کشت بسته، نیمه پیوسته، پیوسته
در این مطلب خصوصیات محیط کشت بسته، نیمه پیوسته، پیوسته و 20 تفاوت عمده آنها را بیان می کنیم.
تامین یک بستر برای هر فرآیند زیستی ضروری است، حتی اگر فقط نمک معدنی، نور و CO2 برای جلبک ها باشد. سوبسترا معمولاً به شکل قند است که یا در ابتدای فرآیند تهیه می شود یا به مرور زمان اضافه می شود. انتخاب روش مورد استفاده به ارگانیسم، کاربرد و هدف نهایی بستگی دارد.
کشت بسته (Batch Culture)
در کشت بسته، تمام اجزای محیط در شروع کشت در راکتور قرار می گیرند به جز گازهای اتمسفر، اسید یا باز برای کنترل pH و عوامل ضد کف.
تغییر مداوم در غلظت مواد مغذی در طول زمان وجود دارد و سیستم ناپایدار باقی می ماند.
کشت نیمه پیوسته (Fed-Batch Culture)
به عبارت ساده، کشت فید-بچ اصلاحی برای تخمیر بسته است. در کشت نیمه بسته تغذیه شده، مواد مغذی به صورت آسپتیک اضافه می شوند. این یک سیستم نیمه باز است و با افزودن سیستماتیک کشت، حجم کشت مایع در بیوراکتور افزایش می‌یابد. کشت فید-بچ مولدتر است، با افزودن متوالی کنترل شده مواد مغذی، عملکرد بهتری دارد، تراکم سلولی بالاتری را ممکن می کند و سنتز محصول را طولانی تر می کند. یکی از راه های جلوگیری از تبدیل شدن مواد مغذی به یک عامل محدود کننده، تامین مداوم آنها در طول کشت است. به این فرآیند Fed-Batch گفته می شود که یک سیستم نیمه باز است. مزیت تغذیه در طول کشت این است که به طور کلی امکان دستیابی به مقادیر بالاتر محصول را به طور کلی فراهم می کند.
در شرایط رشد خاص، میکروارگانیسم‌ها و یا سلولها دائماً دو برابر می‌شوند و بنابراین منحنی رشد نمایی را دنبال می‌کنند. به همین دلیل است که نرخ خوراک نیز باید به صورت تصاعدی افزایش یابد. به طور کلی، سوبسترا از طریق یک لوله سیلیکونی از بطری تغذیه به داخل ظرف کشت پمپ می شود. کاربر می تواند خوراک را در هر زمان به صورت دستی تنظیم کند (خطی، نمایی، پالس)، یا در صورت برآورده شدن شرایط خاص، مانند زمانی که غلظت زیست توده معینی حاصل می شود یا زمانی که یک ماده مغذی تخلیه می شود، مواد مغذی را اضافه کند.
کشت پیوسته (Continuous Culture)
کشت مداوم یک فرآیند پیوسته است که در آن مواد مغذی به طور مداوم به بیوراکتور اضافه می‌شوند و همزمان کشت مایع (حاوی سلولها و متابولیت‌ها) حذف می‌شود. حجم محیط کشت به دلیل نرخ تغذیه و خروج ثابت است (یعنی مواد مغذی مصرف شده جایگزین می شوند و متابولیت های سمی از کشت حذف می شوند).
محیط کشت پیوسته بر دو نوع است:
کموستات (Chemostat)
که در آن سرعت رشد و تراکم سلول با ثابت نگهداشتن سرعت ورود مواد مغذی محدود کننده رشد (نیتروژن، فسفر، گلوکز) در یک حد ثابت حفظ می شود.
در چنین محیط کشتی به جز مواد مغذی محدود کننده رشد، سایر اجزاء به مقادیر بالاتر از آنچه که برای حفظ سرعت رشد سلولها در حد مطلوب مورد نیاز است، موجود هستند. ماده محدود کننده رشد به نحوی تنظیم شده است که کاهش یا افزایش آن باعث کاهش یا افزایش متناظری در سرعت رشد سلول ها می شود.
توربیدوستات (Turbidiostat)
که در آن محیط کشت تازه در پاسخ به افزایش کدری محیط کشت جریان می یابد، به طوریکه سوسپانسیون سلولی را در یک تراکم اپتیکی ثابت نگه دارد.
با برداشت سلول ها از محیط، تراکم بیوماس در حد ثابتی که از قبل تعیین شده است، حفظ می شود.
کشت بسته، نیمه پیوسته، پیوسته (20تفاوت عمده)
| ردیف | Batch culture | Fed-batch culture | Continuous culture |
|---|---|---|---|
| 1 | در تخمیر بسته، تمام اجزای محیط در شروع کشت در راکتور قرار می گیرند. | تخمیر نیمه باز اصلاحی برای تخمیر بسته است که در آن مواد مغذی به طور سیستماتیک اضافه می شوند. | کشت مداوم یک فرآیند پیوسته است که در آن مواد مغذی به طور مداوم به بیوراکتور اضافه می‌شوند و همزمان کشت مایع (حاوی سلولها و متابولیت‌ها) حذف می‌شود. |
| 2 | تخمیر در یک سیستم بسته انجام می شود. | تخمیر در یک سیستم نیمه بسته انجام می شود. | تخمیر در یک سیستم باز انجام می شود. |
| 3 | این یک فرآیند ناپیوسته است. | این یک فرآیند نیمه مستمر است | روندی مستمر است. |
| 4 | مواد مغذی همگی در ابتدای کشت تامین می شوند، بدون افزودن بیشتر بعداً | مواد مغذی در ابتدا تامین می شود و بعداً به طور سیستماتیک در طول فرآیند کشت اضافه می شود. | مواد مغذی به طور مداوم در طول فرآیند کشت اضافه می شوند و محصول تشکیل شده به طور مداوم خارج می شود. |
| 5 | هنگامی که محصولات تشکیل می شوند، کل فرآیند متوقف می شود | هنگامی که محصولات تشکیل می شوند، کل فرآیند متوقف می شود | این روند ادامه دارد و محصولات به طور مداوم از تخمیر خارج می شوند. |
| 6 | میکروارگانیسم ها از چهار مرحله عبور می کنند فاز تاخیر فاز رشد نمایی فاز ثابت مرحله مرگ | میکروارگانیسم ها از چهار مرحله عبور می کنند فاز تاخیر فاز رشد نمایی فاز ثابت مرحله مرگ | میکروارگانیسم ها در طول فرآیند در فازهای تاخیر و رشد نمایی نگهداری می شوند. |
| 7 | محیط داخلی ثابت نمی ماند. | محیط داخلی ثابت می ماند. | محیط داخلی ثابت می ماند. |
| 8 | حجم مواد مغذی ثابت می ماند. | حجم مواد مغذی افزایش می یابد. | حجم مواد مغذی ثابت می ماند. |
| 9 | پس از انجام فرآیند، تنظیم تخمیر تغییر نمی کند | هنگامی که فرآیند تخمیر شروع می شود، محیط از بیرون تغییر می کند | هنگامی که فرآیند تخمیر شروع می شود، محیط از بیرون تغییر می کند |
| 10 | از آنجایی که مواد مغذی و سایر شرایط در داخل محدود است، بازده پایین است. | از آنجایی که سطوح بهینه مواد مغذی حفظ می شود، نرخ بازدهی متوسط است. | از آنجایی که سطوح بهینه مواد مغذی و سایر شرایط حفظ می شود، نرخ بازده بالاست |
| 11 | احتمال آلودگی و جهش وجود ندارد. | احتمال آلودگی و جهش وجود دارد. | احتمال آلودگی و جهش وجود دارد. |
| 12 | در طول فرآیند، کنترل کمتری بر رشد میکروبی و محصول مورد نظر وجود دارد. | در طول فرآیند، کنترل بیشتری بر رشد میکروبی و محصول مورد نظر وجود دارد | در طول فرآیند، کنترل بیشتری بر رشد میکروبی و محصول مورد نظر وجود دارد. |
| 13 | کشت بسته در فرمانتورهای بزرگ انجام می شود | کشت های Fed-batch در فرمانتورهای کوچک انجام می شود | کشت های مداوم در فرمانتورهای کوچک انجام می شود. |
| 14 | راه اندازی و اجرای تخمیر بسته ساده است. | راه‌اندازی محیط Fed-Batch برای اجرا و نگهداری پیچیده و دشوار است | راه اندازی کشت پیوسته برای اجرا و نگهداری پیچیده و دشوار است. |
| 15 | بازده محصول کم است | بازده محصول بالاست. | بازده محصول بالاست |
| 16 | تقاضای نیروی کار کمتر است | تقاضای نیروی کار بالاست | تقاضای نیروی کار بالاست |
| 17 | سرمایه گذاری کمتر مورد نیاز | سرمایه گذاری بالا مورد نیاز است | سرمایه گذاری بالا مورد نیاز است. |
| 18 | روش های کنترل آسان و سریع هستند | روش های کنترل پیچیده و زمان بر هستند | روش های کنترل پیچیده و زمان بر هستند |
| 19 | عمدتاً برای تولید محصولات ثانویه مانند آنتی بیوتیک ها استفاده می شود. | عمدتاً برای تولید الکل و پروتئین های نوترکیب استفاده می شود. | این عمدتا برای تولید متابولیت های اولیه مانند اسیدهای آمینه و اسیدهای آلی استفاده می شود. |
| 20 | محصول با فرآیند پایین دستی برداشت می شود. | محصول با فرآیند پایین دستی برداشت می شود. | پردازش پایین دستی پیچیده است. |
“کیمیا زیست گستر نوین” در راستای ارتقاء تولیدات و سطح علمی کشور مبادرت به واردات و توزیع مواد شیمیایی و مصرفی آزمایشگاهی کرده است. هدف مجموعه ما تأمين مواد و تجهيزات مورد نياز در بخش هاى مختلف آزمايشگاهى، تحقيقاتى، بيمارستانى، صنعتى و … مي باشد.
