ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к области биотехнологии и прикладной микробиологии, а именно к приспособлениям для воздействия на клетки и клеточные системы в ходе их культивирования и хранения, а именно к матрицам, используемым для подобных целей.
В ходе получения биопрепаратов, содержащих бактериальные клетки, большое значение имеют системы, позволяющие повысить жизнеспособность микроорганизмов, как в ходе их культивирования, так и при хранении в различных условиях.
Наиболее широко для указанных целей используют введение различных стимулирующих и консервирующих добавок, вводимых в питательную среду, таких как окись алюминия, частицы высокодисперсного кремнезема, бентонит, полиакриламидный гель или комплексов на основе синтетических полиэлектролитов.
Недостатком таких добавок является ограниченная эффективность, а также сложности удаления их остатков или продуктов деградации из целевого продукта.
Эти недостатки частично устраняются в случае использования для данных целей гетерогенных систем.
2
Так, для воздействия на бактериальные клетки предлагается вводить в ферментер систему, представляющую собой шарики из окиси алюминия с удельной площадью поверхности 140-312 м/г, которые помещены в перфорированную емкость, размещенную в потоке аэрирующего газа (SU 1738847, 1992). Такая система обеспечивает сорбцию на своей поверхности продуктов метаболизма, ингибирующих рост клеток.
Известна гетерогенная система для воздействия на бактериальные клетки, представляющая собой помещенные в культуральную жидкость частицы высокодисперсного кремнезема, содержащие на поверхности отрицательно заряженные ОН-группы (SU 1280006, 1985). Она также позволяет сорбировать метаболиты, но не оказывает воздействие на бактериальные клетки в ходе их хранения.
Задачей, решаемой авторами, являлось создание гетерогенной системы, позволяющей стабилизировать бактериальные клетки при хранении.
Технический результат достигался помещением в культуральную жидкость полимерной матрицы (ПМ), на поверхности которой размещены положительно заряженные фрагменты. В качестве ПМ используются, как правило, природные органические полимеры, в частности, ионообменные полимеры на основе целлюлозы в виде частиц сферической или неправильной формы. Лучшие результаты достигались при использовании микрогранулированной целлюлозы, в частности, разработанной в организации-заявителе матрицы «Сфероцелл» (RU 2076870, 1997).
В качестве заряженных фрагментов могут использоваться наночастицы, несущие положительный заряд и содержащие, например, Ti и Аl, сорбированные на отрицательно заряженные полимерные матрицы, а также анионообменные и/или привитые цепи с азотсодержащими функциональными группами. Лучшие результаты достигались при размещении на поверхности матрицы полимерных фрагментов, содержащих диэтиламиноэтильную группировку.
Общий вид вводимой в систему гетерогенной матрицы приведен на рис.1, где введены следующие обозначения:
1 - тонкодисперсная полимерная матрица
2 - полимерный фрагмент, содержащий положительный заряд
3 - бактериальные клетки.
Для изготовления заявляемой системы используются традиционные техники химической технологии, такие, как напыление, иммобилизация, активирование с использованием физико-химических методов, осаждение из растворов и т.д.
Заявляемое решение основывается на предположении, что свойства клеток во многом определяется величиной заряда клеточной мембраны. Т.к. бактериальные клетки (3), как правило, имеют отрицательный заряд, то наличие слабого положительного заряда (на фрагменте 2) способствует попаданию клетки на ПМ (1) и включению ее заряда в энергетическую систему гранулы сорбента. При этом, с одной стороны, удается стабилизировать во времени заряд клеточной оболочки, с другой стороны связать выделяющиеся метаболиты, что обеспечивает пролонгацию активности клетки в течение, по крайней мере, нескольких месяцев.
Промышленная применимость заявляемой системы иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1. Использовали матрицу сорбента «Сфероцелл», на поверхности которой были помещены молекулярные фрагменты, содержащие диэтилами-ноэтиловую группу с положительным зарядом, нейтральную матрицу сорбента «Сфероцелл» (в качестве базы сравнения) и матрицу сорбента «Сфероцелл», на поверхности которой были помещены наноразмерные кристаллические блоки TiAlN/NiCr.
9
1 мл гетерогенных сорбционных систем смешивали при 37°С в течение 30 мин с 9 мл культуральной среды, содержащей бактерии Lactobacillus plantarum 8-RA-3 в концентрации 10KОЕ/мл. Количество адсорбированных клеток определяли по разности концентрации лактобацилл в исходной культуральной среде и надосадке после инкубации с сорбентом по результатам высева на агаризованную среду МРС-4. Коэффициент концентрирования (КК) рассчитывали по формуле:
Для определения степени воздействия на микроорганизмы были проведены опыты по контрольным высевам культуры после различных сроков ее хранения, результаты которых представлены в табл.1.
Таблица 1. Данные по контрольному высеву лактобацилл из исходного клеточного концентрата и из ресуспендированных гранул Сфероцелл с иммобилизованными на частицах бактериальными клетками
Хранение (в сут)
КОЕ/мл L.plantarum 8RA-3
в клеточном концентрате
на нейтральной матрице Сфероцелл
на Сфероцелле ДЕАЕ
на матрице с наноразмерными кристаллическими блоками TiAlN/NiCr
1
3,1·10<sup>10</sup>
3,1·10<sup>10</sup>
3,1·10<sup>10</sup>
1,1·10<sup>10</sup>
30
2,9·10<sup>10</sup>
2,4·10<sup>10</sup>
3,1·10<sup>10</sup>
7.4·10<sup>9</sup>
60
1,4·10<sup>6</sup>
1,2·10<sup>7</sup>
2,9·10<sup>9</sup>
0,2·10<sup>9</sup>
Из таблицы видно, что данные по оценке жизнеспособности культуры при использовании заявляемой системы существенно, более чем на 3 порядка, расходятся для продолжительных сроков хранения 60 суток).