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El secreto de la densidad celular ultra alta: ¿cómo lograr un rendimiento óptimo en los biorreactores?
En el mundo actual de la biotecnología, la elección de la técnica de cultivo es fundamental para el rendimiento y la calidad del producto final. Entre ellos, el cultivo en lotes alimentados ha recibido una atención generalizada porque puede controlar eficazmente los nutrientes durante el proceso de cultivo y promover el crecimiento y desarrollo de microorganismos. Esta tecnología no sólo aumenta el rendimiento sino que también evita algunas de las limitaciones de los cultivos en lotes tradicionales.
El cultivo en lotes alimentados se define como una técnica operativa que suministra continuamente uno o más nutrientes al biorreactor durante el proceso de cultivo y mantiene el producto sin cambios en el reactor hasta el final del cultivo.Los cultivos en lotes alimentados ofrecen ventajas significativas sobre los cultivos en lotes completos convencionales, particularmente cuando se controlan las concentraciones de nutrientes para influir en el rendimiento o la productividad de los metabolitos deseados. Mediante un suministro preciso de nutrientes, los investigadores pueden limitar eficazmente la producción de subproductos metabólicos innecesarios dentro de las células, aumentando así la densidad de células deseadas.
Principales tipos de cultivos en lotes alimentados
Los cultivos fed-batch tienen una amplia gama de aplicaciones y pueden adaptarse a diferentes bioprocesos. A continuación se presentan algunas estrategias eficaces de cultivo en lotes alimentados: 1. Inhibición de la matrizMuchos microorganismos son inhibidos por altas concentraciones de nutrientes (como metanol, etanol y ácido acético). En cultivos con alimentación por lotes, la adición oportuna de estos sustratos puede acortar los tiempos de retraso y reducir los efectos inhibitorios sobre el crecimiento celular.
2. Alta densidad celularEn comparación con el cultivo discontinuo tradicional, para lograr una mayor concentración de células, el cultivo discontinuo alimentado requiere controlar la concentración de nutrientes en el medio de cultivo para no inhibir el crecimiento de microorganismos.
3. Efecto de la glucosaEn la producción de levadura de panadería, incluso en condiciones de suficiente oxígeno disuelto, el exceso de azúcar provocará la producción de alcohol, inhibiendo así el crecimiento celular. El proceso de alimentación por lotes puede reducir eficazmente este efecto y mejorar la productividad general de la levadura.
4. Supresión del catabolismo Proporcionar una fuente de carbono rápidamente metabolizada (como la glucosa) aumentará la concentración de ATP en la célula, inhibiendo así la síntesis de ciertas enzimas. El cultivo discontinuo puede mantener bajas concentraciones de glucosa y promover la síntesis de enzimas. 5. Uso de mutantes auxiliaresPara los mutantes microbianos que requieren nutrientes adicionales, el control adecuado de la concentración de nutrientes esenciales puede promover eficazmente la producción de los metabolitos necesarios.
Controlando la velocidad de alimentación y gestionando con precisión el suministro de nutrientes, se puede maximizar la capacidad de producción de las células y la concentración del producto deseado.
Estrategias para el cultivo en lotes alimentados
Al implementar cultivos en lotes alimentados, existen varias estrategias clave que ayudan a garantizar un rendimiento óptimo del proceso de cultivo:
Cultivo de alta densidad celular
Esta estrategia se utiliza con frecuencia en procesos bioindustriales para lograr altas densidades celulares dentro de los biorreactores.
Cultivo continuo en lotes alimentados
En este tipo de cultivo en lotes alimentados, la tasa de suministro de sustrato limitante del crecimiento es constante, lo que puede mantener la estabilidad del proceso de cultivo.
Cultivo en lotes con alimentación exponencial
En condiciones ideales, las células crecen a un ritmo exponencial. Este formato de cultivo permite aumentar la tasa de suministro de sustrato limitante del crecimiento en proporción a la tasa de crecimiento celular.
Los futuros avances en biotecnología explorarán más a fondo el potencial de estas estrategias de cultivo en lotes alimentados para producir bioproductos más valiosos a mayores densidades celulares. Sin embargo, ¿cómo equilibrar la eficiencia y los costos de producción en aplicaciones industriales sigue siendo una pregunta que vale la pena explorar?
