Электрохимические методы для мониторинга роста микробов
Исследовательская группа из Национальной лаборатории Саванна-Ривер в сотрудничестве с Университетом Клемсона, Университетом Южной Каролины и Savannah River Consulting LLC продемонстрировала использование электрохимических методов для мониторинга статуса роста и уровня энергии микроорганизмов, используемых в биотехнологических отраслях. Как опубликовано в недавней статье в Applied Microbiology and Biotechnology Express, методы позволяют отслеживать микробы в реальном времени, повышая рентабельность по сравнению с традиционным отбором проб и анализом.
Микроорганизмы используются во многих промышленных приложениях, включая производство топлива, химикатов, фармацевтических препаратов и пищевых продуктов (например, этанола, ацетата, биоразлагаемых пластиков, пенициллина и йогурта). Как и все организмы, микроорганизмы используют источники пищи (сахара, белки, липиды) для получения органического углерода для роста, а также энергии из электронов, высвобождаемых при расщеплении пищи. Снижение жизнеспособности микробной культуры может быть вызвано истощением источника пищи, наличием ингибитора роста или загрязнением другой культурой. Чтобы избежать дальнейшего упадка, любую такую проблему необходимо решать оперативно.
Чтобы обеспечить оптимальную работу микробов, необходимо контролировать их количество клеток и/или химические побочные продукты. Традиционный подход — периодический отбор проб из культур для анализа статуса роста клеток. Ручной отбор проб и анализ требуют много времени, трудоемки и затратны, что может позволить проблемам сохраняться часами до их обнаружения. Эта исследовательская группа под руководством Национальной лаборатории Саванна-Ривер продемонстрировала комплексный автоматизированный подход для мониторинга уровня энергии микробов.
Раннее предупреждение: Одна часть технологии подает сигнал тревоги при снижении уровня клеточной энергии. При заданном восстановительном потенциале электродов микробы в культуре могут получать энергию в свои клетки в форме электронов от электродов, расположенных рядом с культурой. Небольшая часть культуры, контактирующая с электродами, служит системой раннего предупреждения о неоптимальных условиях. Энергия, потребляемая микробами от электродов, отображается на экране компьютера как увеличение электрического тока. Поскольку эту электрохимическую активность можно отслеживать в реальном времени, метод можно использовать для поддержания правильных условий для оптимального поведения микробов.
Мониторинг импеданса: Другая часть технологии использует электрохимический импеданс для мониторинга культуры на протяжении всего цикла роста. Таким образом, микробную культуру можно описать с помощью эквивалентной электрической схемы. Эту эквивалентную схему затем можно использовать для подбора данных импеданса и получения ценной информации о культуре, связанной с ее физиологическим статусом.
Этот подход предлагает значительный потенциал для снижения аналитических затрат, а также для автоматизации биопроцессов.