Características quimioestadas, história e usos

Ele Quimiostato É um dispositivo ou dispositivo usado para o cultivo de células e microorganismos. Também é chamado de biorreattor e tem a capacidade de reproduzir ambientes aquáticos experimentalmente, como lagos, sedimentação ou tratamento de tratamento, entre outros.

É descrito de maneira generalizada como um contêiner (o tamanho dependerá se o uso é industrial ou laboratório) com uma entrada para que entre material estéril e uma saída através da qual o material resultante do processo seja lançado, que geralmente são nutrientes, desperdício, material estéril, microorganismos, entre outros.

Diagrama de quimiotato. Tomado e editado de: CGraham2332 [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)].

Foi descoberto e apresentado de forma independente e quase simultaneamente pelos cientistas Jacques Monod, Aaron Novick e Leo Szilard em 1950. Monod trabalhou sozinho e o chamou de Bactogen, enquanto Novick e Szilard trabalharam juntos e o chamavam de quimiostato, um nome que dura até hoje.

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Características do quimioestado

Chemostat é caracterizado pela adição constante de um meio que contém um único nutriente que limita o crescimento e simultaneamente elimina parte da colheita, como o excedente de produção, metabólitos e outras substâncias. Essa eliminação é constantemente substituída por novo material, alcançando um equilíbrio estável.

Sob essas condições, a velocidade com que o cultivo de microorganismos se desenvolve é igual à velocidade em que é diluída. Isso é fundamental em relação a outros métodos de cultivo, uma vez que um estado estável pode ser alcançado em um ambiente constante e definido.

Outra característica importante é que, com o quimioterado, o operador pode controlar variáveis ​​físicas, químicas e biológicas, como o volume de indivíduos em cultivo, oxigênio dissolvido, quantidade de nutrientes, pH, etc.

Princípio do método

O método consiste em uma população de microorganismos que cresce desde o início de semelhante ao que é dado em descontínuos ou lotes (a cultura líquida mais simples). Quando as populações crescem, é necessário.

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Dessa forma, no quimiostato, uma diluição é realizada usando a adição contínua de meio fresco e a eliminação da colheita, como é descrito em parte no parágrafo anterior. Um único nutriente é responsável por limitar o crescimento no recipiente enquanto o restante está presente em excesso.

Isso apenas limitando o nutriente do crescimento é predeterminado pela pessoa que desenvolve o experimento, pode ser qualquer nutriente e, em muitos casos, dependerá das espécies culturais.

História

As culturas descontínuas de microorganismos datam de séculos (fabricação de cervejas e outras bebidas). No entanto, culturas contínuas são algo relativamente mais moderno. Alguns microbiologistas atribuem o início da colheita contínua ao famoso microbiologista russo Sergui VinagragratSki.

Vinagragraki estudou o crescimento de bactérias sulforedutor em um dispositivo projetado por ele (coluna Vinagragraki). Durante seus estudos, ele forneceu a coluna gotas de sulfeto de hidrogênio como alimento para esses bactérias

Ao falar sobre culturas contínuas, é obrigatório falar sobre 3 personagens: Jacques Monod, Aaron Novick e Leo Szilard. Monod era um biólogo consagrado e vencedor do Prêmio Nobel em 1965.

Este pesquisador (Monod), enquanto faz parte do Instituto Pasteur, desenvolveu muitos ensaios, cálculos e análises entre 1931 e 1950. Durante esse período, ele criou o modelo matemático de crescimento de microrganismos que mais tarde seria chamado de equação de Monod.

Em 1950, com base na equação que leva seu nome, ele projetou um modelo de dispositivo que permitia uma cultura de microorganismos continuamente e chamada Bactogen.

Por outro lado, os cientistas Novick (físicos) e Szilard (Chemical) se reuniram enquanto trabalhavam no projeto Manhattan (a bomba atômica) em 1943; Anos depois, eles começariam a demonstrar interesse no crescimento bacteriano e, em 1947.

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Após vários ensaios e análises Novick e Szilard, com base nos cálculos de Monod (equação de Monod), também criados em 1950, um modelo de cultura contínua de organismos microscópicos que eles chamavam de quimiostato, e é o nome que foi mantido até o momento. Mas os três são atribuídos à invenção.

Formulários

Biologia e evolução adaptativa

As ferramentas oferecidas por esse sistema de cultura contínuo de microrganismos são usadas por ecologistas e evolucionistas para estudar como a taxa de crescimento afeta os processos e o metabolismo celular, e como ele controla a pressão de seleção e a expressão dos genes.

Isso torna possível após avaliar e manter dezenas de centenas de gerações em quimiostato em condições controladas.

Dois quimioteates, usados ​​na análise de toxicidade de amônio em leveduras. Tomado e editado de: (Imagem: Maitreya Dunham) [CC por 2.5 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/2.5)].

Biologia Celular

Praticamente todos os estudos relacionados a quimiostatos estão relacionados à biologia celular, mesmo molecular, evolutiva, etc.

No entanto, especificamente, o uso de quimiostato para este ramo da biologia fornece informações valiosas que permitem elaborar modelos matemáticos necessários para entender os processos metabólicos na população do estudo.

Biologia molecular

Nos últimos 10 anos ou talvez mais, o interesse no uso de quimiostato na análise molecular de genes microbianos cresceu. O método de cultura facilita informações que obtenham análise abrangente ou sistêmica de culturas de microorganismos.

Estudos neste campo com quimioterado permitem a análise de transcrição de DNA em todo o genoma, bem como quantificar a expressão gênica ou identificar mutações em genes específicos de organismos como levedura Saccharomyces cerevisiae, por exemplo.

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Culturas enriquecidas

Esses estudos são realizados usando sistemas descontínuos desde o final do século XIX, com as obras de Beijerinck e Vinagragraki, enquanto nos anos 60 do século passado eles começaram a ser feitos em culturas contínuas usando quimostato.

Esses estudos consistem em enriquecer meios de cultura para colher diferentes tipos de micróbios (geralmente bactérias), também é usado para determinar a ausência de certas espécies ou detectar a presença de alguns cuja proporção é muito baixa ou quase impossível de observar no meio natural.

As culturas enriquecedoras também são usadas em sistemas contínuos abertos (quimiostatos) para desenvolver culturas de bactérias mutantes, principalmente aidotróficas ou aquelas que podem se tornar resistentes a medicamentos, como antibióticos, como antibióticos.

Produção de etanol

Do ponto de vista industrial, o uso e a produção de biocombustíveis é cada vez mais frequente. Nesse caso, é a produção de etanol a partir das bactérias Gram -negativas Zymomonas mobilis.

No processo, são utilizados várias grandes quimi -casteus em série, mantidas em concentrações constantes de glicose e outros açúcares, para que sejam convertidos em etanol em condições anaeróbicas.

Referências

1. Quimostat: o reator contínuo ideal do tanque agitado. Recuperado de: biorreatores.Tripé.
2. Quimiostato. Recuperado de: em.Wikipedia.org.
3. N. Ziv, n.J. Brandt, & d. Gresham (2013). O uso de quimiostatos na biologia dos sistemas microbianos. Jornal de Experiências Visualizadas.
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5. J. Monod (1949). O crescimento da revisão cultural bacteriana da microbiologia.
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7. H.G. Schlegel, & h.C. Jannasch (1967). Culturas de enriquecimento. Revisão anual de microbiologia.
8. J. Thierie (2016). Introdução à teoria de sistemas dispersos polifásicos. (Eds) Springer Nature. 210 pp.