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Comment augmenter la production microbienne en contrôlant les nutriments ?
Dans le domaine de la biotechnologie, alors que la demande continue de croître, les chercheurs recherchent constamment des moyens d'augmenter les rendements microbiens. La culture Fed-batch, en tant que technologie d'exploitation, peut contrôler avec précision l'apport de nutriments, améliorant ainsi considérablement l'efficacité de la production. Cette technologie permet non seulement aux micro-organismes de se développer dans l’environnement le plus approprié, mais empêche également l’épuisement des nutriments et atteint des objectifs de production stables et efficaces.
La technologie de culture par lots d'alimentation joue un rôle important dans la recherche d'une augmentation des rendements microbiens et du maintien de la qualité des produits.
En fonction des besoins des différents processus biologiques, la culture par lots nourris peut être utilisée dans diverses situations. Voici quelques situations principales et les caractéristiques techniques correspondantes :
- **Inhibition matricielle** : certains nutriments, tels que le méthanol ou l'éthanol, inhibent la croissance des micro-organismes, même à des concentrations relativement faibles. En ajoutant ces substrats au bon moment, le temps de latence peut être raccourci et l’inhibition de la croissance cellulaire considérablement réduite.
- **Haute densité cellulaire** : dans la culture par lots, afin d'obtenir des concentrations cellulaires très élevées, des concentrations initiales élevées de nutriments sont souvent nécessaires. Mais ces concentrations élevées de nutriments peuvent inhiber la croissance. Nourrir la culture par lots peut contrôler efficacement cette situation.
Dans divers processus microbiens, l'inhibition de la croissance peut être efficacement évitée en augmentant le contrôle des nutriments dans le milieu de culture.
En particulier dans certains processus traditionnels de production de levure, la production d'éthanol due à un excès de sucre réduira le rendement cellulaire même si suffisamment d'oxygène dissous est présent. Ce phénomène est appelé effet Crabtree. Grâce à des cultures nourries par lots, l’approvisionnement en sucre peut être contrôlé efficacement afin de minimiser la production d’éthanol.
Avantages de l'alimentation en culture discontinue
Un autre avantage majeur des cultures fed batch est leur capacité à contrôler les nutriments. Cela inclut non seulement l’ajustement des ratios, mais permet également de maintenir des concentrations optimales de nutriments tout au long du processus de culture.
Maintenir l'apport de nutriments à de faibles concentrations permet d'éviter une charge métabolique excessive et la formation d'autres sous-produits.
De plus, l'utilisation de la culture par lots d'alimentation peut également atteindre les objectifs suivants :
- Prolongez la durée de fonctionnement pour garantir la continuité du processus de culture.
- Régénère l'humidité perdue en raison de l'évaporation et réduit la viscosité.
- Être en mesure de mieux contrôler la croissance cellulaire et de disposer de capacités d'ajustement plus flexibles pour la synthèse enzymatique et les voies métaboliques.
En fonction des différentes méthodes d'approvisionnement en nutriments, la culture par lots d'alimentation peut être divisée en plusieurs types :
Culture à haute densité cellulaire
Les cultures à haute densité cellulaire sont couramment utilisées dans les processus bioindustriels et peuvent augmenter considérablement la capacité de production. Au cours de ce processus, la concentration des solutions nutritives est généralement plus élevée pour éviter les effets de dilution. Ceci est particulièrement important pour la production de protéines hétérologues par des micro-organismes génétiquement modifiés.
Culture d'approvisionnement constant
La culture à apport constant est une forme simple de culture par lots nourris dans laquelle le taux d'apport en nutriments reste constant. Cette méthode de contrôle a été largement vérifiée et appliquée expérimentalement.
Indexer la culture de l'offre
Dans un monde idéal, augmenter l'apport en nutriments à un rythme exponentiel permettrait de maintenir un taux de croissance cellulaire spécifique, maintenant ainsi une concentration stable en nutriments sur une longue période de temps.
Stratégie de contrôle efficace
Pendant les lots d'alimentation, différentes stratégies peuvent être utilisées pour contrôler la croissance cellulaire. Par exemple, en ajustant le taux d'apport de nutriments et la valeur du pH du milieu de culture, la croissance cellulaire et le métabolisme peuvent être optimisés, améliorant ainsi le rendement et la qualité du produit.
Des stratégies efficaces de contrôle des nutriments nécessitent non seulement une réflexion flexible, mais également une exploration et une expérimentation approfondies.
La technologie de culture par lots d'alimentation évolue et s'améliore constamment, et son potentiel est illimité. Cependant, la question de savoir comment optimiser en permanence la stratégie de contrôle des nutriments dans la production réelle reste un problème qui doit être résolu. Face à l’avenir, pouvons-nous surmonter les goulots d’étranglement techniques existants et créer une nouvelle situation de production microbienne avec des rendements plus élevés ?
