3.2. Kontinuální kultivace 3.3. Další varianty RŮST A MNOŽENÍ BAKTERIÍ   Životní cyklus Růst buňky Množení v populaci 3.1. Vsádková kultivace 3.2. Kontinuální kultivace 3.3. Další varianty 4. Kultivace smíšených kultur

Životní cyklus Doba mezi dvěma děleními buňky = generační doba = uspořádaná sekvence jednotlivých biochemických a morfologických událostí od vzniku buňky do jejího rozdělení Doba mezi dvěma děleními buňky = generační doba Hlavní součásti: Syntesa buněčného materiálu Replikace DNA Vlastní rozdělení buňky Doba pro replikaci nemusí být totožná s generační dobou

1 2 3 4

Růst buňky růst individuální buňky, = nárůst objemu, zvětšování velikosti tím, že stavební látky se ukládají v „růstových zónách“ růst bakteriální populace („růstová křivka bakterií“) = nárůst počtu buněk v množící se populaci; charakterizována dobou zdvojení („T“) populace

Vsádková kultivace = statická kultivace = batch culture Do množící se populace se nezasahuje, prostředí je modifikováno pouze přítomnými buňkami; uzavřený systém Hlavní fáze: 1. Lag fáze buňky se přizpůsobují – synthesa enzymů buňky se nemnoží (možný pokles počtu) – synthesa nových komponentů délka – stáří buněk, složení prostředí, vnější faktory 2. Fáze fyziologického mládí adaptace dokončena, začíná dělení kultura velmi citlivá na vnější vlivy 3. Exponenciální (logaritmická) fáze intenzivní množení – nejkratší doba zdvojení buňky nedorůstají maximální velikosti rychlost růstu konstantní („přímka“) intenzivní spotřeba živin maximální produkce primárních metabolitů (CO2, kyseliny, alkoholy...) 4. Stacionární fáze počet živých buněk je konstantní počet umírajících = počtu vzniklých důvod: dosažení „M“ koncentrace spotřebovány živiny nahromadění metabolitů doba zdvojení = 0 intenzivní produkce sekundárních metabolitů 5. Fáze odumírání počet buněk se snižuje (logaritmicky) doba zdvojení < 0 (záporná)

Matematické charakteristiky Délka lagu Generační doba Doba zdvojení (T) Počet buněk (N) Počet dělení (generací) 0 1 2 4 n Počet buněk 1 2 4 8 2n Obecná rovnice (pro exponen. fázi): Nt = N0 * 2n kde N je počet buněk v čase t N0 je počet buněk v čase t0 n je počet generací n = t/T T je doba zdvojení N = N0 * 2t/T (důležitá rovnice pro výpočet T) Specifická růstová rychlost (μ) = přírůstek počtu buněk (biomasy…) za časovou jednotku vztažený k počátečnímu množství buněk (biomasy…) μ = (dN/dt)/N0 μ = μMAX*S/(Ks + S) Ks je saturační konstanta živiny S Růstový výtěžek (Y) = množství biomasy na množství spotřebované živiny (S) Y = dN/dS   Přiklady využití vsádkové kultivace: etanol, antibiotika, jogurt….

Kontinuální kultivace = otevřený systém – regulace vybraných parametrů z vnějšku: množství živin množství metabolitů množství buněk buňky udržujeme v logaritmické fázi Dva hlavní systémy: Chemostat regulace – chemické parametry sterilní medium je doplňováno a kultivační medium s buňkami odstraňováno (konstantní rychlost) rychlost výměny určována spotřebou limitující živiny a dobou zdvojení   Turbidostat regulace – udržení stanoveného počtu buněk v populaci rychlost doplňování je variabilní živiny obvykle v nadbytku Výhody kontinuální kultivace: Vyšší využití biofermentoru Nevýhody: Horší využití živin Příklady využití: kyselina octová, čištění odpadních vod, trávicí trakt

Kontinuální kultivace: Varianty: chemostat turbidostat

Další varianty kultivace: Submersní – růst v celém profilu prostředí Povrchová – růst na povrchu substrátu Diauxie (polyauxie) – složená růstová křivka, dáno postupným využíváním živin Synchronizovaná – většina buněk ve stejné části životního cyklu (např. po chladovém šoku = zabránění dělení, ale růst neomezen) Homogenní – charakteristika ve všech částech fermentoru shodná Heterogenní – koncentrace živin + buněk + metabolitů ve fermentoru rozdílná Kultivace s imobilizovanými buňkami (enzymy) – buňky uchyceny na nosiči (nejsou v mediu)

Kultivace smíšených kultur (dříve uvedená pravidla platí pro monokulturu) – ve směsných podstatně složitější Symbiosa – vzájemný vztah 2 organismů: mutualismus – pro oba výhodné komensalismus – výhodné pro jednoho partnera, druhý není ovlivněn parasitismus – jeden z partnerů zvýhodněn, druhý poškozován antagonismus (amensalismus) – jeden z partnerů poškozován, druhý neovlivněn kompetice – oba partneři poškozováni; např. soutěžení o živiny a prostor; (competitive exclusion) syntrofismus – vzájemná „spolupráce“ při produkci růstových faktorů, výměně živin apod. predace – jeden organismus slouží jako „kořist“ druhému