Κεφάλαιο 12.3 – Ανάπτυξη μικροοργανισμών στο εργαστήριο και σε βιομηχανική κλίμακα – Απαντήσεις – Λύσεις (σελ. 116)

Ασκήσεις κεφαλαίου (σελ. 116)

Άσκηση Ε1 (σελ. 116)

Συμπληρώστε με τις κατάλληλες λέξεις τα κενά: Οι παράγοντες που επηρεάζουν το χρόνο διπλασιασμού είναι η διαθεσιμότητα θρεπτικών συστατικών, το ............., το O2 και η ........................ . Σε μια μεγάλης κλίμακας καλλιέργεια μικροοργανισμών χρησιμοποιούνται κατάλληλες συσκευές, οι ........................ . Προϊόντα της ζύμωσης είναι η ........................ ή τα ......................... . Κατά τη λανθάνουσα φάση ο πληθυσμός των μικροοργανισμών παραμένει ........................ . Η φάση κατά την οποία ο αριθμός των μικροοργανισμών αυξάνεται με ταχύ ρυθμό ονομάζεται ........................ .

Σκέψη / Μεθοδολογία: Κάθε κενό αντιστοιχεί σε μία λέξη/όρο που αναφέρεται ρητά στο κείμενο των §12.2-§12.3.

Απάντηση: ...το pH, το O2 και τη θερμοκρασία. ...οι βιοαντιδραστήρες (ζυμωτήρες). Προϊόντα της ζύμωσης είναι η βιομάζα ή τα προϊόντα του μεταβολισμού (π.χ. πρωτεΐνες, αντιβιοτικά). Κατά τη λανθάνουσα φάση ο πληθυσμός παραμένει σχεδόν σταθερός. Η φάση... ονομάζεται εκθετική φάση.

Πρόσεξε:

• Μην συγχέετε τη λανθάνουσα φάση (σταθερός πληθυσμός, προσαρμογή) με τη στατική φάση (σταθερός πληθυσμός, αλλά λόγω εξάντλησης θρεπτικών/συσσώρευσης τοξικών).

Άσκηση Ε4 (σελ. 116)

Ποιες είναι οι συνθήκες που πρέπει να ελέγχονται για την ανάπτυξη μικροοργανισμών σε βιοαντιδραστήρες; Για ποιο λόγο είναι απαραίτητη η διασφάλιση συνθηκών ασηψίας;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανατρέχουμε στους παράγοντες ανάπτυξης (§12.2) που πρέπει να ρυθμίζονται μέσα στον βιοαντιδραστήρα, και στον λόγο για τον οποίο η καλλιέργεια πρέπει να προστατεύεται από «ξένους» μικροοργανισμούς.

Απάντηση: Στους βιοαντιδραστήρες πρέπει να ελέγχονται και να ρυθμίζονται η θερμοκρασία, το pH και η συγκέντρωση οξυγόνου (O2), καθώς και η διαθεσιμότητα θρεπτικών συστατικών. Η ασηψία είναι απαραίτητη γιατί, αν εισέλθουν στην καλλιέργεια ανεπιθύμητοι («ξένοι») μικροοργανισμοί, αυτοί θα ανταγωνιστούν τον επιθυμητό μικροοργανισμό για τα θρεπτικά συστατικά, μπορεί να αλλοιώσουν ή να μολύνουν το τελικό προϊόν, και θα καταστήσουν αδύνατο τον ακριβή έλεγχο της παραγωγικής διαδικασίας.

Πρόσεξε:

• Η ασηψία αφορά τόσο το ίδιο το θρεπτικό υλικό όσο και τον βιοαντιδραστήρα, που αποστειρώνονται πριν από κάθε χρήση.

Άσκηση Ε5 (σελ. 116)

Στον πίνακα Α υπάρχουν αποτελέσματα μετρήσεων του αριθμού βακτηρίων από καλλιέργεια μικροοργανισμών σε υγρό θρεπτικό υλικό στους 30°C. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα αυτά κατασκευάστε την καμπύλη μεταβολής του αριθμού των βακτηρίων σε συνάρτηση με το χρόνο. Εξηγήστε τους παράγοντες που επηρεάζουν το σχήμα της καμπύλης.

Πίνακας Α — Χρόνος (ώρες) / Αριθμός βακτηρίων (εκατομμύρια): 0/9, 1/10, 2/11, 5/18, 10/400, 12/550, 15/550, 20/550, 30/550, 35/225, 40/30.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Σχεδιάζουμε την καμπύλη αριθμού βακτηρίων συναρτήσει χρόνου και εντοπίζουμε τα τέσσερα χαρακτηριστικά τμήματα μιας κλειστής καλλιέργειας.

Λύση:

1. 0-2 ώρες (9→11 εκατ.): πληθυσμός σχεδόν σταθερός — λανθάνουσα φάση, οι μικροοργανισμοί προσαρμόζονται στο νέο περιβάλλον.
2. 2-10 ώρες (11→400 εκατ.): απότομη, εκθετική αύξηση — εκθετική φάση, άφθονα θρεπτικά συστατικά και άριστες συνθήκες.
3. 10-30 ώρες (400→550 εκατ., με σταθεροποίηση στα 550 από τις 12-30 ώρες): ο πληθυσμός σταθεροποιείται — στατική φάση, εξάντληση κάποιου θρεπτικού συστατικού ή/και συσσώρευση τοξικών προϊόντων του μεταβολισμού.
4. 30-40 ώρες (550→30 εκατ.): απότομη μείωση — φάση θανάτου.

Απάντηση: Η καμπύλη εμφανίζει τα τέσσερα τυπικά τμήματα μιας κλειστής καλλιέργειας (λανθάνουσα 0-2h, εκθετική 2-10h, στατική 10-30h, θανάτου 30-40h). Το σχήμα της καθορίζεται από τη διαθεσιμότητα θρεπτικών συστατικών, το pH, τη συγκέντρωση O2 και τη θερμοκρασία, όπως αναλύεται στη λύση.

Πρόσεξε:

• Η γραφική παράσταση πρέπει να δείχνει καθαρά τα 4 τμήματα με διαφορετική κλίση/μορφή — δεν αρκεί απλή σύνδεση σημείων χωρίς ερμηνεία.