Иммобилизованные клетки

Вудворд Дж. Иммобилизованные клетки и ферменты. Методы. - М. Мир, 1988. - 536 с. [c.194]

Некоторые биотехнологи предпочитают иммобилизованным ферментам иммобилизованные клетки. Действительно, вьщеление, очистка и иммобилизация ферментов являются трудоемким и дорогостоящим процессом. Однако во многих случаях цель оправдывает средства, и иммобилизованные ферменты все больше находят применение в биотехнологии. Если клетки синтезируют ферменты, которые смогут повлиять на фермент или субстрат основной реакции, то применение иммобилизованных клеток нецелесообразно. И напротив, при отсутствии факторов, мешающих катализу основной реакции, иммобилизация микробных клеток возможна и целесообразна. [c.91]

С помощью ферментов микроорганизмов возможно и проведение многостадийных процессов. Например, иммобилизованные клетки дрожжей способны синтезировать глутатион из глюкозы и фосфата, что требует последовательного действия нескольких ферментов. [c.64]

Иммобилизованные клетки и ферменты. Методы. Под ред. Дж. Вудворда. М., Мир, 1988. [c.599]

Что касается самого брожения, то уже выполнена большая работа для систем с иммобилизованными клетками, что позволит сделать процесс непрерывным, без повторного использования клеток. Разрабатываются также системы с повторным использованием дрожжей и отгонкой спирта при пониженном давлении (вакуумное брожение), Сложности в разработке обеих систем связаны с интенсивным выделением СОг, который нужно удалять, и с необходимостью контролировать рост клеток. Нужна очищенная, не содержащая взвешенных частиц стерильная питательная среда. Далее, немалые затруднения возникают из-за высокой стоимости среды, поскольку для достижения большой продуктивности нужны высокие степени разведения, а при высоком разведении плохо используется субстрат. По этим причинам, возможно, придется остановиться на серийном выращивании. В случае микробного заражения потребуется система дублирования. Учитывая все это, сегодня подобные системы вряд ли будут экономически конкурентоспособными. [c.72]

Работа в режиме идеального вытеснения. Можно поддерживать иммобилизованные клетки как стационарную фазу, например, в неподвижном слое, направляя поток через реактор в режиме идеального вытеснения. [c.168]

Кроме указанных выше иммобилизованные клетки обладают рядом других особенностей, расширяющих область их использования. Системы иммобилизованных клеток могут, например, противостоять большим перепадам в гидравлической нагрузке без ощутимых изменений концентрации клеток. Это также препятствует заражению чистых клеточных культур путем вымывания загрязняющих видов, что делает возможным работу, по существу, в нестерильных условиях. Можно также иммобилизовать клетки нескольких видов (если необходимо — независимо) и использовать совместно в одном реакторе в виде управляемой смешанной культуры. Это, в свою очередь, позволяет пространственно разделять виды, выполняющие различные функции, размещая их в различных частях реактора. Наконец, так как иммобилизованные клетки легко отделяются от жидкой фазы, они представляют собой удобную форму для хранения больших количеств клеток, которые в любой момент могут быть пущены в дело, как только это понадобится. [c.168]

Необходимо отметить, что, хотя иммобилизованные клетки обладают целым рядом преимуществ по сравнению с системами свободно суспендированных клеток, описанные выше возможности все же ограничены. Концентрирование клеток может, например, приводить к заметному падению удельных скоростей реакций из-за диффузионного торможения, что снижает общий уровень увеличения скорости процесса. Иммобилизация также может вызывать изменения в метаболизме и физиологии клеток, следствием чего является уменьшение продуктивности или, в случае естественных смешанных культур (как при очистке сточных вод), изменение состава микробной популяции с возможными нежелательными эффектами. Приготовление иммобилизованных клеток часто дороже, чем свободно суспендированных, так как необходимы специальные носители и, кроме того, тре- [c.168]

Метод не требует термообработки, а иммобилизованные клетки сохраняют высокую активность [327, 329]. Недостатком данного метода является то, что гели легко разрушаются при контакте с хелатирующими агентами, связывающими кальций, кроме того, приготовление частиц альгината диаметром менее [c.173]

ТИПЫ РЕАКТОРОВ С ИММОБИЛИЗОВАННЫМИ КЛЕТКАМИ [c.174]

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]

Рис. 5.3. Типы реакторов с иммобилизованными клетками

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ РЕАКТОРОВ С ИММОБИЛИЗОВАННЫМИ КЛЕТКАМИ [c.181]

В этом случае содержание биомассы X определяется скоростью разведения О, максимальной удельной скоростью роста лт И начальной концентрацией лимитирующего субстрата Со X равно О, когда О достигает (Хт- Это последнее обстоятельство, рассматриваемое как вымывание, накладывает серьезные ограничения на возможность ведения непрерывного процесса в системе, содержащей свободные клетки. В системах с иммобилизованными клетками заметно изменяется зависимость содер- [c.181]

Содержание биомассы в системах с иммобилизованными клетками определяется не так просто, как в системах со свободными клетками, а как произведение числа частиц носителя в единице объема Пч и среднего содержания биомассы в частице гПц плюс все суспендированные клетки, т. е. /Пч ч + X- [c.182]

Реакторы с иммобилизованными клетками значительно различаются по принципу действия, а также по размеру и форме частиц. Поэтому возможность использования для определения объемной скорости реакции среднего содержания биомассы зависит от описываемой системы, но в общем Яов определяется уравнением (5.3) в случае, когда биомасса иммобилизуется в виде пленки, — уравнением (5.4) [c.182]

При определении производительности реактора с иммобилизованными клетками сложность состоит в том, относительно какого объема вести расчет, так как продуктивность измеряется как произведение концентрации продукта в жидкой фазе на скорость потока, отнесенное к рабочему определенному объему. Разные авторы предлагают пользоваться следующими параметрами [c.182]

Чрезвычайно важно вести процесс в наименьшем возможном объеме ферментера. В системе, содержащей иммобилизованные клетки, минимизация объема ферментера достигается за счет увеличения числа частиц носителя в единице объема. При увеличении объемной доли частиц носителя в реакторе (/ч = = Уи/Уоб) часть объема реактора, не занятая клетками, то есть свободный объем, сводится к минимуму. [c.183]

Объемная доля частиц носителя в таких системах зависит от характеристик ожижения частиц носителя с иммобилизованными клетками и скорости жидкости, отнесенной к сечению реактора (и). В общем случае, когда восходящий поток жидкости проходит через слой насадки, перепад давления в слое возрастает с ростом скорости потока до тех пор, пока он не уравновесит плавучую массу насадки. В этой точке слой насадки становится псевдоожиженным и скорость потока рассматривается как минимальная скорость ожижения (Уож). После этой точки перепад давления остается постоянным, но слой продолжает расширяться согласно уравнению, предложенному Ричардсоном и Заки [362] [c.184]

Измерение содержания биомассы в большинстве типов реакторов с иммобилизованными клетками встречает значительные трудности. Эти трудности связаны с получением репрезентативных проб частиц и отделением биомассы от носителя. [c.186]

Потребность культур в кислороде накладывает одно из наиболее серьезных ограничений на интенсификацию аэробных биологических процессов. Проблема встает особенно остро для систем с иммобилизованными клетками, к которым кислород диффундирует через твердую фазу. Отношение активности иммобилизованных клеток к таковой свободных клеток определяется как коэффициент эффективности % (О с К 1) [372]. [c.187]

Кигагау Со. Ltd. предлагает метод обработки сточной воды с помощью Курагеля - желеобразного спирта, содержащего иммобилизованные клетки микроорганизмов [9]. Внутри гель имеет пористую структуру, он наполняется водой на 95%, причем проницаемость для кислорода составляет 70%, что идеально для пролиферации микроорганизмов. Использование Курагеля позволяет снизить содержание в воде ацетата с 22 до 18 мг/л. [c.169]

Помимо единичных иммобилизованных ферментов, в хим. анализе используют соиммобилизованные ферментные системы, позволяющие повышать чувствительность и селективность определения. При этом все чаще применяют иммобилизованные клетки микроорганизмов, содержащие естественный набор ферментов. Преимущество такой иммобилизации состоит в том, что исключаются стадии вьщеления, очистки и иммобилизации ферментов, увеличивается их стабильность. Иммобилизацию используют не только для ферментов, но и для субстратов, коферментов и эффекторов. [c.79]

Иммобилизованные клетки микроорганизмов применяют для биотрансформации органических соединений, разделения рацемических смесей, гидролиза ряда сложных эфиров, инверсии сахарозы, восстановления и гидроксилирования стероидов. Иммобилизованные хроматофорь используют в лабораторных установках для синтеза АТФ, а пурпурные мембраны — для создания искусственных фотоэлектрических преобразователей — аналогов солнечных батарей. Разрабатывается реактор на основе иммобилизованных клеток дрожжей для получения этанола из мелассы, в котором дрожжи сохраняли бы способность к спиртовому брожению в течение 1800 ч. Из более чем 2000 известных в настоящее время ферментов иммобилизована и используется для целей инженерной энзимологии примерно десятая часть (преимущественно оксидоредуктазы, гидролазы и трансферазы). [c.93]

Полиакриламвдный гель с иммобилизованными микробными клетками формуют в виде кубиков размером 2 — 3 мм, которыми заполняют колонку объемом 1 м . Через колонку пропускают раствор фумарата аммония. При подкислении выходящего из колонки элюата до pH 2,8 и охлаждении до 15 °С из него выкристаллизовывается аспарагиновая кислота в виде препарата 100 %-й чистоты. Процесс получения аспартата полностью автоматизирован и осуществляется в непрерьшном режиме. Производительность процесса — 1700 кг чистой аспарагиновой кислоты в сутки на реактор. Иммобилизованные клетки кишечной палочки сохраняют активность фермента на 80 % в течение 120 дней и на 50 % в течение 600 дней работы реактора, в то время как свободные клетки — всего на протяжении 10 дней с уровнем активности 25 % от исходной. В Армении был налажен промышленный процесс получения аспартата особой степени чистоты с использованием иммобилизованной аспартат-аммиак-лиазы на базе научных разработок химфака МГУ им. М. В. Ломоносова (1974). [c.97]

Очистка сточной воды с образованием биофильтров. В отличие от аэротенков в биофильтрах клетки микроорганизмов находятся в неподвижном состоянии, так как прикреплены к поверхности пористого носителя. Образовавшуюся таким образом биопленку можно отнести к иммобилизованным клеткам. Хотя в этом случае иммобилизована не монокультура, а целый консорциум, неповторимый по своему качественному и количественному составу и различающийся в зависимости от места его нахождения на поверхности носителя. Это, главным образом, и [c.116]

Инженерная энзимология — это отрасль биотехнологии, базирующаяся на использовании каталитических функций ферментов (или ферментных систем) в изолированном состоянии или в составе живых клеток для получения соответствующих целевых продуктов Биообъект здесь — фермент (или комплекс ферментов) На практике обычно используют иммобилизованные ферменты (реже — иммобилизованные клетки), благодаря чему стабилизируется и пролонгируется их ферментативная -активность Иногда инженерную энзимологию отождествляют с биотехнологией Б этом содержится большая доля истины, так как все реакции в клетках катализируются ферментами Однако слово "инженерная" привносит свою специфику, заключающуюся в акценте на создание конструкции (от франц engin — машина), в данном случае — на конструирование биокатализаторов с заданными свойствами с последующим использованием в биотехнологическом процессе [c.20]

Заметный прогресс наблюдается в совершенствовании гфоцес-сов биосинтеза пропионовой кислоты иммобилизованными клетками в фиксированном слое, нагфимер, в ПААГ в колоннах. Так, в случае с P.a idipropioni i при 0 = 0,05 ч удается получать до 15 г/л целевого продукта. [c.415]

Используют для биотрансформации и покоящиеся иммобилизованные клетки Glu onoba ter oxydans (ВНИВИ), что позволяет внедрить непрерывный метод биотрансформации. [c.280]

Методы иммобилизации не требуют обязательного выделения определенного фермента. Интактные клетки, содержащие нужный фермент, можно иммобилизовать на твердой поверхности. Например, интактные клетки бактерий Е. соН использовались после иммобилизации для катализа химического превращения фумаровой кислоты и аммиака в аспарагиновую кислоту — один из аминокислотных строительных блоков белков. Кроме того, иммобилизованные клетки дрожжей могут применяться при ферментации в производстве этилового спирта. Этот процесс был реализован в крупном опытном производстве. [c.122]

Шиконин можно выделять и иным способом — путем изменения pH среды или же добавления некоторых влияющих на проницаемость клеток веществ, например диметилсульфоксида. Такой подход может оказаться полезным при работе с иммобилизованными клетками в этом случае благодаря селективной проницаемости можно будет постоянно удалять вторичные метаболиты из внутриклеточных вакуолей без глубокого нарушениа первичного обмена веществ. Необходимо отметить, что иммобилизация, осуществленная наиболее мягким, щадящим мето- [c.173]

Мы не приводим здесь детального обзора литературы по вопросам клеточной иммобилизации по этой проблеме наиболее полным из опубликованных является обзор Карела с сотр. [315]. Для получения более подробных сведений читателю следует обратиться к работе Купера и Аткинсона [314], посвященной биологической очистке сточных вод в псевдоожиженном слое, и работе Вебба [316] об инженерных аспектах эксплуатации систем, в которых применяются иммобилизованные клетки. [c.167]

Непрерывный реакционный процесс при любом желаемом потоке жидкости без риска вымывания клеток. Иммобилизованные клетки остаются в реакторе при непрерывном прохождении жидкой фазы, что позволяет контролировать скорость роста клеток вне зависимости от расхода. Можно легко проводить непрерывный процесс даже с нерастущими клетками, что невозможно в случае свободно взвешенных клеток. [c.167]

Промышленные реакторы, содержащие иммобилизованные клетки, часто работают в режиме псевдоожиженного слоя. В случае использования частиц носителя небольших размеров обеспечивается максимум площади поверхности, доступной для роста биопленки. Ожижение приводит также к соударениям частиц друг с другом и со стенкой реактора, что в случае растущих иммобилизованных клеток позволяет эффективно управлять количеством биомассы, ассоциированной на каждой частице, и таким образом препятствовать ее накоплению и засорению реактора. [c.184]

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]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология