Caractéristiques, histoires et utilisations chimio-issues

Il Chimiostat C'est un appareil ou un appareil utilisé pour la culture des cellules et des micro-organismes. Il est également appelé bioréacteur et a la capacité de reproduire expérimentalement des environnements aquatiques tels que les lacs, la sédimentation ou les lagons de traitement, entre autres.

Il est décrit de manière généralisée comme un conteneur (la taille dépendra de la question de savoir si l'utilisation est industrielle ou en laboratoire) avec une entrée afin qu'entre le matériau stérile et une production par laquelle le matériau résultant du processus sortira, qui sont généralement Nutriments, déchets, matériaux stériles, micro-organismes entre autres.

Diagramme chimiosotate. Pris et édité à partir de: cgraham2332 [cc by-sa 4.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 4.0)].

Il a été découvert et présenté indépendamment et presque simultanément par les scientifiques Jacques Monod, Aaron Novick et Leo Szilard en 1950. Monod a travaillé seul et l'a appelé Bactogen, tandis que Novick et Szilard ont travaillé ensemble et l'ont appelé Chemostat, un nom qui dure jusqu'à aujourd'hui.

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Caractéristiques du chimiostate

Le chimiostat est caractérisé par l'ajout constant d'un milieu qui contient un seul nutriment qui limite la croissance et élimine simultanément une partie de la culture, comme le surplus de production, les métabolites et autres substances. Cette élimination est constamment remplacée par de nouveaux matériaux, atteignant ainsi un équilibre stable.

Dans ces conditions, la vitesse à laquelle se développe la culture de micro-organismes est égale à la vitesse à laquelle il est dilué. Ceci est essentiel en ce qui concerne d'autres méthodes de culture, car un état stable peut être réalisé dans un environnement constant et défini.

Une autre caractéristique importante est qu'avec un chimiosteate, l'opérateur peut contrôler les variables physiques, chimiques et biologiques telles que le volume des individus en culture, l'oxygène dissous, la quantité de nutriments, le pH, etc.

Principe de la méthode

La méthode consiste en une population de micro-organismes qui se développent à partir du début de similaire à celle donnée dans discontinu ou lots (la culture liquide la plus simple). Lorsque les populations grandissent, c'est nécessaire.

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De cette façon, dans le chimiostat, une dilution est effectuée en utilisant l'ajout continu de milieu frais et l'élimination de la culture comme décrit en partie dans le paragraphe précédent. Un seul nutriment est responsable de la limitation de la croissance du conteneur tandis que le reste est présent en excès.

Ce nutriment limitant de la croissance est prédéterminé par la personne qui développe l'expérience, elle peut être n'importe quel nutriment et dans de nombreux cas, elle dépendra de l'espèce de culture.

Histoire

Les cultures discontinues des micro-organismes datent des siècles (fabrication de bières et autres boissons). Cependant, les cultures continues sont quelque chose de relativement plus moderne. Certains microbiologistes attribuent les débuts de la culture continue au célèbre microbiologiste russe Serguée Vinagragaski.

Vinagragaski a étudié la croissance des bactéries sulforéductrices dans un appareil conçu par celui-ci (colonne Vinagraski). Au cours de ses études, il a fourni les gouttes de colonne de sulfure d'hydrogène comme aliment pour ces bactériens

Lorsque vous parlez de cultures continues, il est obligatoire de parler de 3 personnages: Jacques Monod, Aaron Novick et Leo Szilard. Monod a été biologiste consacré et lauréat du prix Nobel en 1965.

Ce chercheur (Monod), tout en faisant partie de l'Institut Pasteur, a développé de nombreux essais, calculs et analyses entre 1931 et 1950. Pendant ce temps, il a créé le modèle mathématique de la croissance des micro-organismes qui serait plus tard appelé l'équation monode.

En 1950, sur la base de l'équation qui porte son nom, il a conçu un modèle d'appareil qui a permis une culture de micro-organisme en continu et appelé bactogen.

D'un autre côté, les scientifiques Novick (physique) et le szilard (chimique) se sont réunis en travaillant sur le projet de Manhattan (la bombe atomique) en 1943; Des années plus tard, ils commenceraient à montrer de l'intérêt pour la croissance bactérienne et en 1947, ils s'associent à travailler ensemble et à en profiter.

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Après plusieurs essais et analyses, Novick et Szilard, basés sur les calculs de Monod (équation monod), ont également conçu en 1950 un modèle de culture continue des organismes microscopiques qu'ils ont appelés chimiostate, et c'est le nom qui a été maintenu à ce jour. Mais les trois sont attribués à l'invention.

Applications

Biologie et évolution adaptative

Les outils offerts par ce système de culture continue de micro-organismes sont utilisés par les écologistes et les évolutionnistes pour étudier comment le taux de croissance affecte les processus cellulaires et le métabolisme, et comment il contrôle la pression et l'expression de la sélection des gènes.

Cela le rend possible après avoir évalué et conservé des dizaines à des centaines de générations en chimiostat dans des conditions contrôlées.

Deux chimiosteats, utilisés dans l'analyse de la toxicité de l'ammonium chez les levures. Pris et édité à partir de: (Image: Maitreya Dunham) [CC par 2.5 (https: // CreativeCommons.Org / licences / par / 2.5)].

Biologie cellulaire

Pratiquement toutes les études liées aux chimiostat sont liées à la biologie cellulaire, même moléculaire, évolutive, etc.

Cependant, en particulier, l'utilisation du chimiostat pour cette branche de la biologie fournit des informations précieuses qui permet d'élaborer des modèles mathématiques nécessaires pour comprendre les processus métaboliques de la population étudiée.

Biologie moléculaire

Au cours des 10 dernières années ou peut-être plus, l'intérêt pour l'utilisation du chimiostat dans l'analyse moléculaire des gènes microbiens a augmenté. La méthode de culture facilite les informations obtenant une analyse complète ou systémique des cultures de micro-organismes.

Les études dans ce domaine avec Chemiosteate permettent une analyse de transcription de l'ADN dans tout le génome, ainsi que de quantifier l'expression des gènes ou identifier des mutations dans des gènes spécifiques d'organismes tels que la levure Saccharomyces cerevisiae, par exemple.

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Cultures enrichies

Ces études sont réalisées à l'aide de systèmes discontinus depuis la fin du XIXe siècle avec les œuvres de Beijerinck et Vinagragaski, tandis que dans les années 60 du siècle dernier, ils ont commencé à se faire en cultures continues en utilisant un chimiostat.

Ces études consistent en enrichissant des milieux de culture pour récolter différents types de microbes (généralement des bactéries), il est également utilisé pour déterminer l'absence de certaines espèces ou détecter la présence de certaines dont la proportion est très faible ou presque impossible à observer au milieu naturel du milieu.

Des cultures enrichissantes sont également utilisées dans des systèmes continus ouverts (chimiostats) pour développer des cultures de bactéries mutantes, principalement de l'aide-aidotrophique ou celles qui peuvent devenir résistantes aux médicaments telles que les antibiotiques tels que les antibiotiques.

Production d'éthanol

Du point de vue industriel, l'utilisation et la production de biocarburants sont de plus en plus fréquentes. Dans ce cas, c'est la production d'éthanol à partir des bactéries à Gram négatif Zymomonas mobilis.

Dans le processus, plusieurs grands chimiosteats en série sont utilisés, maintenus à des concentrations constantes de glucose et d'autres sucres, de sorte qu'ils sont convertis en éthanol en conditions anaérobies.

Les références

1. Chemostat: le réacteur continu idéal du réservoir agité. Récupéré de: bioréacteurs.Trépied.
2. Chimiostat. Récupéré de: dans.Wikipédia.org.
3. N. Ziv, n.J. Brandt, & d. Gresham (2013). L'utilisation de chimiostats dans la biologie des systèmes microbiens. Journal of Visualized Experiments.
4. POUR. Novick & l. Szilard (1950). Description du chosisate. Science.
5. J. Monod (1949). La croissance de la revue culturelle bactérienne de la microbiologie.
6. D. Gresham & J. Hong (2015). La base fonctionnelle de l'évolution adaptative chez les chimiostats. Revues de microbiologie FEMS.
7. H.g. Schlegel et H.W. Jannasch (1967). Cultures d'enrichissement. Revue annuelle de la microbiologie.
8. J. Thierie (2016). Introduction à la théorie des systèmes dispersés polyfasiques. (Eds) Springer Nature. 210 pp.