ПРИЛОЖЕНИЕ VI

ПРИЛОЖЕНИЕ VI
Основные параметры клеток и суспензионной культуры, которые будут
определяться на АПК по ряду показателей (параметров) периодических
и непрерывных суспензионных культур трех штаммов B. flavum.
Для иллюстрации разработанных способов и возможностей анализатора процессов
клетки (АПК) будут проведены эксперименты с суспензионными культурами трех
штаммов B. flavum.
Для функционирования АПК необходим минимальный набор следующих
серийных датчиков и устройств:

датчик определения оптической плотности (ОП) суспензионной культуры;

датчик определения глюкозы/сахарозы в суспензионной жидкости;

датчиков кислорода (O2), определяющих концентрацию O2 в суспензионной
жидкости, а также определяющих количество O2, как при поступлении воздуха
в ферментер, так и при выходе воздуха из него;

датчиков углекислого газа (CO2), определяющих концентрацию CO2 в
суспензионной жидкости, а также определяющих количество CO 2, как при
поступлении воздуха в ферментер, так и при выходе воздуха из него;

датчиков аммиака NH3, определяющих его концентрацию в суспензионной
жидкости;

дозаторов, подающих компоненты питательной среды;

датчиков температуры;

pH-метра.
В АПК в режиме on line должен регулироваться уровень объема суспензионной
культуры, концентрации растворенного кислорода, углекислого газа, концентрации
глюкозы/сахарозы, а также должен поддерживаться необходимый уровень температуры и
pH.
Возможности разработанных способов будут показаны на примере роста трех штаммов
культур Brevi bacterium flavum (B. flavum):
1. высокопроизводительном штамме-продуценте пролина B. flavum (75-85 г/л) –
(штамм 1);
2. штамме-продуценте пролина B. flavum с активностью (40-45 г/л) - (штамм 2);
3. диком (исходном) штамме B. flavum (штамм 3).
У первого штамма B. flavum синтез сопутствующих аминокислот практически
отсутствует. У второго штамма-продуцента B. flavum наряду с синтезом пролина в
меньших количествах синтезируются и сопутствующие амаминокислоты – аланин, валин,
глутаминовая кислота (глутамат) и лизин. У дикого штамма B. flavum синтез
аминокислот незначителен, практически отсутствует.
На АПК по показателям (параметрам) периодических и непрерывных
суспензионных культур штаммов B. flavum, измеренных вышеуказанными датчиками и
устройствами, а также по некоторым другим показателям будут определяться следующие
параметры клеток и суспензионной культуры:

этап роста периодической и непрерывной суспензионной культуры, когда в
клетках популяции одинакового возраста протекают одни и те же процессы;

ОП клетки (бактерии) в зависимости от ее возраста;

синтез пролина, аланина, валина, глутаминовой кислоты (глутамата) и лизина
клеткой в зависимости от ее возраста;

количеств выходящего из клетки пролина, аланина, валина, глутаминовой
кислоты (глутамата) и лизина в зависимости от ее возраста;
1

количество содержащихся в клетке пролина, аланина, валина, глутаминовой
кислоты (глутамата) и лизина в зависимости от ее возраста;

количество утилизированной клеткой глюкозы в зависимости от ее возраста;

количество потребленного клеткой кислорода в зависимости от ее возраста;

количество потребленного клеткой аммиака в зависимости от ее возраста;

количество выделенного клеткой углекислого газа в зависимости от ее
возраста;

количество образовавшейся в клетке воды в зависимости от ее возраста;

количество тепла выделенного клеткой в зависимости от ее возраста;

количество C, H, O и N сухой биомассы клетки в зависимости от ее возраста
(шт. 3);

сухая биомасса клетки в зависимости от ее возраста (штамм 3);

синтез пролина клеткой и количества C, H, O и N сухой биомассы клетки в
зависимости от ее возраста в случае, когда концентрация пролина
суспензионной культуры не замеряется (штамм 1);

экономический коэффициент роста биомассы клетки, коэффициент биосинтеза
лизина клетки, дыхательный коэффициент клетки и т.д. в зависимости от
возраста клетки;
Также будет осуществляться прогнозирование:

динамики численности и возрастного состава клеток суспензионной культуры;

синтеза пролина, аланина, валина, глутаминовой кислоты (глутамата) и лизина
суспензионной культурой;

количества утилизации глюкозы суспензионной культурой;

количества потребления кислорода суспензионной культурой;

количества потребления аммиака суспензионной культурой;

количества выделения углекислого газа суспензионной культурой;

количества образования воды суспензионной культурой;

количества тепла выделяемого суспензионной культурой;

количества C, H, O и N сухой биомассы суспензионной культуры (штамм 3);

сухой биомассы суспензионной культуры (штамм 3);

синтеза пролина суспензионной культурой и количества C, H, O и N сухой
биомассы суспензионной культуры в случае, когда концентрация пролина
суспензионной культуры не замеряется (штамм 1);

экономического коэффициента роста биомассы суспензионной культуры,
коэффициента биосинтеза лизина суспензионной культуры, дыхательного
коэффициента суспензионной культуры и т.д.;
На основе определенных и спрогнозированных параметров выявляются показатели
управления:

синтезом биомассы клетки и суспензионной культурой;

биосинтезом пролина клеткой и суспензионной культурой;

По выявленным показателям производится управление и оптимизация
процессами синтеза:

биомассы клетки и суспензионной культурой в целом;

биомассы и пролина клеткой и суспензионной культурой в целом.

Аналогичным образом выявляются основные параметры клонов клеток и
суспензионной культуры. То есть, осуществляется определение:

распределения клеток (бактерий) суспензионной культуры по траекториям
роста их клонов;
2

синтеза пролина, аланина, валина, глутаминовой кислоты (глутамата) и лизина
отдельными клонами клеток суспензионной культуры;

количества пролина, аланина, валина, глутаминовой кислоты (глутамата) и
лизина, выходящих из клеткок отдельных клонов суспензионной культуры;

количества пролина, аланина, валина, глутаминовой кислоты (глутамата) и
лизина, содержащихся в клетках отдельных клонов суспензионной культуры;

количества утилизированной глюкозы клетками отдельных клонов
суспензионной культуры;

количества потребленного
кислорода клетками отдельных клонов
суспензионной культуры;

количества потребленного аммиака клетками отдельных клонов суспензионной
культуры;

количества выделенного углекислого газа клетками отдельных клонов
суспензионной культуры;

количества образовавшейся воды в клетках отдельных клонов суспензионной
культуры;

количества тепла выделенного клетками отдельных клонов суспензионной
культуры;

количества C, H, O и N сухой биомассы клеток отдельных клонов
суспензионной культуры (штамм 3);

сухой биомассы клеток отдельных клонов суспензионной культуры (шт. 3);

синтеза пролина клетками отдельных клонов суспензионной культуры и
количества C, H, O и N сухой биомассы клеток отдельных клонов
суспензионной культуры, когда концентрация пролина суспензионной культуры
не замеряется (штамм 1);

экономического коэффициента роста биомассы, коэффициента биосинтеза
лизина, дыхательного коэффициента клеток отдельных клонов суспензионной
культуры.
Затем производится прогнозирование:

динамики численности суспензионной культуры по распределению клеток
(бактерий) суспензионной культуры по траекториям роста их клонов;

синтеза пролина, аланина, валина, глутаминовой кислоты (глутамата) и лизина
суспензионной культурой, используя распределение клеток (бактерий)
суспензионной культуры по траекториям роста их клонов и учитывая
активность синтеза данных аминокислот этими клонами;

количества утилизации глюкозы суспензионной культурой, используя
распределение клеток (бактерий) суспензионной культуры по траекториям
роста их клонов и учитывая активность утилизации глюкозы этими клонами;

количества потребления кислорода суспензионной культурой, используя
распределение клеток (бактерий) суспензионной культуры по траекториям
роста их клонов и учитывая активность потребления кислорода этими клонами;

количества потребления аммиака суспензионной культурой, используя
распределение клеток (бактерий) суспензионной культуры по траекториям
роста их клонов и учитывая активность потребления аммиака этими клонами;

количества выделения углекислого газа суспензионной культурой, используя
распределение клеток (бактерий) суспензионной культуры по траекториям
роста их клонов и учитывая активность выделения углекислого газа этими
клонами;

количества образования воды суспензионной культурой, используя
распределение клеток (бактерий) суспензионной культуры по траекториям
роста их клонов и учитывая активность образования воды этими клонами;
3

количества тепла выделяемого суспензионной культурой, используя
распределение клеток (бактерий) суспензионной культуры по траекториям
роста их клонов и учитывая активность выделения тепла этими клонами;

количества C, H, O и N сухой биомассы суспензионной культуры, используя
распределение клеток (бактерий) суспензионной культуры по траекториям
роста их клонов и учитывая количество C, H, O и N сухой биомассы этих
клонов (штамм 3);

сухой биомассы суспензионной культуры, используя распределение клеток
(бактерий) суспензионной культуры по траекториям роста их клонов и
учитывая сухую биомассу этих клонов (штамм 3).

На основе определенных и спрогнозированных параметров выявляются
показатели управления:

синтезом биомассы клонов клеток и суспензионной культуры в целом;

биосинтезом пролина клонов клеток и суспензионной культуры в целом;

По выявленным показателям производится управление и оптимизация
процессами синтеза:

Управление и оптимизация процессами синтеза биомассы клонами клеток и
суспензионной культурой в целом;

Управление и оптимизация процессами синтеза биомассы и пролина клонами
клеток и суспензионной культурой в целом.
Одновременно имеется возможность определения:

выживаемости клеток (бактерий B. flavum: штаммы 1, 2, 3) в зависимости от
возраста в момент их пересева из жидкой среды на твердую;

динамики репродукции фагов коринеформных бактерий в клетке (бактерии) B.
flavum (штаммы 1, 2, 3) в зависимости от ее возраста.

репродукции фагов коринеформных бактерий в отдельных клонах клеток
(бактерий) B. flavum (штаммы 1, 2, 3) суспензионной культуры.
Необходимо отметить, что многие из перечисленных параметров клетки, отдельных
клонов клеток, периодической и непрерывной суспензионной культуры могут быть
рассчитаны и в тех случаях, когда в ферментере одновременно культивируются два или
три типа суспензионных культур. Что чрезвычайно важно для тонких и всесторонних
исследований сообществ, состоящих из различных клеточных культур. В частности,
предлагаемые способы и методы можно использовать для изучения:

процессов межвидовой конкуренции за ресурсы питания;

метаболического взаимодействия между различными видами клеточных
культур;

кооперации между различными видами клеточных культур.
Л. Казарян
4