- ميزات ناظم كيميائي
- مبدأ الطريقة
- التاريخ
- التطبيقات
- علم الأحياء التكيفي والتطور
- بيولوجيا الخلية
- البيولوجيا الجزيئية
- إثراء الثقافات
- إنتاج الإيثانول
- المراجع
و ناظم كيميائي هو جهاز أو جهاز يستخدم لزراعة الخلايا والكائنات الحية الدقيقة. يطلق عليه أيضًا اسم مفاعل حيوي ولديه القدرة على إعادة إنتاج البيئات المائية تجريبيًا مثل البحيرات أو أحواض الترسيب أو المعالجة ، من بين أمور أخرى.
يتم وصفها عمومًا على أنها حاوية (سيعتمد الحجم على ما إذا كان الاستخدام صناعيًا أو معملًا) مع مدخل بحيث تدخل المواد المعقمة ، ومنفذ تخرج من خلاله المادة الناتجة عن العملية ، والتي تكون بشكل عام مغذيات. النفايات والمواد المعقمة والكائنات الحية الدقيقة وغيرها.
رسم تخطيطي لناظم كيميائي. مأخوذة وتحرير من: CGraham2332.
تم اكتشافه وتقديمه بشكل مستقل وفي نفس الوقت تقريبًا من قبل العلماء جاك مونود وآرون نوفيك وليو تسيلارد في عام 1950. عمل مونود بمفرده ووصفه بالبكتيريا ، بينما عمل نوفيك وزيلارد معًا وأطلقوا عليه اسم chemostat ، وهو الاسم الذي لا يزال قائما حتى يومنا هذا..
ميزات ناظم كيميائي
يتميز الناظم الكيميائي بالإضافة المستمرة لوسط يحتوي على عنصر غذائي واحد يحد من النمو ويزيل في نفس الوقت جزءًا من المزرعة ، مثل الإنتاج الزائد ، والمستقلبات ، والمواد الأخرى. يتم استبدال هذا الإزالة باستمرار بمواد جديدة ، وبالتالي تحقيق توازن مستقر.
في ظل هذه الظروف ، فإن المعدل الذي تتطور به ثقافة الكائنات الحية الدقيقة يساوي المعدل الذي يتم تخفيفه به. هذا هو المفتاح مقارنة بطرق الزراعة الأخرى ، حيث يمكن الوصول إلى حالة مستقرة في بيئة ثابتة ومحددة.
ميزة أخرى مهمة هي أنه باستخدام الكيموستات يمكن للمشغل التحكم في المتغيرات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية مثل حجم الأفراد في الثقافة ، والأكسجين المذاب ، وكمية العناصر الغذائية ، ودرجة الحموضة ، إلخ.
مبدأ الطريقة
تتكون الطريقة من مجموعة من الكائنات الحية الدقيقة التي تنمو من البداية بطريقة مماثلة لتلك الخاصة بالمزارع المتقطعة أو الدفعية (أبسط ثقافة سائلة). عندما ينمو السكان ، من الضروري سحب حجم ثقافة مماثلة لتلك المضافة في نفس الوقت ، سواء تم استخدام الثقافة المسحوبة أم لا.
بهذه الطريقة ، يتم إجراء التخفيف في ناظم كيميائي باستخدام الإضافة المستمرة للوسط الجديد والقضاء على الثقافة كما هو موضح جزئيًا في الفقرة السابقة. عنصر غذائي واحد مسؤول عن الحد من النمو في الحاوية بينما يوجد الباقي بشكل زائد.
يتم تحديد هذه المغذيات الفردية التي تحد من النمو مسبقًا من قبل الشخص الذي يقوم بتطوير التجربة ، ويمكن أن تكون أي مادة مغذية ، وفي كثير من الحالات ستعتمد على الأنواع المستزرعة.
التاريخ
يعود تاريخ مزارع الكائنات الحية الدقيقة إلى قرون (تخمير البيرة والمشروبات الأخرى). ومع ذلك ، فإن المحاصيل المستمرة هي شيء أكثر حداثة نسبيًا. يعزو بعض علماء الأحياء الدقيقة بدايات الزراعة المستمرة إلى عالم الأحياء الدقيقة الروسي الشهير سيرجي فينوغرادسكي.
درس فينوغرادسكي نمو البكتيريا الكبريتية في جهاز من تصميمه (عمود فينوغرادسكي). خلال دراسته ، قام بإطعام قطرات من كبريتيد الهيدروجين في العمود كغذاء لهذه البكتيريا.
عند الحديث عن الزراعة المستمرة ، من الضروري التحدث عن 3 شخصيات: جاك مونود وآرون نوفيك وليو تسيلارد. كان مونود عالم أحياء مشهورًا وحائزًا على جائزة نوبل عام 1965.
طور هذا الباحث (مونود) ، أثناء عمله في معهد باستور ، العديد من الاختبارات والحسابات والتحليلات بين عامي 1931 و 1950. خلال هذا الوقت ابتكر النموذج الرياضي لنمو الكائنات الحية الدقيقة الذي أطلق عليه لاحقًا معادلة مونود.
في عام 1950 ، بناءً على المعادلة التي تحمل اسمه ، صمم نموذجًا لجهاز يسمح بثقافة الكائنات الحية الدقيقة باستمرار وأطلق عليها اسم البكتيريا.
من ناحية أخرى ، التقى العالمان نوفيك (الفيزيائي) وزيلارد (الكيميائي) أثناء العمل في مشروع مانهاتن (القنبلة الذرية) في عام 1943 ؛ بعد سنوات بدأوا في إظهار الاهتمام بالنمو البكتيري وفي عام 1947 دخلوا في شراكة للعمل معًا والاستفادة من ذلك.
بعد العديد من الاختبارات والتحليلات ، ابتكر نوفيك وزيلارد ، بناءً على حسابات مونود (معادلة مونود) ، أيضًا في عام 1950 نموذجًا للثقافة المستمرة للكائنات المجهرية التي أطلقوا عليها اسم chemostat ، وهو الاسم الذي تم الاحتفاظ به حتى الآن.. لكن الثلاثة ينسبون إلى الاختراع.
التطبيقات
علم الأحياء التكيفي والتطور
يتم استخدام الأدوات التي يوفرها نظام الاستزراع المستمر للكائنات الحية الدقيقة من قبل علماء البيئة والتطوريين لدراسة كيفية تأثير معدل النمو على العمليات الخلوية والتمثيل الغذائي ، وكيف يتحكم في ضغط الاختيار والتعبير الجيني.
إنهم يجعلون ذلك ممكنًا بعد تقييم والحفاظ على عشرات إلى مئات الأجيال في ناظم كيميائي تحت ظروف خاضعة للرقابة.
اثنان من الكيميائيين ، يستخدمان في تحليل سمية الأمونيوم في الخمائر. مأخوذة وتحرير من: (الصورة: مايتريا دنهام).
بيولوجيا الخلية
تقريبًا جميع الدراسات المتعلقة بالناظم الكيميائي مرتبطة ببيولوجيا الخلية ، حتى الجزيئية والتطورية ، إلخ.
ومع ذلك ، على وجه التحديد ، يوفر استخدام الناظم الكيميائي لهذا الفرع من علم الأحياء معلومات قيمة تسمح بتطوير النماذج الرياضية اللازمة لفهم عمليات التمثيل الغذائي في مجتمع الدراسة.
البيولوجيا الجزيئية
في السنوات العشر الماضية أو أكثر ، نما الاهتمام باستخدام منظم كيميائي في التحليل الجزيئي للجينات الميكروبية. تسهل طريقة الاستزراع الحصول على معلومات لإجراء تحليل شامل أو منهجي لثقافات الكائنات الحية الدقيقة.
تسمح دراسات Chemostat في هذا المجال بتحليل نسخ الحمض النووي في جميع أنحاء الجينوم ، بالإضافة إلى قياس التعبير الجيني أو تحديد الطفرات في جينات معينة من الكائنات الحية مثل الخميرة Saccharomyces cerevisiae ، على سبيل المثال.
إثراء الثقافات
تم إجراء هذه الدراسات باستخدام أنظمة غير مستمرة منذ نهاية القرن التاسع عشر مع أعمال Beijerinck و Vinogradski ، بينما في الستينيات من القرن الماضي بدأوا إجراؤها في ثقافات مستمرة باستخدام الكيموستات.
تتكون هذه الدراسات من إثراء وسط الاستزراع لحصاد أنواع مختلفة من الميكروبات (البكتيريا بشكل عام) ، كما أنها تستخدم لتحديد عدم وجود أنواع معينة أو الكشف عن وجود البعض الذي تكون نسبته منخفضة للغاية أو يكاد يكون من المستحيل ملاحظتها في الوسط. طبيعي >> صفة.
تُستخدم أيضًا الثقافات المخصبة في أنظمة مفتوحة مستمرة (الكيموستات) لتطوير مزارع البكتيريا الطافرة ، بشكل أساسي auxotrophs أو تلك التي قد تصبح مقاومة للأدوية مثل المضادات الحيوية.
إنتاج الإيثانول
من وجهة نظر صناعية ، يتزايد استخدام وإنتاج الوقود الحيوي. في هذه الحالة هو إنتاج الإيثانول من بكتيريا Zymomonas mobilis سالبة الجرام.
في هذه العملية ، يتم استخدام العديد من الكيميائيات التسلسلية الكبيرة ، والتي يتم الاحتفاظ بها عند تركيزات ثابتة من الجلوكوز والسكريات الأخرى ، ليتم تحويلها إلى إيثانول في ظل ظروف لاهوائية.
المراجع
- الكيموستات: مفاعل الخزان المثالي الذي يتم تحريكه باستمرار. تم الاسترجاع من: biorreactores.tripod.
- ناظم كيميائي. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org.
- N. Ziv و NJ Brandt و D. Gresham (2013). استخدام الكيموستات في بيولوجيا النظم الميكروبية. مجلة التجارب المرئية.
- أ.نوفيك ول.سيلارد (1950). وصف ناظم كيميائي. علم.
- جيه مونود (1949). نمو الثقافات البكتيرية المراجعة السنوية لعلم الأحياء الدقيقة.
- غريشام وجي هونغ (2015). الأساس الوظيفي للتطور التكيفي في الكيموستات. مراجعات علم الأحياء الدقيقة FEMS.
- HG Schlegel و HW Jannasch (1967). إثراء الثقافات. المراجعة السنوية لعلم الأحياء الدقيقة.
- جي تيري (2016). مقدمة في نظرية الأنظمة المشتتة متعددة الأطوار. (محرران) Springer Nature. 210 ص.