Биореактори за култивиране на растителни IN VITRO системи Flashcards
(12 cards)
Кои са 2та основни типа биореактори?
С механично разбъркване
С пневматично разбъркване (колонен със свободно подаване на въздушната фаза / ерлифтен)
Най-използвани бъркачки в БР с механично разбъркване
Котвена
Пропилерна
Турбинна
Раменна
Рамкова
Шнекова
Кои са основните разлики между растителните клетъчни и
микробни суспензии?
- Размер - МБ единични клетки 2 – 10 µm; Р 10 – 200 µm или агрегати до 2 мм диаметър;
- Скорост на развитие (време на удвояване) - МБ бързо 1-2 ч.; Р бавно 2-5 дни;
- Обем на посевна култура - МБ малък 1-2%; Р голям 5-20%;
- Необходимост от аерация - МБ висока; Р ниска;
- Чувствителност към хидродинамичните стресове - МБ няма; Р има.
Трудности, свързани с култивирането в големи обеми
- Голямо количество посевен материал (10-30%) - т.к. растителните клетки използват 1-2 кондиционни фактора, отделяни от самите тях;
- Скорост на развитие - дни; асептична проблематика;
- Чувствителност към хидродинамичните стресове - бъркачките създават зони със силни хидродинамични удари в края на ротора, където могат да се разрушат КС; подходящи са ерлифтните БР;
- Морфологични характеристики - при суспензионни условия растителните клетки рядко се срещат като единични клетки с еднакъв размер, а образуват клетъчни агрегати до 5 мм, размера и формата на клетките също варира силно -> проблеми,
свързани с разбъркването, вземането на проби и аерацията; образуване на коричка на повърхността на културалната среда от извънклетъчни ПЗ (“безе”), прекъсващ потока от въздух в ерлифтните БР; - Аерация - интензивната аерация може да оказва негативно действие на биосинтеза на вторичните метаболити по линия на отделянето на СО2 и някои летливи съединения;
- Рециркулация на газа - осигуряване на достатъчно разбъркване и снижаване на загубите на газ, позволява да не се извеждат някои летливи метаболити от съществено значение за развитието на растителните клетъчни суспензии.
Как може да се избегне образуването на парченца от агрегати?
Чрез промени в състава на ХС, най-вече на ауксина и цитокинина.
Какви модификации на използваните в микробната технология БР трябва да бъдат направени, за да бъдат използвани същите за култивиране на растителни клетъчни суспензии?
- замяна на турбинната бъркачка с друг тип и скорост на разбъркване до 100 об/мин.
- отстраняване на датчика за рН;
- замяна на отверстието за вземане на проби с такова с подходящ размер;
- монтаж на охладител на щуцера за изход на въздуха;
- използване на колба със стерилна дестилирана вода за компенсиране на загубите вследствие на продължителността на процес;
- да се разшири щуцера за посев.
Видове биореактори за култивиране на растителни
клетъчни култури
- С принудителна аерация (Stirred Tank Bioreactors, по-рядко за растителни клетки поради риска от увреждане на културите, но са подходящи за по-устойчиви видове растителни клетки или тъкани);
- Въртящи се БР: с аериране над или в културалната среда;
- Ерлифт: използва въздух или газове за циркулация на течната среда, като по този начин осигурява и аерация, и разбъркване на културите. въздухът създава мехурчета, които движат средата без механично разбъркване;
- Барботираща колона: въздухът се вкарва отдолу в колоната, като създава мехурчета, които се издигат нагоре и раздвижват средата.
- Барабанен БР: въртящ се барабан, в който културите се поставят и се въртят бавно, за да се осигури хомогенен контакт с ХС и O2. (по-нежно разбъркване).
Определение за култивационна система с временно разбъркване (temporary immersion system, TIS)
Метод за отглеждане на растителни клетки и тъкани, при който културите временно се потапят в течна ХС, а след това се оставят на въздух.
Етапи на работа на култивационната система с временно разбъркване
- Периодично потапяне на културите: Клетките или тъканите се потапят в ХС само за определени периоди от време. Това позволява по-ефективно усвояване на хранителните вещества, без да се причинява постоянен стрес върху културите.
- Аерация: След потапянето, културите се оставят на въздух, което подобрява аерацията на клетките, осигурява им кислород и предотвратява проблеми като хипоксия (недостиг на кислород).
Какви са предимствата на култивационните системи с временно разбъркване?
- Подобряване на растежа и биомасата: комбинират предимствата на течната среда (лесен достъп до хранителни вещества) и на аерираната среда (оптимално снабдяване с кислород).
- Намаляване на контаминацията: Периодичната аерация и контролираното време на потапяне намаляват риска от бактериални и гъбични инфекции, които често възникват при постоянен контакт с течна среда.
- Контролирани цикли: Процесът на временно потапяне и аерация се контролира от системи за автоматизация, които осигуряват точен контрол на времето и честотата на потапянията.
- Намалени разходи за хранителни среди и по-малка нужда от хранителни среди, в сравнение с напълно течни култивационни системи.
Приложения на култивационните системи с временно разбъркване
- Култивиране на растителни тъкани и клетки за производство на биомаса, например за изследвания, съхранение на генетичен материал, или производство на ценни съединения (като БАВ);
- Микропропагация (масово размножаване на растения) за селското стопанство, особено за бързото размножаване на растения като банани, орхидеи и картофи.
Устройство и начин на работа на RITA биореакторите
RITA е система за култивиране с временно разбъркване. Състои се течна ХС в долната част на контейнера, която се задвижва чрез подаване на налягане, омокряйки растителния материал, разположен в горната част на съда.
2. Фази на процеса: emerged and submerged phase. По време на emerged фазата, растението е поставено върху решетка, без да се омокря (най-дълга фаза). През submerged фазата в долната част на съда се подава стерилен въздух, който задвижва течната среда нагоре, омокряйки растителния материал за кратко (1 мин/ден до 4 пъти по 15 мин/ден). Когато спре подаването на въздух, налягането се нормализира и течността се връща в долния съд под действие на гравитацията. По растението остава слой от ХС.
