Иммобилизация клеток

Иммобилизация клеток микроорганизмов методом сорбции уже более 100 лет применяется в таких процессах, как микробиологическое окисление этанола до ацетата, сбраживание углеводородов до этанола. В 40-х годах двадцатого века началось использование адсорбированных клеток микроорганизмов для очистки сточных вод. Иммобилизация микробных клеток методом сорбции успешно применяется для биологической очистки сточных вод, воздуха, извлечения цветных металлов из бедных руд, синтеза ценных химических веществ и т. д. [c.167]

Существует четыре типа иммобилизации клеток прикрепление, внедрение, включение, агрегация. [c.161]

Рис . 4.4. Типы иммобилизации клеток [c.161]

Не менее важными направлениями исследований являются иммобилизация клеток и создание методами генотехники (генного инженерного конструирования) промышленных штаммов микроорганизмов —продуцентов витаминов и незаменимых аминокислот. В качестве примера медицинского применения достггжений биотехнологии можно привести иммобилизацию клеток щитовидной железы для определения тиреотропного гормона в биологических жидкостях или тканевых экстрактах. На очереди-создание биотехнологического способа получения некалорийных сластей, т.е. пищевых заменителей сахара, которые могут создавать ощущение сладости, не будучи высококалорийными. Одно из подобных перспективных веществ —аспартам, который представляет собой метиловый эфир дипептида—аспартилфенилаланина (см. ранее). Аспартам почти в 300 раз слаще сахара, безвреден и в организме расщепляется на естественно встречающиеся свободные аминокислоты аспарагиновую кислоту (аспар-тат) и фенилаланин. Аспартам, несомненно, найдет широкое применение [c.164]

Известно много методов для иммобилизации клеток включение в различные гели, например, в полиакриламидный гель, агар, в мембраны из поливинилового спирта или фоточувствительных полимеров, в белковые мембраны, сшитые диальдегидом крахмала адсорбция на различных целлюлозах и крупнопористой керамике ковалентное связывание с активированным силикагелем. [c.166]

В научно-технической литературе имеются разнообразные данные об иммобилизации клеток на носителях. При этом выделяются несколько групп сорбентов [c.557]

Сорбционный метод иммобилизации клеток микроорганизмов является вполне конкурентоспособным по отношению к новейшим методам, основанным ка механическом включении и химическом связывании клеток. В то же время он дешевый, стабильный, универсальный и прост в осуществлении [9]. [c.168]

Наряду с иммобилизацией ферментов в последнее время все большее внимание уделяется иммобилизации клеток и субклеточных структур. Это объясняется тем, что при использовании иммобилизованных клеток отпадает необходимость вьщеления и очистки ферментных препаратов, применение кофакторов создается возможность получения полиферментных систем, осуществляющих многостадийные непрерывно действующие процессы. [c.93]

Иммобилизация клеток в виде монослоев. С помощью стерильной микропипетки с фиксированным объемом суспензию клеток вносят в лунки специальных полистирольных плат, используемых для культивирования в монослое иммобилизованных клеток-мишеней, добавляя гликопротеины сыворотки и факторы связывания (рис. 10.2). [c.319]

Для иммобилизации клеток могут быть использованы разнообразные твердые органические и неорганические, природные и искусственные материалы, а также волокна полимерные и углеродные. Параметры пористой структуры для всех носителей представленны в табл. 10.35. [c.557]

Следует отметить, что иммобилизация клеток позволяет повысить не только селективность биокатализатора, по и его стабильность, в том числе при работе в органическом растворителе. Так, живые клетки пекарских дрожжей, включенные в гранулы геля альгината натрия, покрытые сверху полиуретаном, осуществляют катализ в изооктане в течение 1200 ч без существенной потери активности [61]. [c.288]

Иммобилизация клеток может быть естественным процессом (оба приведенных выше примера часто встречаются в природе) или может быть вызвана химическими или физическими способами, если использование иммобилизованных клеток сулит какие-либо выгоды при проведении процесса. Именно развитие методов управления искусственной или индуцированной иммобилизацией привело в настоящее время к осознанию преимуществ применения в биологических реакторах иммобилизованных клеток. Это не означает, что использование иммобилизованных кле- [c.166]

В данной главе описаны некоторые методики клеточной иммобилизации и приведены характеристики иммобилизованных клеток. В связи с разнообразием типов иммобилизации клеток разнообразны и конструкции реакторов, используемых в различных процессах. Ниже будут рассмотрены эти процессы, а также основные эксплуатационные характеристики реакторов. [c.167]

Рис. 10.2. Иммобилизация клеток-мишеней на твердой подложке ГС — гли-копротеины сыворотки ФС — факторы связывания

В настоящее время разработано большое число методов иммобилизации, многие из которых повторяют приемы иммобилизации ферментов. В определенной мере выбор методики определяется желаемым физиологическим состоянием клеток и целью, с которой они применяются. На рис. 5.1 представлены типы физиологического состояния иммобилизованных клеток. Понятно, что некоторые методы не подходят для всего спектра состояний, другие же практически в равной степени пригодны для иммобилизации клеток в любом физиологическом состоянии. Методы иммобилизации можно разделить на группы согласно используемому физическому процессу прикрепление, внедрение, включение и агрегация. [c.169]

Исключительно важное значение химия поверхности адсорбентов и носителей имеет в газовой и жидкостной хроматографии для анализа сложных смесей, препаративного выделения чистых веществ и управления технологическими процессами. Химия поверхности играет важную роль и в процессах, протекающих в биологических системах. К ним относится, в частности, взаимодействие биологически активных веществ, в том числе лекарственных препаратов, с рецепторами — местами их фиксации в организме. Изучение модифицирования поверхности необходимо для решения вопросов совместимости искусственных материалов с биологическими. Химическое модифицирование адсорбентов применяется при разработке эффективных методов вывода из крови разного рода токсинов (гемосорбция). Прививка к поверхности крупнопористых адсорбентов и носителей соединений с определенными химическими свойствами необходима для иммобилизации ферментов, их хроматографического выделения и очистки, а также для иммобилизации клеток. Иммобилизованные ферменты и клетки эффективно используются в промышленном биокатализе, обеспечивая высокую избирательность сложных реакций в мягких условиях. Очистка и концентрирование вирусов гриппа, ящура, клещевого энцефалита и других для получения эффективных вакцин требует применения крупнопористых адсорбентов с химически модифицированной поверхностью. [c.6]

Большинство современных биореакторов представляют собой ферментеры для периодического культивирования с перемешиванием. Однако проблема иммобилизации клеток тесно связана с непрерывным культивированием. Кроме того, в ферментерах с перемешиванием частицы с иммобилизованными клетками часто разрушаются. Поэтому необходимо создавать другие типы реакторов для использования иммобилизованных клеток. Несмотря на большое число статей, посвященных методам иммобилизации клеток, практически отсутствует подробное рассмотрение реакторов с иммобилизованными клетками. [c.174]

Иммобилизация клеток микроорганизмов и ферментов [c.124]

Реакторы этого типа широко распространены и, по крайней мере в лабораторной практике, весьма удобны. Обычно именно они используются при апробировании новых методов иммобилизации клеток. В них трудно, однако, производить количественную оценку и масштабировать процесс. Реакторы идеального вытеснения с неподвижным слоем и однократным протоком могут обеспечить высокую скорость реакции благодаря высоким концентрациям субстрата, но из-за низкой скорости потока имеют относительно низкие коэффициенты тепло- и массопереноса. В реакторах с неподвижным слоем удается достичь более высоких значений этих характеристик и лучшей управляемости процессом за счет рециркуляции. [c.176]

Один из технологических приемов — иммобилизация клеток и/ или ферментов на(в) твердом носителе. В зависимости от природы носителя и механизма прикрепления иммобилизация бывает нескольких видов (рис. 173). Возможно также сочетание нескольких видов иммобилизации. Необходимо помнить, что иммобилизация — это не просто изменение пространственного положения продуцента для удобства работы с ним, но и значительные преобразования его жизнедеятельности за счет изменения свойств поверхностных структур клетки (в частности, ЦПМ) и образования новой поверхности раздела фаз. Примеры некоторых производственных процессов, основанных на использовании закрепленных клеток, приведены в табл. 35. [c.311]

Важным параметром, влияющим на создание напора жидкости и коэффициент массопереноса, является плотность частиц. В теоретической работе Рида, посвященной массопереносу от неподвижной сферы в жидкость в псевдоожиженном слое, предполагалось, что коэффициент массопереноса (число Шервуда) зависит от относительной разности плотностей частиц носителя и среды, выраженной в виде (ртв —Рж)/Рж, где ртв и рж —плотности частиц носителя и жидкости. В дальнейшем эта зависимость получила экспериментальное подтверждение [346], показатель степени зависимости числа Шервуда от относительной разности плотностей равен 0,37. Поэтому закономерно предположение о том, что правильный выбор материала носителя увеличит скорость массопереноса от твердой фазы к жидкой в псевдоожиженном слое. Разность плотностей между частицей геля и средой обычно минимальна. Тем не менее иммобилизация в геле — один из наиболее распространенных приемов иммобилизации клеток. При использовании гелевых частиц в реакторе с псевдоожиженным слоем необходимо учитывать, что, пока затраты на создание напора низки, малое различие плотностей твердой фазы и жидкости не приведет к высокой скорости массопереноса. Небольшое различие между скоростью жидкости и конечной скоростью осаждения частиц дестабилизирует систему. [c.179]

Традиционные области использования водорастворимых полисахаридов фармация, пищевая, металлургическая и нефтедобывающая промышленность. В последние годы возрос интерес к ПС, использующимся для концентрирования биомасс, иммобилизации клеток и ферментов и др. [c.80]

Анализ литературных и патентных данных, посвященных флокуляции объектов биологической природы, показывает неуклонную тенденцию роста научного и практического интереса в этой области знаний. Так, если в 50-60-е годы они были связаны исключительно с концентрированием суспензий микроорганизмов и вирусов, то к настоящему времени область практического применения флокулянтов существенно расширилась. Основные отрасли, в которых метод флокуляции находит практическое применение, это — микробиологическая, медицинская, пищевая промьппленность и водоочистка. Важнейшие направления исследований и практического применения флокулянтов концентрирование биомассы, очистка культуральных жидкостей и питательных сред от клеточного материала и других примесей, очистка и концентрирование растворов ферментов, антибиотиков, других продуктов микробного синтеза, иммобилизация клеток и ферментов, очистка сточных вод (см. схему на рис. 6.1). [c.117]

Количество иммобилизованных клеток увеличшаетсн при повышении удельной поверхности носителя, и поэтому для закрепления большого количества микробных клеток используют. волокнистые, перфорированные, пористые гранулированные носители. При использовании для иммобилизации клеток Arthroba ter globiformis керамических носителей с контролируемой поверхностью установлено, что количество иммобилизованных клеток существенно зависит от структуры пор сорбента. У образцов сорбентов с узкими порами [c.167]

Проведен выбор носителя для иммобилизации клеток Вас. megaterium 1ВД - активного деструктора углеводородов нефти. Выбор проводили по показателям водопоглощения, водоотдачи. [c.169]

Иммобилизация клеток разными методами (в Са-альгинатном геле, в комплексных системах с хитозаном, в керамических мембранах) показала принципиальную возможность ведения процесса без потери активности клеток, операционную и простую стабильность. [c.146]

В Институте биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР разработан метод включения клеток My oba terium globi-formis в полупроницаемые мембраны из поливинилового спирта. Для иммобилизации клеток был приготовлен 10%-ный раствор [c.205]

Иммобилизация клеток на твердой подложке в многолуночных полистирольных платах создает идеальные условия для выполнения различных операций при биотестировании. Так, значительно упрощаются процедуры введения и удаления тестируемых и стандартных препаратов. При этом клеточный монослой практически не нарушается. Уникальная пространственная конфигурация клеток, организованных в монослои, способствует быстрому и одновременному действию гормона на все клетки, благодаря чему достигается почти одинаковый ответ всех клеток. Так как повторы культур во всех лунках структурно идентичны, то с помощью иммобилизованных клеток удается достичь высокой чувствительности и хорошей воспроизводимости результатов. Основное требование, предъявляемое к биотесту, заключается в том, что каждая отдельная доза гормона должна быть проверена на достаточном количестве объектов или повторов. Это требование полностью удовлетворяется при использовании иммобилизованных клеток единственного монослоя, поскольку в пределах одной и той же платы все инкубационные лунки, а следовательно, и все монослои находятся в одинаковых условиях с точки зрения температуры, влажности, концентрации Og в воздухе и состава питательной среды. [c.320]

В качестве микроносителей применяют положительно заряженные ДЕАЕ-сефадексы, сефадексы с коллагеновым покрытием, отрицательно заряженный полистирол, полые стеклянные сферы и др. Так, например, отдельные фирмы предлагают микросферы из пористого шлачного стекла (рис. 154), которые могут быть использованы для иммобилизации клеток млекопитающих. Поры их доступны для пенетрации (от лат. репе1га11о — проникновение) клеток внутрь матрикса, облегчая трехмерную колонизацию внутренней поверхности носителя, что способствует взаимодействию метаболизирующих соседствующих клеток и пода,ержанию их возросших жизнеспособности и продуктивности. Пористые сферы пригодны для иммобилизации прилипающих и суспензионных клеток (например, гибридом). [c.540]

Иммобилизация клеток микроорганизмов в альгииате, по-ли фетане, каррагинане или на цеолите также сиособствует увеличению селективности восстановления карбонилсодержащих соединений [60]. Однако селективные свойства иммобилизованного биокатализатора и скорость трансформации в значительной стенени зависят от размера гелевых гранул. [c.288]

Для чего нужна иммобилизация клеток В принципе, клеточная иммобилизация как прокариотических, так и эукариотических клеток позволяет создавать биочастицы любого размера, объема и плотности. Одной из важнейших особенностей процесса клеточной иммобилизации является возможность достижения чрезнычайно высокой концентрации клеток, что, наряду с легкостью отделения иммобилизованных клеток от жидкой фазы, обусловливает ряд преимуществ и способов усовершенствования процесса. [c.167]

Клетки естественным образом прикрепляются к поверхности и по мере роста образуют активную пленку. Толщина пленки может составлять один слой клеток, как в случае иммобилизации клеток тканей животных [320], или несколько миллиметров, как в случае микроорганизмов, применяемых для очистки сточных вод. Клетки, которые не способны к естественному прикреплению к поверхности, могут быть прикреплены с помощью химических способов, таких как сшивание с помощью глутарового альдегида, или прикрепление к кремнийсодержащим носителям с помощью силанизации, или хелатообразова-ние с оксидами металлов [315]. В этих случаях прочность прикрепления такая же, как и при естественной адгезии. [c.171]

В процессах иммобилизации клеток нашли применение водорастворимые полиэлектролиты. Нетоксичный флокулянт хитозан использовали [c.126]

При иммобилизации клеток путем прикрепления особое внимание следует уделять правильному подбору носителя, пригодного для промышленного использования, и заселению его нужным микроорганизмом или популяцией микроорганизмов с возможно большей плотностью [321]. Стратегия выбора носителя для иммобилизации клеток обсуждается в обзоре Колота [322], кроме того, как и в обзоре Герсона и Зайка [323], в нем содержится информация о типах носителей, необходимых для отбора клеток определенного типа. [c.171]

Развитие и расширение применения методов иммобилизации клеток приводят к постановке многих новых интересных, но трудных проблем управления физиологией клетки. Биокатали-тические способности, особенно стабильность и ферментационная активность в процессе культивирования, могут быть оптимизированы лишь с учетом физиологического состояния клеток до, во время и после иммобилизации. Один из наиболее трудных моментов связан со сложными и плохо изученными условиями микроокружения, особенно с градиентами физико-механических параметров, которые влияют на клетку внутри носителя. Максимальное внимание уделяется проблеме снабжения кислородом и отвода СО2, но действуют также и другие факторы. У иммобилизованных клеток наблюдаются многочисленные непредсказуемые изменения в росте и метаболизме, некоторые из них благоприятно, а другие отрицательно влияют на процесс. К первым относится повышение стабильности иммобилизованных клеток по сравнению со свободными [378]. Физиология иммобилизованных клеток в настоящее время изучена плохо, но, вероятно, именно она станет одним из наиболее важных аспектов дальнейшего развития технологии на основе иммобилизованных клеток. [c.189]

Существенного повьппения степени иммобилизации клеток и ферментов можно добиться путем предварительной обработки клеток или носителей менее токсичными растворами флокулянтов. Так, иммобилизацию дрожжей Sa . erevisiae (f-потенциал —12 мВ) на порошке КМЦ (f-потенциал —14 мВ) осуществляли путем пропускания через колонку клеток, предварительно обработанных катионным крахмалом в концентрациях, обеспечивающих перезарядку клеток (f-потенциал +27 мВ) [156]. Недавно Синицьшым и соавт. [157] было показано, что обработка стекловолокна катионным флокулянтом ОКФ в 1,7 раза увеличивает сорбируемость на нем дрожжей Sa . erevisiae. В процессе получения этанола из глюкозы производительность реактора с иммобилизованными клетками была в 1,5 раза выше, чем для стекловолокна, не прошедшего обработку флокулянтом. Клетки на носителях, обработанных флокулянтом, сохраняют биологическую активность в течение 30 сут. Использование дрожжей, иммобилизованных с использованием флокулянта ОКФ, позволяет ускорить процесс брожения в 3 раза и более [c.125]

Перспективным направлением является использование магнитных носителей, которые позволяют интенсифицировать массоперенос в реакторе, что особенно ценно при проведении аэробных реакций. Магнитные частицы могут служить основой биореакторов непрерьшного культивирования, поскольку магнитные поля удерживают частицы более эффективно, чем мембраны. Недавно в США фирмой Саре— ode Resear h разработан носитель для иммобилизации клеток на основе триацетата целлюлозы, содержащий магнитный порошок (пат. 4612247 США). Основной задачей остается поиск наилучшего способа прикрепления биокатализаторов. Представляется, что в решении этой проблемы значительный прогресс может быть достигнут с использованием флокулянтов. Медведев и соавт. показали, что использование флокулянтов (ПЭИ, хитозана и др.) позволяет проводить совместное осаждение бактериальных клеток ЕхоИ и частиц магнитной жидкости с образованием флокул, седиментация которых заметно ускоряется при наложении магнитного поля. [c.126]

Таким образом, методы иммобилизации клеток микроорганизмов, как полученных с применением флокулянтов, так и автофлокулирующих, позволяет [c.136]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология