18:25 2022-05-17
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Metoda de cultivare a comunitatilor microbiene intr-o maniera permanenta stabila
_ Metoda de cultivare a microbilor comunități într-o manieră stabilă permanent
Capacitățile comunităților microbiene complexe sunt utilizate pentru numeroase procese biotehnologice. Acest lucru necesită compoziții speciale ale comunităților microbiene. Cu toate acestea, acestea sunt adesea instabile și susceptibile la perturbări. Cercetătorii UFZ au dezvoltat acum o „metodă de transfer de masă cu o buclă” care poate stabiliza comunitățile microbiene pe termen lung.
Pe apă, pe uscat și în aer — microorganismele sunt aproape peste tot și sunt esențiale pentru toate ciclurile biogeochimice de pe planetă. Ei sunt maeștri ai degradării și transformării în apă, sol – și chiar în intestinele noastre. Fie în stații de tratare a apelor uzate sau în procese biotehnologice industriale (de exemplu, pentru producția de alimente, biogaz sau materiale plastice pe bază de bio), valorificăm productivitatea comunităților microbiene complexe. Condițiile potrivite asigură că microorganismele își pot îndeplini funcțiile respective. Cu toate acestea, procesele stabile necesită și o compoziție stabilă a comunității microbiene. „Și tocmai aceasta este provocarea”, spune prof. Susann Müller, care conduce grupul de lucru pentru citometrie în flux din cadrul Departamentului de Microbiologie de Mediu al UFZ. „Problema cu comunitățile microbiene este că se pot dezvolta brusc în direcții complet diferite – chiar și în aceleași condiții.”
Un eveniment minor aleatoriu poate da naștere la o comunitate microbiană complet diferită. Și acest lucru se poate întâmpla destul de repede atunci când microorganismele cresc exponențial. În plus, există un flux constant sau un transfer de masă în bioreactoare, ceea ce poate fi dezastruos pentru unele microorganisme. „În comunitățile microbiene, există și microorganisme care sunt prezente doar în număr relativ mic și care se înmulțesc încet”, spune Müller. „De exemplu, microorganismele formatoare de metan utilizate în producția de biogaz sunt indispensabile proceselor dorite. Au ritmuri de creștere mai lente și intră în joc abia în stadii ulterioare. Dacă microorganismele esențiale sunt pierdute din neatenție din sistem, totul ajunge în cele din urmă la un oprire”. Pentru a preveni acest lucru, echipa de cercetare UFZ a propus o nouă metodă numită „transfer de masă cu buclă” într-un studiu publicat recent în Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Un fel de buclă este încorporat în sistemul bioreactorului pentru a stabiliza comunitatea microbiană și pentru a preveni pierderea totală a grupurilor microbiene din sistem. Dar cum funcționează? Și cum au procedat oamenii de știință?
Au creat mai întâi cinci bioreactoare, fiecare cu comunități microbiene identice. Apoi au investigat dacă și în ce măsură compoziția acestor comunități s-a schimbat în timp. Pentru a face acest lucru, au folosit citometrie în flux de mare debit pentru a examina rapid celulele individuale și a le caracteriza în detaliu. Pot fi determinați diferiți parametri ai bacteriilor, cum ar fi dimensiunea celulei, densitatea celulelor și conținutul de ADN. O probă cu 200.000 de celule bacteriene poate fi astfel afișată la fel de precis ca o amprentă digitală – oarecum ca un cod QR – în doar câteva minute. Folosind metode computerizate speciale, echipa de cercetare a analizat cantitățile uriașe de date generate și a reușit astfel să detecteze modificări ale compoziției microbiene. „După cum se bănuiește, comunitățile microbiene din cele cinci bioreactoare s-au dezvoltat destul de diferit, în ciuda condițiilor identice”, spune Müller. Apoi, cercetătorii au introdus o buclă în sistem. Acest al șaselea bioreactor a fost conectat la fiecare dintre cele cinci reactoare prin intrare și ieșire. Ca urmare, a avut loc un schimb constant sau un transfer de masă între bioreactoare. „Investigațiile noastre au arătat că comunitățile microbiene din bioreactoare au fost sincronizate între ele prin buclă și că compoziția și funcțiile lor au fost stabilizate permanent”, spune Müller. „În plus, probabilitatea de supraviețuire a microorganismelor cu o rată scăzută de creștere a fost considerabil crescută. Acest efect de salvare poate fi crucial pentru multe procese biotehnologice.”
Efectele transferurilor de masă nu sunt noi; ele sunt cunoscute, printre altele, de la staţiile de epurare în care o parte din nămolul de decantare din a treia etapă de epurare este transferată înapoi în a doua etapă de epurare. „Principiul era de fapt destul de evident”, spune Müller. „Dar, până acum, nimeni nu a investigat acest lucru în profunzime. În studiul nostru, am proiectat un sistem de reactor complet nou și am combinat o gamă largă de discipline precum microbiologie, ecologie, biotehnologie, analitică cu o singură celulă, știința datelor și modelare. Astfel, am putut arăta pentru prima dată că principiul transferului de masă cu o buclă poate stabiliza comunitățile microbiene pe termen lung. Sperăm că prin studiul nostru putem oferi stimuli pentru aplicare practică."
Comentarii:
Adauga Comentariu