РОСТ И КУЛЬТИВИРОВАНИЕ БИООБЪЕКТОВ - В. М. Самыгин - 2016
ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА - РАЗВИТИЕ ПРОЦЕССОВ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
На протяжении многих тысячелетий люди пекли хлеб, занимались пивоварением, придумывали способы хранения и переработки продуктов пут ем ферментации. Они научились делать мыло из жиров, изготавливать простейшие лекарства и перерабатывать отходы. Однако наши предки не имели представления о процессах, лежащих в основе таких технологий. Лишь в XIX веке было установлено, что в основе этих производств лежат реакции обмена веществ, происходящие при росте и размножении некоторых анаэробных микроорганизмов, и что микробы играют ключевую роль в процессах брожения и образовании отдельных продуктов. В аэробных процессах при контролируемом окислении химических веществ до углекислого газа и воды организмы извлекают гораздо больше энергии. В результате накапливается биомасса, то есть возобновляемый источник сырья, используемый для получения химических веществ.
Культивирование микроорганизмов начинается с 1830 года, когда Каньяр де Латур, Кютцинг и Шван открыли, что в брожении вина и вообще в бродильных процессах повинен рост дрожжей и других микроорганизмов. В 1862 году Луи Пастер открыл бактериальную природу ферментации. В дальнейшем Пастер исследовал физиологию дрожжей и бактерий, ввел асептические методы, минимальные среды и приступил к изучению питательных потребностей и роли кислорода. Ролэн (1869) качественно и количественно определил питательные потребности, выразив их в виде выхода биомассы (экономического коэффициента). В 1870-х годах Р. Кох ввел метод чистых культур, гарантировавший, что инокулят содержит только известные виды бактерий. Работами Пастера и его ученика Ролэна была установлена потребность в главных и второстепенных компонентах среды и в источниках энергии. Потребность в сложных органических веществах, теперь называемыми «факторами роста», впервые обнаружена Вильде в 1901 году, когда он (а по другим данным - Судзуки в 1910 году) открыл витамин В1, или факторы «биос», необходимые для роста дрожжей.
В тридцатых годах прошлого века с введением метода колб на качалках Клювером и Перквином началось развитие более сложной аппаратуры культивирования. Это дало возможность применять лабораторный метод для аэрации глубинных культур, особенно для глубинных культур аэробных грибов, которые раньше выращивались только на поверхности твердых или жидких сред. В поверхностных культурах окружение организма гетерогенно, а в глубинных - гомогенно, поэтому проще для изучения и контроля. Впоследствии глубинные культуры аэробных грибов сыграли значительную роль в развитии промышленного производства антибиотиков. В 40-50-х годах были созданы ферментеры полного смешения с автоматической регуляцией условий среды. В настоящее время такое оборудование играет центральную роль при изучении поведения культур микроорганизмов и тканевых клеток.
В середине прошлого века Слейтор выдвинул концепции о взаимосвязях различных параметров культуры, а Моно показал, как можно охарактеризовать рост бактерий с помощью экономического коэффициента, удельной скорости роста и концентрации лимитирующего рост субстрата. Из этого аналитического подхода в дальнейшем последовало развитие теории непрерывного культивирования хемостатного типа. В настоящее время хемостатная культура имеет существенное значение для объяснения взаимоотношений между организмом и средой.