Nuôi cấy liên tục vi sinh vật Nuôi cấy liên tục vi sinh vật Bởi: Nguyễn Lân Dũng buivietha Trong phần xem xét việc nuôi cấy phân mẻ (batch cultures) hệ thống kín, tức chuyện bổ sung chất dinh dưỡng, không thải loại sản phẩm có hại sinh trinh sống Giai đoạn logarit trì qua vài hệ sau chuyển vào giai đoạn ổn định Nếu nuôi cấy vi sinh vật hệ thống hở, trình nuôi cấy thường xuyên bổ sung chất dinh dưỡng thải loại chất cặn bã làm cho môi trường giữ trạng thái ổn định Đó hệ thống nuôi cấy liên tục (continuous culture system) Trong hệ thống sinh trưởng vi sinh vật giữ trạng thái logarit, nồng độ sinh khối vi sinh vật giữ ổn định thời gian tương đối dài Giả thử ta có bình nuôi cấy vi khuẩn sinh trưởng, phát triển Ta cho chảy liên tục vào bình môi trường có thành phần không thay đổi Thể tích bình nuôi cấy giữ ổn định Dòng môi trường vào bù đắp cho dòng môi trường với tốc độ Ta gọi thể tích bình v (lit), tốc độ dòng môi trường vào f (lít/ giờ) Tốc độ (hay Hệ số) pha loãng gọi D (f/v) Đại lượng D biểu thị thay đổi thể tích sau Nếu vi khuẩn không sinh trưởng phát triển chúng bị rút dần khỏi bình nuôi cấy theo tốc độ: ν= dX dt = DX X sinh khối tế bào Người ta thường dùng hai loại thiết bị nể nuôi cấy liên tục vi sinh vât Đó Chemostat Turbidostat Chemostat Khi sử dụng Chemostat để nuôi cấy vi sinh vật người ta đưa môi trường vô khuẩn vào bình nuôi cấy với lượng tương đương với tốc độ đưa môi trường chứa vi khuẩn khỏi bình nuôi cấy (xem hình 10) Trong môi trường số chất dinh dưỡng thiết yếu (như vài amino acid ) cần khống chế nồng độ phạm vi định Vì tốc độ sinh trưởng vi sinh vật hệ thống định tốc độ môi trường 1/4 Nuôi cấy liên tục vi sinh vật đưa vào hệ thống nồng độ tế bào phụ thuộc vào nồng độ chất dinh dưỡng hạn chế Nhịp độ đổi chất dinh dưỡng biểu thị nhịp độ pha loãng D (dilution rate) Tốc độ lưu thông chất dinh dưỡng (ml/h) biểu thị f thể tích bình nuôi cấy V (ml): D= f V Chẳng hạn f 30ml/h V 100ml nhịp độ pha loãng D 0,30h-1 Cả số lượng vi sinh vật thời gian hệ có liên quan đến nhịp độ pha loãng (hình 11) Trong phạm vi nhịp độ pha loãng tương đối rộng mật độ vi sinh vật hệ thống không thay đổi Khi nhịp đọ pha loãng tăng lên, thời gian hệ hạ xuống (tốc độ sinh trưởng tăng lên), chất dinh dưỡng hạn chế bị tiêu hao hết Nếu nhịp độ pha loãng cao vi sinh vật bị loại khỏi bình nuôi cấy trước kịp sinh sôi nẩy nở lúc nhịp độ pha loãng cao tốc độ sinh trưởng vi sinh vật Nồng độ chất dinh dưỡng hạn chế tăng lên nhịp độ pha loãng tăng cao vi có vi sinh vật sử dụng chúng Nuôi cấy liên tục Chemostat Turbidostat 2/4 Nuôi cấy liên tục vi sinh vật Hệ thống nuôi cấy liên tục (Chemostat) Khi nhịp độ pha loãng thấp tăng nhịp độ pha loãng làm cho mật độ tế bào tốc độ sinh trưởng tăng lên Đó hiệu ứng nồng độ chất dinh dưỡng nhịp độ sinh trưởng (growth rate) Quan hệ có lúc gọi quan hệ Monod (Monod relationship) Trong điều kiện nhịp độ pha loãng thấp , có ỏi chất dinh dưỡng cung cấp tế bào phải dùng phần lớn lượng để trì sống không dùng để sinh trưởng, phát triển Lúc nhịp độ pha loãng tăng lên, chất dinh dưỡng tăng lên, tế bào có nhiều lượng cung cấp, để trì sống mà dùng để sinh trưởng, phát triển, làm tăng cao mật độ tế bào Nói cách khác, tế bào sử dụng lượng vượt lượng trì (maintenance energy) nhịp độ sinh trưởng bắt đầu tăng lên 3/4 Nuôi cấy liên tục vi sinh vật Tỷ lệ pha loãng chemostat sinh trưởng vi sinh vật Turbidostat Turbidostat loại hệ thống nuôi cấy liên tục thứ hai Thông qua tế bào quang điện (photocell) để đo độ hấp thụ ánh sáng hay độ đục bình nuôi cấy để tự động điều chỉnh lưu lượng môi trường dinh dưỡng, làm cho độ đục hay mật độ tế bào giữ mức độ dự kiến Turbidostat Chemostat có nhiều điểm khác Trong hệ thống Turbidostat môi trường không chứa chất dinh dưỡng hạn chế, nhịp độ pha loãng không cố định Turbidostat hoạt động tốt nhịp độ pha loãng cao Chemostat lại ổn định hiệu nhịp độ pha loãng tương đối thấp Hệ thống nuôi cấy liên tục có lợi tế bào trạng thái sinh trưởng thuộc giai đoạn logarit Hơn dùng làm mô hình để nghiên cứu sinh trưởng vi sinh vật điều kiện nồng độ chất dinh dưỡng thấp tương tự môi trường tự nhiên Hệ thống nuôi cấy liên tục có ích việc nghiên cứu nhiều lĩnh vực khác Chẳng hạn, để nghiên cứu tác dụng tương hỗ loài vi sinh vật điều kiện môi trường tương tự môi trường nước ao hồ nước Hệ thống nuôi cấy liên tục sử dụng ngành vi sinh vật học công nghiệp thực phẩm 4/4 ... nhịp độ pha loãng tăng cao vi có vi sinh vật sử dụng chúng Nuôi cấy liên tục Chemostat Turbidostat 2/4 Nuôi cấy liên tục vi sinh vật Hệ thống nuôi cấy liên tục (Chemostat) Khi nhịp độ pha loãng... energy) nhịp độ sinh trưởng bắt đầu tăng lên 3/4 Nuôi cấy liên tục vi sinh vật Tỷ lệ pha loãng chemostat sinh trưởng vi sinh vật Turbidostat Turbidostat loại hệ thống nuôi cấy liên tục thứ hai Thông... sinh vật bị loại khỏi bình nuôi cấy trước kịp sinh sôi nẩy nở lúc nhịp độ pha loãng cao tốc độ sinh trưởng vi sinh vật Nồng độ chất dinh dưỡng hạn chế tăng lên nhịp độ pha loãng tăng cao vi có vi