chemostat는 세포 및 미생물 배양을 위해 사용되는 장치 나기구이다. 생물 반응기라고도하며 호수, 퇴적물 또는 처리 연못과 같은 수생 환경을 실험적으로 재현 할 수있는 능력이 있습니다.
일반적으로 용기 (크기는 산업용 또는 실험 실용인지 여부에 따라 다름)에 멸균 물질이 들어가는 입구와 공정에서 생성 된 물질이 통과하는 출구 (일반적으로 영양소)가있는 용기로 설명됩니다. 폐기물, 멸균 물질, 미생물.
항암제의 다이어그램. 출처 : CGraham2332
1950 년 과학자 인 Jacques Monod, Aaron Novick 및 Leo Szilard가 독립적으로 그리고 거의 동시에 발견하여 발표했습니다. Monod는 혼자 작업하여이를 박토 겐이라고 불렀고 Novick과 Szilard는 함께 작업하여 오늘날까지 지속되는 이름 인 항암제라고 불렀습니다. .
Chemostat 기능
케모 스탯은 성장을 제한하는 동시에 과잉 생산, 대사 산물 및 기타 물질과 같은 배양 물의 일부를 제거하는 단일 영양소를 포함하는 배지를 지속적으로 첨가하는 것이 특징입니다. 이 제거는 지속적으로 새로운 재료로 교체되어 안정적인 균형을 유지합니다.
이러한 조건에서 미생물 배양이 발생하는 속도는 희석되는 속도와 동일합니다. 이는 일정하고 정의 된 환경에서 안정된 상태에 도달 할 수 있기 때문에 다른 성장 방법과 비교할 때 중요합니다.
또 다른 중요한 특징은 화학 물질을 사용하여 작업자가 배양 된 개인의 양, 용존 산소, 영양소 양, pH 등과 같은 물리적, 화학적 및 생물학적 변수를 제어 할 수 있다는 것입니다.
방법 원리
이 방법은 불연속 또는 배치 배양 (가장 간단한 액체 배양)과 유사한 방식으로 처음부터 성장하는 미생물 집단으로 구성됩니다. 인구가 증가 할 때 철회 된 문화의 사용 여부에 관계없이 추가 된 것과 유사한 양의 문화를 동시에 철회해야합니다.
이러한 방식으로, 화학 조절기에서 희석은 이전 단락에서 부분적으로 설명 된대로 신선한 배지의 연속적인 첨가 및 배양 물의 제거를 사용하여 수행됩니다. 단일 영양소는 용기의 성장을 제한하고 나머지는 과도하게 존재합니다.
이 단일 성장 제한 영양소는 실험을 개발하는 사람에 의해 미리 결정되며 모든 영양소가 될 수 있으며 많은 경우 배양 종에 따라 다릅니다.
역사
미생물의 배치 배양은 수세기 전으로 거슬러 올라갑니다 (맥주 및 기타 음료 양조). 그러나 연속 작물은 비교적 현대적인 것입니다. 일부 미생물 학자들은 지속적인 재배의 시작을 유명한 러시아 미생물학자인 세르게이 비노 그라드 스키에게 돌 렸습니다.
Vinogradski는 자신이 설계 한 장치 (Vinogradski 컬럼)에서 황 환원성 박테리아의 성장을 연구했습니다. 연구 중에 그는 황화수소 방울을이 박테리아의 음식으로 컬럼에 공급했습니다.
지속적인 재배에 대해 이야기 할 때는 Jacques Monod, Aaron Novick, Leo Szilard의 3 가지 캐릭터를 말해야합니다. Monod는 유명한 생물 학자이자 1965 년 노벨상을 수상했습니다.
이 연구원 (Monod)은 Pasteur Institute의 일원 이었지만 1931 년과 1950 년 사이에 많은 테스트, 계산 및 분석을 개발했습니다.이 기간 동안 그는 나중에 Monod Equation이라고하는 미생물 성장의 수학적 모델을 만들었습니다.
1950 년에는 그의 이름을 따온 방정식을 바탕으로 미생물을 지속적으로 배양 할 수있는 장치 모델을 설계하고이를 박토 겐이라고 부릅니다.
반면에 과학자 Novick (물리학 자)과 Szilard (화학자)는 1943 년 맨해튼 프로젝트 (원자 폭탄)를 작업하면서 만났습니다. 몇 년 후 그들은 박테리아 성장에 대한 관심을 보이기 시작했고 1947 년에 그들은 협력하여 이것을 이용하기 위해 협력했습니다.
여러 테스트와 분석 끝에 Novick과 Szilard는 Monod의 계산 (Monod의 방정식)을 기반으로 1950 년에 화학 물질 (chemostat)이라고 부르는 미생물의 연속 배양 모델을 고안했으며 현재까지 유지 된 이름입니다. . 그러나 세 가지 모두 발명으로 인정됩니다.
응용
적응 생물학과 진화
이 연속 미생물 배양 시스템에서 제공하는 도구는 생태 학자와 진화론자들이 성장률이 세포 과정과 신진 대사에 어떻게 영향을 미치는지, 선택 압력과 유전자 발현을 제어하는 방법을 연구하는 데 사용됩니다.
이것은 통제 된 조건에서 항암제에서 수십에서 수백 세대를 평가하고 유지함으로써 가능합니다.
효모의 암모늄 독성 분석에 사용되는 두 가지 화학 물질. 촬영 및 편집 : (이미지 : Maitreya Dunham).
세포 생물학
chemostat와 관련된 거의 모든 연구는 세포 생물학, 심지어 분자, 진화론 등과 관련이 있습니다.
그러나 구체적으로,이 생물학 분야에서 화학 조절기를 사용하면 연구 집단의 대사 과정을 이해하는 데 필요한 수학적 모델을 개발할 수있는 귀중한 정보를 얻을 수 있습니다.
분자 생물학
지난 10 년 이상 동안 미생물 유전자의 분자 분석에서 chemostat 사용에 대한 관심이 증가했습니다. 배양 방법은 미생물 배양의 포괄적 또는 체계적 분석을위한 정보를 쉽게 얻을 수 있습니다.
이 분야의 항암제 연구를 통해 게놈 전체의 DNA 전사 분석을 수행 할 수있을뿐만 아니라 유전자 발현을 정량화하거나 효모 Saccharomyces cerevisiae와 같은 유기체의 특정 유전자에서 돌연변이를 식별 할 수 있습니다.
풍부한 문화
이러한 연구는 19 세기 말부터 Beijerinck와 Vinogradski의 작품과 함께 불연속 시스템을 사용하여 수행되었으며 지난 세기 60 년대에는 항암제를 사용하여 연속 문화에서 수행되기 시작했습니다.
이 연구는 다양한 유형의 미생물 (일반적으로 박테리아)을 수확하기 위해 배양 배지를 풍부하게하는 것으로 구성되며, 특정 종의 부재를 확인하거나 배지에서 관찰하기가 매우 낮거나 거의 불가능한 일부의 존재를 감지하는데도 사용됩니다. 자연스러운.
개방형 연속 시스템 (chemostats)에서 강화 된 배양은 주로 영양 요 구성 또는 항생제와 같은 약물에 저항 할 수있는 돌연변이 박테리아 배양을 개발하는 데 사용됩니다.
에탄올 생산
산업적 관점에서 바이오 연료의 사용과 생산은 점차 보편화되고 있습니다. 이 경우에는 그람 음성 박테리아 Zymomonas mobilis에서 에탄올을 생산합니다.
이 과정에서 혐기성 조건에서 에탄올로 전환하기 위해 일정한 농도의 포도당 및 기타 당을 유지하는 여러 개의 대형 연속 화학 물질이 사용됩니다.
참고 문헌
- Chemostat : 이상적인 연속 교반 탱크 반응기. 회수 처 : 생물 반응기. 삼각대.
- 항암제. 출처 : en.wikipedia.org.
- N. Ziv, NJ Brandt 및 D. Gresham (2013). 미생물 시스템 생물학에서 Chemostats의 사용. 시각화 된 실험 저널.
- A. Novick & L. Szilard (1950). 항암제에 대한 설명. 과학.
- J. Monod (1949). 세균 배양의 성장 연간 미생물학 검토.
- D. Gresham & J. Hong (2015). chemostats에서 적응 진화의 기능적 기초. FEMS 미생물학 검토.
- HG Schlegel, & HW Jannasch (1967). 풍요로운 문화. 미생물학의 연례 검토.
- J. Thierie (2016). 다상 분산 시스템 이론 소개. (eds) Springer Nature. 210 쪽.