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Descobrindo efeitos inibitórios em culturas alimentadas em lote: por que seus micróbios não estão crescendo
Com o avanço da biotecnologia, a tecnologia de cultura em lote alimentado tornou-se gradualmente uma operação essencial nos principais processos de produção. Essa tecnologia não só pode melhorar efetivamente o crescimento de microrganismos e a produção de metabólitos, mas também ajudar os cientistas a resolver muitos desafios enfrentados pelos métodos de cultura tradicionais. Entretanto, diante dos efeitos inibitórios que ocorrem durante o cultivo de vários microrganismos, os pesquisadores ainda ficam intrigados sobre o motivo pelo qual alguns microrganismos não crescem sob condições específicas.
A cultura em lote alimentado é uma tecnologia operacional que fornece continuamente um ou mais nutrientes (substratos) durante o processo de cultura e retém o produto no biorreator até o final da execução.
A vantagem da tecnologia de cultura em batelada alimentada é que ela pode controlar de forma flexível a concentração de substrato no meio de cultura, afetando assim o crescimento e o metabolismo dos microrganismos. Em alguns casos, essa técnica é superior às culturas convencionais em lote, principalmente quando as concentrações de nutrientes afetam o rendimento ou a eficiência da produção do metabólito desejado. No entanto, essa tecnologia aparentemente ideal muitas vezes encontra o desafio de efeitos inibitórios em aplicações práticas.
Tipos de efeitos inibitórios
Durante a alimentação da cultura em lote, ocorrem vários efeitos inibitórios típicos:
Inibição do substratoCertos nutrientes, como metanol, etanol, ácido acético e compostos aromáticos, podem inibir o crescimento microbiano mesmo em concentrações relativamente baixas. Ao adicionar adequadamente esses substratos, o tempo de latência pode ser encurtado e a inibição do crescimento celular pode ser significativamente reduzida.
Alta densidade celular
Em culturas em lote, atingir densidades celulares muito altas geralmente requer a adição de altas concentrações iniciais de nutrientes ao meio de cultura. Entretanto, em concentrações tão altas, os nutrientes se tornarão inibitórios. Isso requer ajustes por meio de técnicas de alimentação.
Na produção de fermento de padeiro, mesmo na presença de oxigênio dissolvido adequado, o excesso de açúcar na cultura produzirá etanol, resultando em baixos rendimentos de células.
Efeito Crabbitt
Altas concentrações de açúcar levam à formação de etanol, que não só afeta o crescimento, mas também produz subprodutos prejudiciais. Por isso, um processo de batelada alimentada é geralmente usado na produção de fermento de padeiro para reduzir esse efeito.
Inibição de Metabólitos
Quando microrganismos são cultivados aerobicamente em altas concentrações de açúcar, ácidos orgânicos como ácido láctico e ácido acético são produzidos como subprodutos, o que inibe o crescimento celular e prejudica suas atividades metabólicas.
Supressão de gás
Em alguns processos de cultura, como a produção de penicilina, a demanda de oxigênio dos microrganismos deve ser mantida dentro de certos limites. Quando muito oxigênio é fornecido, a formação de metabólitos específicos será inibida, afetando o rendimento do produto final.
Estratégias de controle do crescimento microbiano
Além disso, devido à natureza controlável das culturas em batelada alimentada, muitas estratégias têm sido usadas para controlar o crescimento microbiano. Por exemplo, em cultura de alta densidade, a taxa de crescimento é mantida pelo fornecimento contínuo do substrato limitante; no caso de alimentação estável, a taxa de alimentação é ajustada de acordo com a situação de crescimento para evitar a emissão de metabólitos secundários; no direcionamento da síntese enzimática , a taxa de crescimento é controlada limitando a taxa de crescimento. O suprimento de substrato alivia o efeito inibitório e promove a síntese das substâncias necessárias.
ConclusãoManter a concentração de um composto específico no mínimo, mantendo ao mesmo tempo a expressão genética contínua, é uma das aplicações importantes das culturas em batelada alimentada.
Com o avanço contínuo da ciência e da tecnologia, a tecnologia de cultura em lote alimentado receberá cada vez mais atenção. Os pesquisadores precisam urgentemente conduzir estudos aprofundados sobre os efeitos inibitórios enfrentados por vários microrganismos durante o cultivo e explorar como superar esses desafios por meio de diferentes estratégias de cultivo. Quando nos deparamos com uma variedade de potenciais fatores de influência, como podemos reajustar nossas estratégias de cultivo microbiano para lidar com esses ambientes de crescimento adversos?
