chemostat adalah perangkat atau alat yang digunakan untuk budidaya sel dan mikroorganisme. Ini juga disebut bioreaktor dan memiliki kemampuan untuk secara eksperimental mereproduksi lingkungan akuatik seperti danau, sedimentasi atau kolam pengolahan, antara lain.
Secara umum digambarkan sebagai wadah (ukurannya akan tergantung pada apakah penggunaannya industri atau laboratorium) dengan saluran masuk agar bahan steril masuk, dan saluran keluar melalui mana bahan hasil proses akan keluar, yang umumnya nutrisi, limbah , bahan steril, mikroorganisme antara lain.
Diagram kemostat. Diambil dan diedit dari: CGraham2332 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)].
Ditemukan dan dipresentasikan secara independen dan hampir bersamaan oleh ilmuwan Jacques Monod, Aaron Novick, dan Leo Szilard pada tahun 1950. Monod bekerja sendiri dan menyebutnya sebagai bactogen, sedangkan Novick dan Szilard bekerja bersama dan menyebutnya sebagai chemostat, nama yang bertahan sampai sekarang. hari. .
Indeks artikel
Fitur Chemostat
Chemostat ditandai dengan penambahan konstan media yang mengandung nutrisi tunggal yang membatasi pertumbuhan dan sekaligus menghilangkan bagian dari budaya, seperti kelebihan produksi, metabolit dan zat lainnya. Penghilangan tersebut secara konstan digantikan oleh material baru, sehingga mencapai keseimbangan yang stabil.
Dalam kondisi ini, kecepatan perkembangan kultur mikroorganisme sama dengan kecepatan pengenceran. Ini adalah kunci sehubungan dengan metode budidaya lainnya, karena keadaan stabil dapat dicapai dalam lingkungan yang konstan dan pasti.
Fitur penting lainnya adalah bahwa dengan chemostat, operator dapat mengontrol variabel fisik, kimia, dan biologis seperti volume individu dalam kultur, oksigen terlarut, jumlah nutrisi, pH, dll.
Prinsip metode
Metode ini terdiri dari populasi mikroorganisme yang tumbuh dari awal dengan cara yang mirip dengan kultur diskontinyu atau batch (kultur cair paling sederhana). Ketika populasi tumbuh, perlu untuk secara bersamaan menarik volume budaya yang serupa dengan yang ditambahkan, apakah budaya yang ditarik telah digunakan atau tidak.
Dengan cara ini, dalam chemostat pengenceran dilakukan menggunakan penambahan terus menerus media segar dan eliminasi kultur seperti yang dijelaskan sebagian dalam paragraf sebelumnya. Nutrisi tunggal bertanggung jawab untuk membatasi pertumbuhan dalam wadah sementara sisanya hadir secara berlebihan.
Nutrisi pembatas pertumbuhan tunggal ini telah ditentukan sebelumnya oleh orang yang mengembangkan eksperimen, dapat berupa nutrisi apa saja dan dalam banyak kasus akan bergantung pada spesies dalam kultur.
Sejarah
Kultur batch mikroorganisme sudah ada sejak berabad-abad yang lalu (penyeduhan bir dan minuman lainnya). Namun, tanaman terus menerus adalah sesuatu yang relatif lebih cararn. Beberapa ahli mikrobiologi mengaitkan awal mula budaya berkelanjutan dengan ahli mikrobiologi Rusia yang terkenal Sergey Vinogradsky.
Vinogradski mempelajari pertumbuhan bakteri sulforeduktif dalam perangkat rancangannya sendiri (kolom Vinogradski). Selama studinya, ia memberi tetes hidrogen sulfida ke kolom sebagai makanan untuk bakteri ini.
Ketika berbicara tentang tanaman terus menerus, wajib untuk berbicara tentang 3 karakter: Jacques Monod, Aaron Novick dan Leo Szilard. Monod adalah seorang ahli biologi terkenal dan pemenang Hadiah Nobel pada tahun 1965.
Peneliti ini (Monod), sementara bagian dari Institut Pasteur, mengembangkan banyak tes, perhitungan dan analisis antara tahun 1931 dan 1950. Selama waktu ini ia menciptakan caral matematika dari pertumbuhan mikroorganisme yang kemudian disebut Persamaan Monod.
Pada tahun 1950, berdasarkan persamaan yang menyandang namanya, ia merancang caral peralatan yang memungkinkan kultur mikroorganisme secara terus menerus dan menyebutnya sebagai baktogen.
Di sisi lain, ilmuwan Novick (fisikawan) dan Szilard (ahli kimia) bertemu saat mengerjakan proyek Manhattan (bom atom) pada tahun 1943; bertahun-tahun kemudian mereka mulai menunjukkan minat pada pertumbuhan bakteri dan pada tahun 1947 mereka bermitra untuk bekerja sama dan memanfaatkan ini.
Setelah beberapa pengujian dan analisis, Novick dan Szilard, berdasarkan perhitungan Monod (persamaan Monod), juga merancang pada tahun 1950 sebuah caral kultur berkelanjutan organisme mikroskopis yang mereka sebut chemostat, dan itu adalah nama yang dipertahankan hingga saat ini. . Tetapi ketiganya dikreditkan dengan penemuan itu.
Kegunaan
Biologi Adaptif dan Evolusi
Alat yang ditawarkan oleh sistem kultur mikroorganisme yang berkesinambungan ini digunakan oleh para ahli ekologi dan evolusionis untuk mempelajari bagaimana laju pertumbuhan memengaruhi proses dan metabolisme seluler, dan bagaimana ia mengontrol tekanan seleksi dan ekspresi gen.
Mereka memungkinkan hal ini setelah mengevaluasi dan mempertahankan puluhan hingga ratusan generasi dalam chemostat dalam kondisi yang terkendali.
Dua chemostat, digunakan dalam analisis toksisitas amonium dalam ragi. Diambil dan diedit dari: (Gambar: Maitreya Dunham) [CC BY 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)].
Sel biologi
Hampir semua studi yang terkait dengan chemostat terkait dengan biologi sel, bahkan molekuler, evolusioner, dll.
Namun, secara khusus, penggunaan chemostat untuk cabang biologi ini memberikan informasi berharga yang memungkinkan pengembangan caral matematika yang diperlukan untuk memahami proses metabolisme dalam populasi penelitian.
Biologi molekuler
Dalam 10 tahun terakhir atau lebih, minat penggunaan chemostat dalam analisis molekuler gen mikroba telah berkembang. Metode kultur memfasilitasi memperoleh informasi untuk analisis komprehensif atau sistemik kultur mikroorganisme.
Studi kemostat di bidang ini memungkinkan analisis transkripsi DNA di seluruh genom, serta mengukur ekspresi gen atau mengidentifikasi mutasi pada gen spesifik organisme seperti ragi Saccharomyces cerevisiae, misalnya.
Budaya yang diperkaya
Studi-studi ini telah dilakukan dengan menggunakan sistem diskontinyu sejak akhir abad ke-19 dengan karya Beijerinck dan Vinogradski, sedangkan pada tahun 60-an abad terakhir mulai dilakukan dalam kultur kontinu dengan menggunakan chemostat.
Studi-studi ini terdiri dari pengayaan media kultur untuk memanen berbagai jenis mikroba (bakteri pada umumnya), juga digunakan untuk menentukan tidak adanya spesies tertentu atau mendeteksi keberadaan beberapa yang proporsinya sangat rendah atau hampir tidak mungkin diamati dalam media. alami.
Kultur yang diperkaya dalam sistem kontinu terbuka (kemostat) juga digunakan untuk mengembangkan kultur bakteri mutan, terutama auksotrof atau yang dapat menjadi resisten terhadap obat-obatan seperti antibiotik.
Produksi etanol
Dari sudut pandang industri, penggunaan dan produksi biofuel semakin umum. Dalam hal ini adalah produksi etanol dari bakteri Gram negatif Zymomonas mobilis .
Dalam prosesnya, beberapa chemostat serial besar digunakan, dipertahankan pada konsentrasi glukosa dan gula lain yang konstan, untuk diubah menjadi etanol dalam kondisi anaerobik.
Referensi
- Chemostat: reaktor tangki berpengaduk kontinu yang ideal. Dipulihkan dari: biorreactores.tripod.
- Chemostat. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org.
- N. Ziv, NJ Brandt, & D. Gresham (2013). Penggunaan Chemostats dalam Biologi Sistem Mikroba. Jurnal eksperimen yang divisualisasikan.
- A. Novick & L. Szilard (1950). Deskripsi chemostat. Sains.
- J. Monod (1949). Pertumbuhan Kultur Bakteri Tinjauan Tahunan Mikrobiologi.
- D. Gresham & J. Hong (2015). Dasar fungsional evolusi adaptif dalam chemostat. ulasan mikrobiologi FEMS.
- HG Schlegel, & HW Jannasch (1967). Budaya Pengayaan. Tinjauan Tahunan Mikrobiologi.
- J. Thierie (2016). Pengantar teori sistem terdispersi polifasik. (eds) Musim Semi Alam. 210 hal.
