![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Дәріс№5
Тақ ырыбы: Жасуша иммобилизациясының ерекшеліктері жә не ә дістері Жоспары: 1.Жасуша иммобилизациясы 2.Жасуша иммобилизациясының ә дістері Дә ріс мақ саты: Жасуша иммобилизациясының ерекшеліктері жә не ә дістерін қ арстыру
1.Жасуша иммобилизациясы - бұ л осының кезінде жасушалар қ андай да бір беткейге ө здерінің гидродинамикалық сипаттамалары қ оршағ ан ортаның сипаттамаларынан ерекшеленетіндей етіп бекітілетін ү деріс. Ә детте бұ ғ ан агрегация кезіндегі жасушалардың тиімді ө лшемін немесе тығ ыздығ ын айтарлық тай арттыру арқ ылы немесе жасушалардың қ андай да болсын ұ стап тұ ратын бетке жабысуының кө мегімен қ ол жеткізіледі. Егер флоккулалар салыстырмалы тү рде дө рекі филтрлердің немесе жылдам тұ ндырудың кө мегімен сұ йық тық тан жылдам бө лініп алынатын болса, осыларда жасушалар бір-біріне бекітілген ү лкен агрегаттар тү ріндегі осындай флоккулярланган жасушалар иммобилизацияланғ ан ретінде қ арастырыла алады. Иммобилизацияланғ ан жасушалардың ө зге мысалы салыстырмалы тү рде жоғ ары салыстырмалы тышздығ ы бар қ атты бө ліктерге бекітілген (бұ л олардың сұ йық тық тан бө лінуін мү мкін етеді) жасушалар болып табылады. Сұ йық ортада асылып тұ рғ ан жекелеген жасушалар тү рінде тіршілік ететін микроб популяцияларының физикалық жү ріс-тұ рысы аталғ ан сү йық тық тың ерекшеліктерімен анық талады. Яғ ни, жекелеген жасушалар ө здерін ө здері осында суспензияланғ ан сү йық тық тың элементтері ретінде ұ стайды. Сондық тан да сұ йық тық ты осында асылып тұ рғ ан микроб популяциясы бар ыдыстан алып тастағ ан кезде жасуша популяциясының бір бө лігі де алынып тасталады. Бұ л осындай жү йелерді пайдалануғ а қ атаң шектеулер қ ояды, ө йткені кө п жағ дайда жасушалардың ү здіксіз немесе қ айтара ө сіру ү шін сақ талып қ алуы қ ажет болады. Осы мақ сатта жасушаларды ортадан бө ліп алу қ ажет, бұ ғ ан жасушалар бұ лардың кезінде жасушалардың физикалық (гидродинамикалық) сипаттамалары сү йық тық тың сипаттамаларынан ерекшеленетін жағ дайларғ а орналастырылуы мү мкін болса оң айырақ қ ол жеткізіледі. Мұ ндай жасушаларды иммобилизацияланғ ан жасушалар ретінде қ арастыруғ а болады. Жасушалардың иммобилизациясы табиғ и ү деріс болуы немесе, егер иммобилизацияланғ ан жасушаларды пайдалану ү дерісті жү ргізген кезде қ андай да бір пайда табуғ а дә мелендіретін болса, химиялық немесе физикалық тә сілдермен туындауы мү мкін. Иммобилизацияланғ ан жасушаларды пайдалану - жаң а ә діс емес. Мә селен, своды биологиялық тазарту кезінде ұ зақ уақ ыт қ абық тү рінде тамшылы биофилтрдің қ атты бетінде иммобилизацияланғ ан жасушаларды пайдаланып келген. Сіркені алудың дә стү рлі тә сілі қ айың шыбық тарында иммобилизацияланғ ан жасушаларын пайдалануды қ осады. Қ азіргі уақ ытта кез келген микроб немесе ұ лпа жасушаларын иммобилизациялау қ ол жетімділік болып отыр, бұ л олардың қ олданылуының айтарлық тай кең еюіне алып келді. Сондай-ақ тазарту жағ дайында соң ғ ы жетістіктер жү йедегі қ ондырманың ү лестік бетін арттыру есебінен иммобилизацияланғ ан жасушаларды пайдалануғ а негізделген осы дә стү рлі ү дерісті айтарлық тай жетілдіруге мү мкіндік берді. Жасушаларды иммобилизациялау не ү шін керек? Тү птеп келгенде, прокариот жасушалардың да, эукариот жасушалардың да иммобилизациясы кез келген ө лшемдегі, кө лемдегі жә не тығ ыздық тағ ы биобө лшектер жасауғ а мү мкіндік береді. Ү дерістің аса маң ыз- ды ерекшеліктерінің бірі жасушалардың аса жоғ ары концентрациясына қ ол жеткізу мү мкіндігі болып табылады, бұ л, иммобилизацияланғ ан жасушаларды сұ йық фазадан бө ліп алудың жең ілдігімен қ атар, ү дерісті жетілдірудің бірқ атар артық шылық тарына жә не тә сілдеріне себепкер болады: 1.Жасушалардың шайылып кету қ аупінсіз, сұ йық тық тың кез келген ниет етілген ағ ыны кезіндегі ү здіксіз реакциялық ү деріс. Иммобилизацияланғ ан жасушалар сұ йық фазаның ү здіксіз жү руі кезінде реакторда қ алады, бұ л шығ ынғ а байланыссыз жасушалардың ө су жылдамдығ ын бақ ылап отыруғ а мү мкіндік береді. Тіптен ө спейтін жасушалармен де ү здіксіз ү дерісті оң ай жү ргізуге болады, бұ л еркін асылып тұ рғ ан жасушалардың жағ дайында мү мкін емес. 2.Жалпы ө німділіктіц арта тү суі. Бұ л жасушалардың реактордағ ы сақ талып отырғ ан жоғ ары концентрациясының тікелей нә тижесі болып табылады. 3.Жасушалар мен сұ йық тық тың бө лінуі. Дө рекі сү зу немесе ауырлық кү шінің ә серімен жылдам тұ нуы жасушаларды кетірмей, сұ йық тық ты реактордан алып тастауғ а мү мкіндік береді. 4.Дә л сол жасушаларды пайдалана отырып, екінші қ айтара ө сіру. Пайдаланылып болғ ан сұ йық тық ты кетіріп, ыдысты жаң а ортамен толтыруғ а болады. 5.Газ жә не сұ йық фазалар арасындағ ы салмақ алмасу кү шейе тү седі. Иммобилизация кө бінесе асылып тү рғ ан жасушалардың жоғ ары концентрацияларымен байланысты тұ тқ ырлық мә селесін шешіп береді, бұ л салмақ алмасуды жақ сартады. 6.Идеалды ығ ыстырып шығ ару режимінде жү мыс істеу. Иммобилизацияланғ ан жасушаларды, мысалы, қ озғ алмайтын қ абатта стационарлық фаза ретінде ұ стап отыруғ а, ағ ынды реактор арқ ылы идеалды ығ ыстыру режимінде бағ ыттап отыруғ а болады. Сондай-ақ иммобилизацияланғ ан жасушалар, олардың жү йелері гидравликалық кү ш тү сірудегі ү лкен ауытқ уларғ а жасушалар концентрациясының сезілерліктей ө згеруінсіз қ арсы тү ра алады. Бұ л да ластаушы заттардың «шайылуы» арқ ылы таза жасуша култура- ларының жұ қ тыруына кедергі келтіреді, бү л тү птеп келгенде, стерилді емес жағ дайларда жұ мыс жасауды мү мкін етеді. Иммобилизацияланғ ан жасушалар сү йық фазадан оң ай бө лінетіндіктен, олар бү лар осы қ ажет болғ ан сә тте-ақ іске жұ мсалуы мү мкін жасушалардың кө п санын сақ тау ү шім ың ғ айлы тү р болып келеді. Алайда, жоғ арыда баяндалғ ан мү мкіндіктердің барлығ ы шектелмеген. Жасушаларды концентрациялау, мысалы, диффузиялық тежелуге орай реакциялардың ү лестік жылдамдық тарының елеулі қ ұ лдырауына алып келуі мү мкін, бұ л ү деріс жылдамдығ ының артуының жалпы дең гейін тө мендетеді. Иммобилизация сондай-ақ жасушалардың метаболизміндегі жә не физиологиясындағ ы ө згерістерді тудыруы мү мкін, осының салдары ө німділіктің азаюы немесе, табиғ и араластырылғ ан културалар жағ дайында (своды тазарту кезіндегідей), ық тимал ниет етілмеген ә серлерімен бірге микроб популяциясының қ ү рамының ө згеруі болып табылады. Арнайы ұ стағ ыштар қ ажет болғ андық тан жә не, одан ө зге, кү рделірек конфигурациядағ ы реактор керек болғ андық тан, еркін суспензияланғ ан жасушаларғ а қ арағ анда, иммобилизацияланғ ан жасушаларды ә зірлеу кө бінесе қ ымбатырақ тү седі. Сондық тан ә рбір нақ тылы жағ дайда иммобилизацияланғ ан жасушалардың артық - шылық тарын мейлінше пайдаланып қ алу керек. 2.Жасуша иммобилизациясының ә дістері. Қ азіргі таң да иммобилизация ә дістерінің кө п саны жасап шығ арылғ ан. Белгілі бір шамада ә дістемені таң дау жасушалардың ниет етілген физиологиялық кү йімен жә не жасушалар бекітілетін мақ сатпен анық талады. Иммобилизациялау ә дістерін пайдаланылатын физикалық ү деріске сә йкес топтарғ а бө луге болады: бекітілу, енгізу, қ осу жә не агрегация. Бекітілу. Бұ л топқ а иммобилизацияланудың осы кезде жасушалар қ андай да бір тә сілмен беткейге немесе қ атты ұ стағ ышқ а бекітіліп қ алатын барлық тү рлері жатады. Бекітілу табиғ и адгезияның нә тижесі болуы немесе химиялық жолмен индукциялануы мү мкін. Жасушалардың табиғ и адгезиясы - кө птеген зерттеулердің нысаны болып қ ызмет еткен, кең таралғ ан қ ұ былыс, алайда оның механизмі ә лі де болса аяғ ына дейін анық емес. Бұ л иммобилизацияланғ ан жасушаларды пайдалануғ а негізделген екі ең ескі ө неркә сіп ү дерістерінде - сірке ө ндіруде жә не своды тазартуда қ олданылатын ең қ арапайым иммобилизациялау ә дісі. Жуырда жасап шығ арылғ ан жү йелерде басымдық шағ ын дисперсиялы қ атты ұ стағ ыштарды, мысалы, осы жалғ ан сұ йылтылғ ан қ абатпен болатын ү дерістерде дә стү рлі ү дерістердегіге қ арағ анда реактор кө лемінің бірлігіне бекітілуге арналғ ан беттің анағ ү рлым кө бірек ауданын қ амтамасыз ететін қ ұ м секілді материалдарды пайдалануғ а беріліп отыр. Ұ стағ ыштың ә детте диаметрі 1 мм азырақ бө ліктері реакторғ а жай ғ ана толтырылады, ол бұ дан кейін кә дімгіше инокуляцияланады (себіледі). Жасушалар беткейге табиғ и тү рде бекітіледі жә не ө суіне қ арай белсенді қ абық тү зеді. Қ абық тың қ алың дығ ы хайуандар ұ лпаларының жасушаларын иммобилизациялау жағ дайындағ ыдай, жасушалардың бір қ абатын немесе тазарту ү шін пайдаланылатын микроорганизмдер жағ дайындағ ыдай, бірнеше мм қ ұ рауы мү мкін. Бетке табиғ и бекітілуге қ абілетсіз жасушалар химиялық тә сілдердіц кө мегімен бекітілуі мү мкін. Бекітілген жасушалар қ оршағ ан ортамен тікелей тү йіседі жә не сондық тан бө лшектер мен сұ йық тық бір-біріне қ атысты қ озғ алғ ан кезде пайда болатын ү йкеліс кү штерінің ә серіне ұ шырап отырады. Жасушалардың бұ л кезде бө лініп, сұ йық фазағ а кө шуі ә бден ық тимал, сондық тан аталғ ан тә сілді, егер сұ йық тық ты жасушасыз қ алдыру қ ажет болса қ олданбайды. Бұ л ә дісте ө неркә сіпте пайдалану ү шін жарамды ұ стағ ышты дұ рыс таң дап алуғ а жә не оғ ан қ ажетті микроорганизмді немесе бә лкім ү лкен тығ ыздық тағ ы микроорганизмдер популяциясын енгізуге ерекше назар аудару керек. Енгізу. Иммобилизациялау кезінде жасушаларды алдын ала дайындалғ ан да, жасушалардың айналасында іn зіtn қ алыптасатын да ә ртү рлі қ арапайым материалдардың ішіне енгізуге болады. Ішке дайын қ ұ рылымдарды енгізу жасушалардың ө суінің табиғ и нә тижесі болып табылады, бұ л ретте иммобилизацияның тиімділігі, табиғ и бекітілу жағ дайындағ ыдай, жасушалардың жә не ұ стағ ыштың тү ріне байланысты болып келеді. Керісінше, іn зіtn тү зілетін саң ылаулы, кеуекті қ ұ рылымдарды, кей кездері ұ стағ ыш бө лшектерінің тү зілу жағ дайлары жасушалар ү шін жоятындай болуы мү мкін болғ анымен де, жасушалардың іс жү зінде кез келген тү рін иммобилизациялау ү шін пайдалануғ а болады. Жасушаларды дайын кеуекті қ ү рылымдарғ а енгізу ә дістемесі табиғ и бекітілу кезінде енгізуге ө те ұ қ сас. Ө суіне қ арай ө лшемдері арта отырып, жасушалар кеуекті қ ұ рылымдарғ а еркін диффузияланады, «қ ақ панғ а тү седі». Бұ л ү деріс микроскопиялық дең гейде шағ ын кеуекті ұ стағ ыштың, мысалы, осылардың саң ылаулары жасушалардың ө лшемдерімен салыстыруғ а келетін кірпіштің, кокстың, керамиканың, кеуекті шынының бө лшеқ терінде немесе осында бө лшектер ү лкен қ уыстарғ а (0, 1 мм дейін) ие макроскопиялық дең гейде жү руі мү мкін. Биомасса ұ стағ ыштың бө лшектері шумақ қ а ү йірілген берік болат темірден немесе кубиктер тү рінде кесілген торлы пенополиуретаннан жасалғ ан ірі кеуекті қ ұ рылымдар болып келеді. Осы бө лшектерде иммобилизациялану жасушалардың флокулалар тү зуге де, ұ стағ ыштың жіптеріне бекітілуге де қ абілеттілігіне негізделген жә не саң ылауларғ а емес, дұ рысы, ұ яларғ а енгізілу ретінде қ арастырыла алады. Табиғ и тү рде енген жасушалар сыртқ ы ә сер етулердің ә серімен механикалық ү зілуден қ орғ алғ ан, бірақ қ оршағ ан ортадан қ андай да болсын шекарамен бө лінбеген, сондық тан жұ мыс ортасын жасушалардан бас деп санауғ а болмайды. Ә дістің артық шылығ ы: бө лшектерден тысқ ары ө скен жасушалар бө лшектердің бірі біріне немесе сұ йық тық ағ ынының бө лшектерге ү йкелуімен жойылады жә не осы тә сілмен жасушалардың ө суін басқ арып отырғ ан ың ғ айлы болады. Қ азіргі таң да иммобилизациялаудың зертхана практикасында ең кең інен қ олданылатын ә дісі жасушаларды олардың айналасында іn зіtn тү зілетін кеуекті қ ұ рылымдарғ а енгізу болып табылады. Қ ою суспензиялар немесе паста тү ріндегі жасушаларды одан кейін гел тә різдес кеуек материал (матрикс) тү зетін қ ұ рамдас бө лікпен араластырады. Матрикстің тү зілу жағ дайлары мейлінше жұ мсақ, жасушалардың тіршілік ә рекетіне ә серін тигізбейтін болуғ а тиіс. Гелге осындай енгізудің алғ ашқ ы мысалы болып мономерлі кө лденең тігістерді пайдалана отырып, акриламидті полимерлендіру табылады. Мономердің уландырушылығ ы мұ ндай ө ң деуді айарлық тай қ атаң етеді. Осындай тү рдегі иммобилизациялау ү шін басқ ада синтетикалық полимерлер қ олданылғ ан, бірақ іn зіtn иммобилизациялаудың қ азіргі ә дістерінің кө пшілік бө лігі полисахаридтерді пайдалануғ а негізделген. Каррагинанның, агардың жә не алгинаттың негізіндегі гелдердің арасынан калций алгинатының гелі ең танымал. Жасушаларды калций алгинатына енгізуден қ арапайымырақ жә не жұ мсағ ырақ ү дерісті кө з алдың а елестетуге болмас. Жасушаларды натрий алгинатының ерітіндісінде суспензиялайды жә не кальций тү здарының ерітіндісінде араластырады. Гел беткейде сол сә тте тү зіледі, бірақ алгинаттың толық тай минералдануы ү шін гелді 20 минут ұ стау керек. Алгинатқ а жә не калций тұ зының ерітіндісіне қ оректік жә не осмосты ұ стап тұ ратын заттар секілді қ орғ аныс материалдарын енгізуге болады. Ә діс термиялық ө ң деуді қ ажет етпейді, ал иммобилизацияланғ ан жасушалар жоғ ары белсенділігін сақ тайды. Ә дістің кемшілігі калцийді байланыстыратын хелаттаушы агенттермен тү йіскен кезде гелдердің оң ай бұ зылатындығ ы болып табылады. Онымен қ оса, калций алгинатының 5 мм аз диаметрі бар бө лшектерін дайындау қ иынғ а соғ ады. Аталғ ан ә діс табиғ атта кейбір организмдер ү шін, мысалы, шырыш тү зетін бактериялар ү шін ә деттегі болып табылатын нә тиже алуғ а мү мкіндік береді. Гелдердің физикалық қ асиеттері шырыштардағ ы физикалық қ асиеттерден ерекшеленбейді, бірақ шырыштарды тек шамалы тү рлер ғ ана тү зеді, ал гелге иммобилизациялау іс жү зінде кез келген организмдер ү шін жү зеге асырылуы мү мкін. Гелдерді тамшы (диаметрі шамамен 5 мм) немесе ө зге пішін (диаметрі 5 мм шағ ын цилиндрлер) тү рінде, сондай-ақ осыларды кейін қ ажетті пішіндегі жә не ө лшемдегі бө ліктерге кесетін табақ тар тү рінде шығ арады. Осындай гел бө лшектері ең ә р алуан конструкциядағ ы реакторларда: қ ондырманың қ озғ алмайтын қ абаты бар реактордан бастап толық тай араластыратын реакторғ а дейін пайдаланылуы мү мкін. Олардың бө лшек кө лемінен 30%-дан асатын концентрациясы кезінде гелдің қ ұ рылымы бұ зылса да, бө лшектердің ішінде жасушалардың ө суі жү ріп жатуы мү мкін. Сонымен қ атар гелдің айналасында газдың жинақ талуы да осығ ан алып келеді. Қ осу. Осы топтың ә дістерінің мә нісі жасушаларды алдын ала дайындалғ ан немесе тү зілген қ абық қ а қ оса арқ ылы иммобилизациялаудан тұ рады. Осындай қ абық болып жай ғ ана екі араласпайтын сұ йық тық арасындағ ы фазалардың бө ліну шекарасы қ ызмет ете алады. бұ л жағ дайда жасуша суспензиясы органикалық еріткіште эмулгацияланады жә не одан соң су фазасында тамшылар тү рінде ресуспензияланады. Алдын ала дайындалғ ан қ абық тың мысалы микро- жә не ултрафилтрациялау ү шін пайдаланылатын, жартылай ө ткізетін мембрана болып табылады. Бұ л кезде қ оректік заттар мембрананың артында тұ рғ ан жасушаларғ а жең іл диффузияланады. Аталғ ан жү йенің негізгі қ олданылуы оның кө мегімен жү мыс ортасын жасушалардан тазарту мү мкіндігімен анық талады, бұ л негізінен алғ анда сү тқ оректілердің ұ лпаларының жасуша култураларымен жұ мыс істеген кезде пайдаланылады. Агрегациялау. Жасушаларды ү лкен агрегаттардың тү зілуімен флокуляциялау арқ ылы иммобилизациялауғ а болады, бұ л оларды ү здіксіз жұ мыс істеп тұ рғ ан реакторда, мысалы, қ озғ алмайтын немесе жалғ ан сұ йылтылғ ан қ абаты бар реакторларда сақ тауғ а мү мкіндік береді. Ашытқ ы жасушаларының табиғ и флокуляциясы ферменттеу аяқ талғ аннан кейін жү реді, осылайша иммобилизацияанғ ан жасушалар сыра ө ң дірген кезде мұ наралы ферментерлерде пайдаланылады. Саң ырауқ ұ лақ тардың мицелийлері де сфералы пеллеталар тү ріндегі агрегаттар тү зеді. Флокуляция белсенді сумен тазартуғ а асатә н ү деріс болып табылады. Флокулатү зілу механизмі ә лі нашар зерттелген болса да, агрегацияны кү шейте тү су ү шін жасанды флокулянттар пайдаланылуы мү мкін. Микроорганизмдерді ұ стағ ыштарда иммобилизациялаудың ә р алуан тә сілдері жасушалардың интактылығ ын жә не тіршілікке қ абілеттілігін сақ тау тұ рғ ысынан алғ анда оптималды ә дістер болып кеуекті интертті материалдардың бетінде физикалық адсорбциялау жә не гелдің қ ұ рылымына ковалентті емес ұ стап алу табылатындығ ын шамалайды. Қ атты ұ стағ ыштардың ең алдымен бактерия жасушаларынақ атысты айтарлық тай адсорбциялау сыйымдылығ ына ие болуы жә не микроорганизмдерді беткейде берік ұ стап тұ руы тиіс екендігі айдан анық. Сондық тан да, биомассаның ә ртү рлі ұ стағ ыштарда адсорбциялану қ ұ былысы кө птеген практикалық ү дерістерде ү лкен рө л ойнайтындық тан, биотехнология ү шін жаң а тиімді адсорбенттерді іздестіру мә селесі ә лі кү нге дейін ө зінің ө зектілігін жоғ алтпай отырғ андығ ы айдан анық. Бақ ылау сұ рақ тары: 1.Жасушалардың иммобилизациясы не ү шін керек? 2.Иммобилизацияланғ ан жасушаларды пайдалану облысы қ андай? 3.«Қ осу» иммобилизация ә дісінің мә нісі неден тү рады? 4.«Енгізу» иммобилизация ә дісі кезінде қ андай таратқ ыштар пайдаланылады? 5.Адгезия ә дісінің артық шылық тары неден тұ рады жә не иммобилизацияның аталғ ан ә дісі қ айда қ олданылады? 6.Иммобилизацияның қ андай ә дісі жасушалардың интактылығ ы мен тіршілікке қ абілеттілігінің сақ талуы тү рғ ысынан оң тайлы болып табылады? Пайдаланылғ ан ә дебиеттер: 1.Джусупова Д.Б Экологиялық биотехнология. – Алматы 2013 2. Джусупова Д. Б. Технологии очистки природных и производственных сточных вод.- Алматы, КазНПУ им.Абая, 2006. 3.Ақ басова А.Ж., Саинова Н.Ә. Экология. – Алматы, 2003 4.Жатқ анбаев Ж.Ж. Экология негіздері. – Алматы, 2004
|