессов чаще всего используются обобщенные кинетические модели роста популяции микроорганизмов, формируемые на основе приближенных моделей роста единичной клетки, транспортирования и превращения субстрата в клетке, физио-лого-биохимической или возрастной модели клеток [1, 50]. [c.137]

Попытку построения кинетической модели растущей популяции микроорганизмов предпринял Пиррет [127]. Он также обратился к распределительной модели, в которой популяция отождествлена с открытой системой, где протекают различные реакции метаболизма. Автор сравнил поведение простой линейно открытой системы фиксированного объема, в которой протекают гомогенные мономолекулярные реакции, и открытой системы, где протекают разветвленные последовательные реакции. Было показано, что именно разветвленная кинетическая схема, включающая стадию автокатализа, способная к эндогенному расширению, достаточно строго может описать наблюдаемые феномены роста популяции микроорганизмов. В противоположность Хиншельвуду, связывающему механизм регуляции роста с сорбционными процессами насыщения активных поверхностей биологических структур, Пиррет роль регулятора процесса видит в стадии автокатализа. Вместе с тем сходство обоих кинетических подходов заключается в том, что в основу модели положено представление об экспоненциальном росте, регулируемом через сорбцию или автокатализ. При этом скорость увеличения объема (или массы) рассматривается в любом случае только пропорциональной самому объему (или массе). Б обоих случаях авторы не провели строгой количественной проверки предложенных ими схем, а ограничились хотя и корректным, но лишь качественным рассмотрением поведения системы и объяснением наблюдаемых феноменов. Что же касается строго математического описания системы, то они, естественно, не располагали достаточным фактическим материалом в отношении кинетических характеристик всех отдельных стадий цепи (или сетки) метаболитических реакций, без знания которых проведение расчетов бессмысленно. Однако в этих работах было показано, что использование приемов формальной химической кинетики сложных реакций вполне приемлемо при описании процесса роста популяции в целом. [c.94]

Рассмотрим далее основные подходы к разработке количественных закономерностей роста микроорганизмов. В табл. 2.4 представлены кинетические модели, полученные на основе обобщенных схем ферментативных реакций и наиболее щироко применяемые в практических задачах расчета процесса культивирования микроорганизмов. Другой подход к описанию кинетики роста популяции микроорганизмов (динамики изменения численности или массы) разработан на основе логистического закона с использова- [c.57]

На первом этапе исследования в лабораторных условиях и при использовании аппаратуры, обеспечивающей протекание процесса роста популяции микроорганизмов в кинетической области (в отношении газообразных низкорастворимых компонентов, например кислорода или метана), изучаются законы элементарного акта (или актов) микробиологического синтеза, которые не зависят от масштабов эксперимента. Результатом такого исследования должно явиться создание математической модели элементарного акта в форме кинетического уравнения (или системы уравнений и, возможно, неравенств), описывающих закономерности роста популяции микроорганизмов, а в качестве следствия этой основной модели — описание также процесса потребления компонентов питательной среды и выделения продуктов метаболизма. В данной же серии экспериментов на основании устанавливаемых количественных зависимостей величин параметров или констант, входящих в полученную математическую модель изучаемого процесса, от условий его осуществления проводится оптимизация процесса по выходу целевого продукта. Это в первую очередь касается состава питательной среды, зна- [c.6]