Устройство для оценки интенсивности дыхания микробной культуры
DEVICE FOR ASSESSING THE INTENSITY OF RESPIRATION OF MICROBIAL CULTURE

Изобретение  относится к установкам для определения интенсивности дыхания микробных культур, и может быть использовано в биотехнологии и микробиологии, а также в агрохимии.
2
При культивировании микробных культур поверхностным методом остро стоит вопрос оценки развития популяции для возможности контроля процесса и определения влияния на рост различных факторов. В почвоведении большое значение имеет изучение газового состояния почвы – биологическая активность. Интенсивность выделения СО в результате деятельности микроорганизмов может быть индикатором содержания кислорода в почвах. Известен способ оценки интенсивности дыхания методом Макарова (Минеев В.Г., В.Г. Сычев, O.A. Амельянчик, Т.Н. Болышева, Н.Ф. Гомонова, Е.П. Дурынина, B.C. Егоров, Е.В. Егорова, Н.Л. Едемская, Е.А. Карпова, В.Г. Прижукова Практикум по агрохимии - 2-е изд.: Учебное пособие — M.: Изд-во МГУ, 2001. — 130-135 c.). По Макарову установка состоит из нескольких блоков: стеклянного ящика изолятора, поглотителя Рихтера, аспиратора, мерной кружки, металлического штатива, резиновых соединительных шлангов, коробов-подставок. Недостатками этой установки являются ее громоздкость, многомодульность, которая усложняет эксплуатацию, а также негерметичность.
2
Известна установка для определения общей микробиологической активности почвы по выделению СО, который поглощается баритом или боратной водой (Теппер Е.З., Шильников В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Колос, 1979. – 164-166 с., ил.) и дальнейшим титрованием 0,2 н щавелевой кислотой. Недостатком этой модели является трудоемкость процедуры и неточность из-за того, что гидроксид натрия малорастворим в воде.
2
В патенте RU 26264 U1 описана полезная модель, представляющая собой легкую установку, которую удобно использовать в полевых условиях. Она состоит из приемной камеры, мембранного насоса, анализатора-барботера, вентилятора и источника питания. Принцип действия основан на том, что приемная камера врезается в почву на глубину около 30 мм, а СО, выделяемый почвой поглощается раствором щелочи. После экспозиции в течение 30 минут, раствор сливается и анализируется в лаборатории. Недостатком этой установки является длительный срок ожидания получения параметра интенсивности дыхания и снижается эффективность реакции на изменения свойств почвы. При адаптации установки для оценки роста микробной культуры поверхностным способом анализ щелочного раствора титрованием представляет собой трудоемкий процесс.
В патенте SU 958495 A1 описан способ оценки интенсивности дыхания микробной культуры с использованием электрода Кларка. Недостатком данной установки является специфичность и повышение риска возможного заражения микробной культуры посторонней микрофлорой из-за увеличения модульности культивируемой емкости.
Устройство, описанное в патенте RU 2012194 C1,  содержит дифманометр и рабочие и контрольный сосудики Варбурга,  и с целью повышения точности и эксплуатационной надежности устройства, оно снабжено уравнительным сосудом, многопозиционным переключателем и вычислительным блоком, подключенным к выходу дифманометра, первая камера которого соединена с контрольным сосудиком Варбурга, а вторая - с выходом многопозиционного переключателя, при этом соответствующие входы последнего связаны с уравнительным сосудом и рабочими сосудиками Варбурга. Недостатком данной модели является отсутствие универсальности и простоты в эксплуатации.
Все описанные устройства невозможно использовать для оценки интенсивности дыхания микробной культуры при поверхностном культивировании.
Задачей предлагаемого технического решения является создание устройства для быстрой и эффективной оценки роста микробной культуры при поверхностном культивировании.
Технический результат - решение поставленной задачи.
2
Задача решается предложенным устройством для оценки интенсивности дыхания микробной культуры, включающим емкость для культивирования культуры микроорганизмов; компрессор для аэрации, приемную камеру; рН-метр, электрод которого погружен   в 1% раствор  гидроксида натрия в приемной камере, при этом емкость для культивирования культуры микроорганизмов соединена с компрессором для аэрации посредством трубки, снабженной  съемным фильтром с размером пор не более 0,22 мкм, а также трубкой для подачи в приемную камеру образующегося в процессе культивирования СО,причем приемная камера снабжена трубкой для удаления избытка воздуха из приемной камеры.
Изобретение характеризуется следующими фигурами:
2
Фиг. 1 – установка для оценки интенсивности дыхания микробной культуры при поверхностном культивировании, где 1 – емкость для культивирования; 2 – культура микроорганизмов; 3 – компрессор для аэрации; 4 – трубка для аэрации; 5 – съемный фильтр с размером пор не более 0,22 мкм; 6 – трубка для подачи образующегося в процессе культивирования СО; 7 – приемная камера; 8 – 1% раствор гидроксида натрия; 9 – электрод рН-метра; 10 – рН-метр; 11 – трубка для удаления избытка воздуха из приемной камеры.
Фиг. 2 – график изменения рН 1% раствора NaOH через каждые 24 часа культивирования штамма Janthinobacterium lividum VKM B-3515.
Фиг. 3 – график изменения рН 1% раствора NaOH каждые 24 часа без микроорганизмов в емкости для  культивирования.
2
2
Устройство для оценки интенсивности дыхания микробной культуры, содержит емкость 1 для  культивирования, в которой размещена культура микроорганизмов 2, компрессор 3 для аэрации с трубкой 4, которая снабжена съемным фильтром 5 с размером пор не более 0,22 мкм, через которую в емкость 1 поступает воздух. Трубка 6 предназначена для подачи образующегося в процессе культивирования СО  в приемную камеру 7, содержащую 1% раствор гидроксида натрия. Кроме того приемная камера  снабжена электродом 9   рН-метра 10.  Трубка 11 выполняет функцию удаления избытка воздуха, поступающего вместе с СО. Трубки 4, 6 и 11 выполнены из химически инертного материала.
2
3
3
2
2
Устройство работает на принципе образования карбонатов NaCOили NaНCO при взаимодействии СО с гидроксидом натрия NaOH в приемной камере 7. В результате реакции нейтрализации снижается рН раствора NaOH при внесении СО, что можно использовать в качестве показателя интенсивности образования углекислоты с использованием рН-метра. Преимущество предлагаемого устройства заключается в повышении надежности контроля за динамикой процесса  роста микробной культуры при поверхностном культивировании по интенсивности дыхания микробной культуры, а также отсутствии необходимости отбора культуральной жидкости, понижении риска заражения культуры посторонней микрофлорой и снижении трудозатрат.
Пример 1
Чистую культуру штамма Janthinobacterium lividum VKM B-3515 пассируют в 100 мл жидкой среды, содержащей пептон мясной ферментативный (1 г) и сахарозу (2 г) в качестве ростового субстрата.  Посев размещают на магнитной мешалке и выдерживают  в течении 24 часов при температуре 25°С и скорости вращения 300 об/мин с аэрированием со скоростью 600 мл/мин.  Затем 100 мл инокулята в стерильных условиях переносят в 100 мл незасеянной питательной среды составом пептон мясной ферментативный – 1,0 г; сахароза – 2,0 г, вода дистиллированная – 100 мл. Посев помещают в емкость 1 для  культивирования, где для осуществления поверхностного культивирования  выдерживают его при температуре 25°С статично без перемешивания и  при этом аэрируют с помощью компрессора 3 для аэрации  через силиконовую трубку 4 для аэрации со скоростью подачи воздуха 600 мл/мин. Трубка 4 снабжена съемным фильтром 5 с размером пор не более 0,22 мкм, что необходимо для предотвращения нарушения стерильности среды культивирования.  Выходящий из емкости 1 воздух продувают через 1% раствор NaOH в   приемной камере 7  посредством силиконовой трубки 6. Приемная камера 7 снабжена электродом  9 рН-метра 10 для измерения значения рН раствора  NaOH. Измерения производят каждые 24 часа. По изменению рН 1% раствора NaOH судят об интенсивности дыхания штамма Janthinobacterium lividum VKM B-3515. Культивирование прекращают, а культуру штамма считают выросшей, когда последнее значение рН незначимо изменяется по сравнению с предыдущим измерением рН. На фиг. 2 видно, что процесс культивирования завершен на 5 сутки инкубации.
Для сравнения  были произведены измерения рН при проведении опыта аналогично примеру 1, но с инокулятом, не содержащим посев микроорганизмов. Как видно на фиг.3 изменения значения рН в течении 5 суток при снятии показаний каждые 24 часа  статистически незначимы.
Таким образом, приведенные примеры подтверждают возможность использования заявленного устройства для оценки интенсивности дыхания микробной культуры при  мониторинге роста популяции микроорганизмов. Следовательно, поставленная  задача решена.