Лаг-фаза

Время лаг фазы, наблюдаемой после инокуляции свежей среды, зависит как от изменений в составе питательных веществ, так и от возраста и дозы инокулята.

При переносе клеток из одной среды в другую резко изменяются условия жизнедеятельности клеток. Сталкиваясь с новым питательным веществом, клетка начинает его усваивать только после синтеза новых ферментов. Поэтому перенос из одной среды в другую сопровождается периодом с незначительной скоростью деления клеток.

Аналогично, лаг-фаза может наступить и после изменения концентраций питательных веществ. Если новая питательная среда богаче лимитирующим клеточный рост питательным веществом, то в течение некоторого времени это вещество будет расходоваться не на рост клеток, а на повышение концентраций метаболирующих ферментов. Уменьшение питательного вещества может и не сопровождаться лаг-фазой, в этом случае экспоненциальный рост возобновляется сразу же после снижения концентрации, но скорость клеточного роста уменьшается.

Для активации многих внутриклеточных ферментов необходимы те или иные ионы металлов (активаторы), которые могут проникать через клеточные мембраны. Перенос небольшого объёма клеток культуры в значительно больший объём среды вызовет обратную диффузию этих необходимых для ферментативного катализа веществ в среду, если в последней они отсутствуют или если среда резко отличается от инокулята по своей ионной силе. В этом случае скорость роста уменьшается из-за уменьшения концентрации активаторов в клетке. Поэтому лаг-фаза продлится до «включения» новых механизмов синтеза этих активаторов.

На длительность лаг-фазы очень большое влияние оказывает фаза роста, в которой находится инокулят. Культура молодых клеток быстрее адаптируется к изменившейся питательной среде, выработав новые ферменты. Объём инокулята влияет на количество диффундирующих в среду веществ, например, витаминов и активаторов.

Рисунок 20 –Двухфазный рост кишечной палочки

Если среда содержит несколько источников углерода, то иногда может наблюдаться ряд последовательных лаг-фаз (рисунок). Это явление, называемое диауксией (двухфазным ростом), обусловливается изменением метаболического механизма в процессе роста. При диауксии сначала усваивают один источник углерода, затем когда это питательное вещество истощается, клетки синтезируют другие ферменты и утилизируют другой источник углерода. В основе такой последовательной утилизации питательных веществ лежит явление катаболитной репрекии.

Чтобы свести к минимуму время роста культуры в периодическом процессе, необходимо сократить продолжительность лаг-фазы. Для этого:

1) культура инокулята должна обладать максимальной активностью, а в момент введения в среду инокулят должен находиться в фазе экспоненциального роста;

2) среда, в которой выращивался инокулят, должна быть по составу близкой к среде крупномасшабного микробиологического процесса;

3) для предотвращения обусловленных диффузией потерь незаменимых промежуточных веществ и активаторов целесообразно применять инокулят в количестве не менее 5-10 %.