Исследование процессов микробиологического синтеза в условиях теплового шока : на примере получения L-глутаминовой кислоты

• Автор: Нижегородова, Татьяна Александровна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 156 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава I. Литературный обзор

1.1. Понятие стресс микроорганизмов в биотехнологии

1.1.1. Определение понятия стресс микроорганизмов

1.1.2. Классификация стрессовых воздействий

1.1.3. Ответные реакции микроорганизмов в состоянии стресса.

1.2. Математическое моделирование стрессовых воздействий на микроорганизмы.

1.2.1. Математическое моделирование как инструмент познания биологических объектов .

1.2.2. Математическое описание влияния стрессовых воздействий.

1.3. Микробиологическое производство глутаминовой кислоты.

1.3.1. История и современное состояние производства.
1.3.2. Применение глутаминовой кислоты и ее производных
1.3.3. Микробиологические способы производства глутаминовой кислоты.
1.3.4. Центральный метаболизм коринебактерий
1.4. Математическое моделирование процесса получения глутаминовой кислоты
1.5. Постановка задачи
Глава II. Экспериментальные исследования по изучению термоиндуцированного процесса производства глутаминовой кислоты микроорганизмами i i
2.1. Материалы и методы.
2.2. Выбор оптимальной температуры теплового шока.
2.3. Периодический процесс производства.
2.4. Периодический процесс производства с подпиткой субстратом.
2.5. Непрерывный процесс производства.
2.6. Периодический процесс культивирования мутантных клеток С1шаткит ЫР
2.7. Определение распределения клеток С1шаткит по размерам
2.7.1. Периодический процесс
2.7.2. Периодический процесс с подпиткой субстратом.
2.7.3. Непрерывный процесс
Глава III. Разработка математической модели термоиндуцированного процесса производства Ьглутаминовой кислоты
3.1. Механизм получения Ьглутаминовой кислоты методом теплового шока.
3.2. Математическая модель периодического процесса культивирования СЫаткит в отсутствии теплового шока.
3.3. Математическая модель периодического термоиндуцированного процесса
3.4. Математическая модель периодического термоиндуцированного процесса с подпиткой субстратом
3.5. Математическая модель непрерывного термоиндуцированного процесса
3.6. Поиск значений ряда параметров математической модели.
Глава IV. Программное обеспечение для расчета микробиологического термоиндуцированного процесса производства Ьглутаминовой кислоты
4.1. Описание программного обеспечения.
4.2. Использование разработанного программного обеспечения для моделирования производства Ьглутаминовой кислоты
4.2.1. Периодический процесс
4.2.2. Периодический процесс с подпиткой субстратом.
4.2.3. Непрерывный процесс.
4.3. Расчет относ ительной ошибки
Основные результаты и выводы
Список использованной литературы


В экспоненциальной фазе в отсутствии лимитирования или ингибирования роста клетки не испытывают влияния стрессовых воздействий и находятся в физиологически активном состоянии. С и т. В максимальной стационарной фазе, когда рост прекращается, действие указанных стрессоров на клетки усугубляется. В фазе отмирания происходит гибель клеток. Сочетание наиболее оптимальных условий роста создаются при непрерывном выращивании микроорганизмов в биореакторах 3. Рис. Фазы роста микроорганизмов 3
Согласно Феофиловой Е. П. 4 более правомерным считается придерживаться определения Г. Селье под термином стресс следует понимать реакцию микроорганизма на стрессовое воздействие. По причине многообразия стрессовых воздействий становится актуальной необходимость некой их классификации. В российских литературных источниках основное внимание уделяется исследованию первых двух классов воздействий и проблеме адаптации к ним микроорганизмов 4, 5, 7, в то время как влияние механических воздействий практически не освещено. Необходимо отметить, что последние неизбежно присутствуют в любом технологическом процессе. Механические воздействия на микроорганизмы можно представить как влияние на них нормальной и касательной составляющих напряжения 6, , . Влияние нормального напряжения давления преобладает при соударении клеток друг с другом, с частями оборудования и т. Касательное или, так называемое в зарубежной литературе, сдвиговое напряжение наблюдается при сдвиге слоев жидкости друг относительно друга, что имеет место при ламинарном движении вблизи стенок оборудования или в турбулентном потоке . В литературе можно встретить экспериментальные исследования влияния каждой из этих двух составляющих на микроорганизмы, проведенные при помощи специального оборудования, такого как аппараты под давлением, вискозиметры, сосуды со слабым перемешиванием . В биореакторах, где имеет место не только ламинарное, но и хорошо развитое турбулентное движение, наблюдается совместное действие этих сил. В условии повышенной турбулизации среды влияние касательной составляющей превалирует над влиянием давления 6. В этом случае разделить их достаточно сложно. Одной из основных проблем современной биологии в последние годы стало изучение способности организмов выживать под действием стрессовых воздействий. Изучение способности популяций видоизменяться в направлении, увеличивающем шансы на сохранение жизненной активности, выделилось в особую область биологической науки биохимическая адаптация, которая изучает биохимические механизмы, способствующие сохранению вида при действии неблагоприятных факторов 4. Было установлено, что основной ответной реакцией на влияние стрессового воздействия является торможение метаболической активности, соответствующей вегетативной жизни, и появление новых биохимических механизмов, отвечающих стрессовому состоянию организма 4. Явление торможения жизненной активности ТЖА организмов при влиянии стрессовых воздействий было обнаружено еще в г. Левенгук наблюдал высыхание коловраток, их мнимую смерть и оживание при помещении в воду 4. Интерес к этой проблеме значительно возрос только к концу столетия, что связано с развитием учения о биохимической адаптации организмов, а также с такой вечной биологической проблемой как переход от жизни к смерти и понимание последней как биологического феномена . ТЖА рассматривается в последние годы как наиболее общая и стратегически прогрессивная ответная реакция организма на любое стрессовое воздействие. Организм находится в интенсивной фазе роста, когда наблюдается почти 0 активность метаболических процессов. Если стрессовое воздействие не является летальным, через некоторое время наблюдается прирост биомассы, но этот процесс не всегда ассоциирован с истинным ростом, так как увеличение биомассы может происходить в результате накопления липидов. Интересно то, что при нелетальном стрессе, после снятия его действия и переноса организма на новую среду, интенсивность ростовых процессов резко возрастает и прирост биомассы может увеличиться в 1,,0 раза .