La ciencia

Principios del crecimiento microbiano

Microorganismos pueden cultivarse en lote, fed-batch o en cultivo continuo (Fig. 17.2). En la fermentación por lotes, el medio de cultivo estéril se inocula con los microorganismos apropiados, y la fermentación avanza sin la adición de medio de cultivo fresco. En fermentación fed-batch, nutrientes se agregan gradualmente en varias veces durante lareacción de fermentación; ningún medio de crecimiento se elimina hasta el final del proceso. En el proceso de fermentación continua, medio de cultivo fresco se agrega continuamente durante la fermentación, pero también hay remoción concomitante de un volumen igual de medio gastado que contiene microorganismos suspendidos. Para cada tipo de fermentación, oxígeno (que generalmente se suministra en forma deaire estéril), un agente antiespumoso, y, si es necesario, ácido o base se inyectan en el biorreactor según sea necesario
Fermentación por lotes
Durante la fermentación por lotes, la composición del medio de cultivo, la concentración de microorganismos (concentración de biomasa), la composición química interna de los microorganismos y la cantidad de proteína diana o metabolito cambiar comoconsecuencia del estado de crecimiento de la célula, metabolismo celular y la disponibilidad de nutrientes. En estas condiciones, se observan generalmente seis fases típicas de crecimiento: retraso de fase, fase de aceleración, logarítmico (log) o fase exponencial, fase de desaceleración, fase estacionaria y fase de muerte (Fig. 17,3).
Típicamente, no hay ningún aumento inmediato en el número decélulas después de la inoculación en medio del crecimiento esterilizada. Este período inicial se denomina la fase lag. Durante el período de retraso, las células microbianas se adaptan a las nuevas condiciones ambientales. Las células pueden tener que ajustar a un pH diferente o a un nuevo nivel de nutrientes disponibles. Como parte de una respuesta adaptativa, las vías metabólicas previamenteinexpresadas pueden ser inducidas. Una fase de retraso generalmente se produce cuando las células del inóculo se derivan de una cultura que ha dejado de crecer (es decir, ha entrado en fase estacionaria) debido a la inhibición del substrato limitación o producto. Estas células necesitan tiempo para reajustar sus sistemas metabólicos para ajustar el nuevo medio. La duración de la fase lag corresponde a lascélulas inoculadas cuánto tiempo estuvieron en fase estacionaria y en la medida en que el anterior medio de crecimiento de las células de partida diferenció del nuevo medio de cultivo. Por el contrario, cuando el inóculo es un cultivo de células de una creciente población de células en fase logarítmica, no se produzca una fase lag perceptible y crecimiento puede comenzar inmediatamente.
Tras lafase de retraso, el breve período cuando aumenta la tasa de crecimiento de la célula hasta que se logre el crecimiento fase logarítmica se denomina la fase de aceleración

Figura 17.2 representación esquemática del curso del tiempo (curvas de progreso) de concentración de células (masa) y concentración del substrato en lote (A), fed-batch (B) y continuas (C) las fermentaciones.

Figura 17.3patrón de crecimiento de la célula microbiana en un fermentador de lote. Las seis fases del ciclo de crecimiento son lag (1), aceleración (2), (3) registro (exponencial), (4) desaceleración, inmóvil (5) y (6) muerte.
Durante la fase logarítmica de crecimiento, la célula masa sufre varios doblajes de la célula y la tasa de crecimiento específico de la cultura se mantiene constante. Con sustratoexceso (fuente nutriente) y no inhibición del crecimiento por un compuesto que está presente en el medio de crecimiento, la tasa de crecimiento específico es independiente de la concentración del substrato. Estos cambios y otros pasos relacionados pueden ser representados en forma matemática, haciendo posible que los ingenieros bioquímicos modelar precisamente y luego más fácilmente escalan el...