Периодические методы

Изучение процесса биосинтеза начинается с исследования динамики роста периодической культуры:

-Засев среды в таком количестве, которое обеспечивает начало роста микроорганизма с минимальной задержкой или даже без лаг-фазы /2% от среды/.

-Наблюдение за ходом накопления биомассы и интересующего продукта и за потреблением углеродного сырья. Для этого отбирают пробы.

-Наблюдение заканчивают после остановки роста.

Полученные кривые роста и накопления продукта показывают, является ли его образование связанным с ростом биомассы, т.е. первичным, или это процесс второй фазы, когда рост заторможен, но выросшая биомасса может перерабатывать оставшийся недоиспользованным субстрат. Типичными продуктами конструктивного метаболизма второй фазы роста культур являются антибиотики. Вторичными могут быть и продукты энергетического метаболизма, например, при брожении: первичный метаболизм образует органические кислоты, вторичный - спирты, т.е. целевой продукт. Такая двухфазность брожения была открыта Шапошниковым и затем распространена на другие процессы биосинтеза. Во вторую фазу могут осуществляться и сверхсинтезы продуктов первой фазы, особенно у специально полученных мутантов, это, например, синтез витаминов. Биохимические механизмы изменения метаболизма обусловлены репрессией и депрессией синтеза определенных ферментов или изменением их активности. До недавнего времени лимитирующие факторы выявлялись только эмпирическим путем. Целенаправленные поиски факторов, необходимых для каждого процесса, лимитирующего или ингибирующего рост продуцентов, значительно сокращает подбор оптимальных условий для их биосинтеза.

Большинство промышленных биотехнологических процессов ведут на сложных средах, часто используя отходы из-за их дешевизны. Поэтому в лабораторных условиях процесс отрабатывается на тех же средах: определяют фазу наиболее активного биосинтеза целевого продукта, его скорость, продуктивность, оптимальную рН, степень аэрации. Для оптимизации роста микроорганизмов этого достаточно. На сложных средах невозможно выявить лимитирующие рост культур компоненты: источники углерода, N, Р, витамины, недостаток которых приводит к синтезу вторичных метаболитов. Этот вопрос можно решить только на синтетических или полусинтетических средах. Применяя набор синтетических сред с заранее предусмотренным ограничением роста культур микроорганизмов известным компонентом, выявляют нужный для данного синтеза лимитирующий или ингибирующий фактор и нужные концентрации других компонентов, чтобы они не были в недостатке. Применение методов математического планирования эксперимента ускоряет поиск оптимальных условий.