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Descubrimiento de efectos inhibidores en cultivos de lotes alimentados: ¿Por qué no crecen sus microbios
Con el avance de la biotecnología, la tecnología de cultivo en lotes alimentados se ha convertido gradualmente en una operación clave en los principales procesos de producción. Esta tecnología no sólo puede mejorar eficazmente el crecimiento de microorganismos y la producción de metabolitos, sino que también puede ayudar a los científicos a resolver muchos desafíos que enfrentan los métodos de cultivo tradicionales. Sin embargo, frente a los efectos inhibidores que se producen durante el cultivo de diversos microorganismos, los investigadores aún se preguntan por qué algunos microorganismos no crecen en determinadas condiciones.
El cultivo en lotes alimentados es una tecnología operativa que suministra continuamente uno o más nutrientes (sustratos) durante el proceso de cultivo y retiene el producto en el biorreactor hasta el final del proceso.
La ventaja de la tecnología de cultivo por lotes alimentados es que puede controlar de manera flexible la concentración de sustrato en el medio de cultivo, lo que afecta el crecimiento y el metabolismo de los microorganismos. En algunos casos, esta técnica es superior a los cultivos por lotes convencionales, particularmente cuando las concentraciones de nutrientes afectan el rendimiento o la eficiencia de producción del metabolito deseado. Sin embargo, esta tecnología aparentemente ideal a menudo enfrenta el desafío de los efectos inhibitorios en aplicaciones prácticas.
Tipos de efectos inhibidores
Durante el cultivo en lotes, se producen varios efectos inhibidores típicos:
Inhibición del sustratoCiertos nutrientes, como el metanol, el etanol, el ácido acético y los compuestos aromáticos, pueden inhibir el crecimiento microbiano incluso en concentraciones relativamente bajas. Al añadir adecuadamente dichos sustratos, se puede acortar el tiempo de retraso y reducir significativamente la inhibición del crecimiento celular.
Alta densidad celular
En cultivos por lotes, lograr densidades celulares muy altas a menudo requiere la adición de altas concentraciones iniciales de nutrientes al medio de cultivo. Sin embargo, en concentraciones tan altas, los nutrientes se volverán inhibidores. Esto requiere un ajuste a través de las técnicas de alimentación.
En la producción de levadura de panadería, incluso en presencia de oxígeno disuelto adecuado, el exceso de azúcar en el cultivo producirá etanol, lo que dará como resultado un bajo rendimiento celular.
Efecto Crabbitt
Las altas concentraciones de azúcar conducen a la formación de etanol, que no solo afecta el crecimiento sino que también produce subproductos dañinos, por lo que generalmente se utiliza un proceso de lote alimentado en la producción de levadura de panadería para reducir este efecto.
Inhibición de metabolitos
Cuando los microorganismos se cultivan aeróbicamente a altas concentraciones de azúcar, se producen como subproductos ácidos orgánicos como el ácido láctico y el ácido acético, que inhiben el crecimiento celular y perjudican sus actividades metabólicas.
Supresión de gas
En algunos procesos de cultivo, como la producción de penicilina, la demanda de oxígeno de los microorganismos debe mantenerse dentro de ciertos límites. Una vez que se proporciona demasiado oxígeno, se inhibirá la formación de metabolitos específicos, lo que afectará el rendimiento del producto final.
Estrategias de control del crecimiento microbianoAdemás, debido a la naturaleza controlable de los cultivos en lotes alimentados, se han utilizado muchas estrategias para controlar el crecimiento microbiano. Por ejemplo, en cultivos de alta densidad, la tasa de crecimiento se mantiene suministrando continuamente el sustrato limitante; en el caso de una alimentación estable, la tasa de alimentación se ajusta de acuerdo con la situación de crecimiento para evitar la emisión de metabolitos secundarios; al dirigir la síntesis enzimática. La tasa de crecimiento se controla mediante la limitación de la tasa de crecimiento. El suministro de sustrato alivia el efecto inhibidor y promueve la síntesis de las sustancias necesarias.
ConclusiónMantener la concentración de un compuesto específico al mínimo mientras se mantiene la expresión genética continua es una de las aplicaciones importantes de los cultivos en lotes alimentados.
Con el avance continuo de la ciencia y la tecnología, la tecnología de cultivo en lotes alimentados recibirá cada vez más atención. Los investigadores necesitan urgentemente realizar estudios en profundidad sobre los efectos inhibidores que enfrentan varios microorganismos durante el cultivo y explorar cómo superar estos desafíos a través de diferentes estrategias de cultivo. Ante una variedad de factores de influencia potenciales, ¿cómo podemos reajustar nuestras estrategias de cultivo microbiano para hacer frente a estos entornos de crecimiento adversos?
