ביוטכנולוגיה/הכנת המצע

מצע הגידול

מרכיבי המצע

מצע הגידול צריך לכלול אבני בניין של מולקולות ביולוגיות, מלחים, מים ועוד. מרכיבי מצע הגידול הם :

1. מים – מהווים 70% מנפח התא ולכן כל מצע גידול מבוסס על מים שקופים.
2. פחמן - בנוסף לתפקידו כחומר לבניית תאים, הפחמן משמש גם כמקור אנרגיה לגידול התאים. הוא מפורק ליצירת מולקולות ATP (משמשות מקור אנרגיה). מקורות הפחמן העיקרים במצע הגידול הם :
   • סוכרים :
     • גלוקוז – חד סוכר יקר מאוד.
     • עמילן תירס – רב סוכר המורכב מתירס וזול מאוד. עמילן תירס הוא רב סוכר (מיקרואורגניזמים יודעים להשתמש רק בחד סוכר) ולכן הוא עבר טיפול אנזימטי מקדים ע"י עמילאז כך שנוצר חד סוכר זמין לתא.
     • מולסה – תמיסת דו סוכר מרוכזת המתקבלת כתוצר לוואי בתעשיית המזון. גם היא עוברת טיפול אנזימטי מקדים בכדי לפרק לחד סוכר (ע"י סוכרוז).
     • גליצרול + מי גבינה – תוצרי לוואי של תעשיית המזון.
   • מולקולות שומניות - תוצרי לוואי של התעשייה הפטרוכימית (תעשיית הדלק). זול וידידותי לסביבה אך בעלת חסרונות :
     • לא כל חיידק יודע לפרק תרכובות אלו.
     • מולק' אלו לא מתמוססים במים (מצע הגידול בעיקרו הוא מים ולכן יש צורך בטיפול מקדים ויקר על מנת להכניסם למצע הגידול).
     • פירוק השומן פולט חום רב ולכן יש צורך בקירור המערכת => עלות גבוהה.
     • שימוש בשומנים כמקור פחמן בעייתי מאוד עקב כך שהם מכילים כמויות קטנות של פחמן ולכן יהיה צורך בהוספת תרכובות עתירות חמצן.
3. חנקן -חנקן הוא מרכיב מרכזי וגבוה במיוחד בחלבונים, דנ"א ורנ"א. מקורות חנקן אי אורגנים בדרך כלל נמצאים במלחי אמוניום או במלחי ניטראט.
4. גופרית(S) -הגופרית נמצאת בחלבונים ומוספת או כמקור אי אורגני (כמו מלחי סולפאט) או כמקור אורגני (החומצה האמינית ציסטאין המכילה גופרית).
5. זרחן -הזרחן נמצא בכמויות גדולות בדנ"א ורנ"א. הוא מוסף בצורת מלחי פוספט המשמשים גם כבופר לשמירה על PH קבוע.
6. יסודות קורט -מוספים בצורת מלחים של ברזל, מגנזיום, סידן, אבץ, נחושת ועוד. הכמות וסוג של היסודות נקבעים מתוך התהליך אותו מבצעים.
7. פקטורי גידול -החומרים להעשרת מצע הגידול מאיצים את קצב הגידול וחוסכים בכך כסף רב. הם יכולים להתחלק לשלוש קבוצות:
   • הספקה של חומצות אמינו – חסך זמן
   • הספקה של חומצות גרעין מהם נבנה דנ"א ורנ"א
   • ויטמינים – משמשים כקופקטורים וקואניזימים המסייעים לפעילות אנטיזמטית.

סוגי מצעי הגידול

סוגי מצעים :

1. מצע נוזלי – במצע זה, המים הופכים לעכורים עם גדילת כמות החיידקיים.
2. מצע מוצק – הוספת אגר למצע הנוזלי, אשר בטמפרטורה גבוהה נוזל ובנמוכות מוצק. זורעים את החיידקיים ולאחר 12-24 שעות מופיעות מושבות. כל המושבות הן מאותו חיידק, לכן יש אחידות גנטית.

מצעי מזון שונים:

1. מצע פשוט (עני/דל) - בו אנו יודעים את מרכיבי המצע במדויק, כלומר אנו יודעים מהם המקורות המספקים את הפחמן (אם זה גליצרול, מולסה וכדומה), חנקן, ויטמנים ועוד. למשל, מצע M9 המכיל גלוקוז כמקור פחמן.

1. מצע מורכב (עשיר) - בו הרכב אינו ידוע, אך הוא מספק את כל דרישות המערכת. כלומר, אנו שמים חומרים כמו למשל, שמרים המכילים בתוכם סוגים של ויטמנים, סוכרים ועוד, המספקים את כל הכמות הדרושה לגדילה המיקרואורגניזם. למשל, מצע LB (Luria broth) שמכיל חומרים כמו טריפטון (תערובת פפטיידים), תמצית שמרים ועוד. בניגוד ל-M9, בו אנו יודעים שהגלוקוז הוא מקור הפחמן, כאן, אין אנו יודעים

הכנת אינוקולם (תרבית המזרע ממנה מגדלים את התרבית לתהליך הייצור)

הכנת המיקרואורגניזמים

בכדי להכין את המיקרואורגניזמים לתהליך התסיסה, יש להקפיד על שני תנאים :

1. המיקרואורגניזמים חייבים להיות חיוניים, כלומר בעלי כושר התרבות מהיר.
2. התרבית חייבת להיות טהורה ללא זיהומים.

גדילת המיקרואורגניזמים

בשלב זה, מגדלים את המיקרואורגניזמים בשלבים; הם מעוברים מהכלי הקטן ביותר אל הכלי הגדול ביותר בשלבים.

מושגים

• תרבית מוצא - התרבית המקורית ממנה מתחילים נקראת תרבית מוצא.
• פרמנטור - כלי התרבית האחרון בו יתבצע תהליך הייצור (הכלי הגדול ביותר).
• פרמנטור מזרע -כלי הגידול בנפחים קטנים עולים. במילים אחרות, כלי המעבר מתרבית מזרע לפרמנטור.

כדי לקצר את שלב ההסתגלות, תנאי הגידול בפרמנטור המזרע זהים לתנאים בפרמנטור הייצור.

אין תמונה חופשית

תמונה : גרף של גידול חיידקים בנוסף לגרף לינארי המחל באותה נקודה עד אמצע שלב העמידה

ישנן שתי דרכים לשמירה על תרבית המוצא

1. ייבוש בהקפאה של המיקרואורגניזמים – שמירה בהקפאה עמוקה עד שצריך להתחיל לגדל.
2. זריעה על מצע מוצק שנשמר בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס והעברה למצע טרי בכל פרק זמן (בדרך כלל כל שבוע).

עיקור המערכת (סטריליזציה = נקי מזיהומים)

המערכת היא סטרילית על מנת למנוע זיהום הגורם ל:

1. תוצרי לוואי של המיקרואורגניזמים המזהמים את המערכת.
2. פגיעה בתוצר בעקבות נוכחות של מזהמים.
3. תחרות על מרכיבי מזון – ההפרעה לגידול הזן המבוקש לייצור. עיקור המערכת נעשה לפרמנטור ולמצע הגידול (לא מעקרים את תרבית המזרע). העיקור נעשה :
   • חימום – חימום הפרמנטור לטמפ' של 121 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות על כל 34 תמיסה (מצע מזון). מכשיר העיקור נקרא אוטוקלאב.
   • כאשר במצע הגידול ישנם מרכיבים הרגישים לחום מוסיפים אותם לאחר עיקור המצע כולו. עיקור המרכיבים הרגישים מתבצע בסינון דרך פילטרים בעלי נקבים גודל של 0.2 מיקרון למטר. לאחר הסינון מוסף המרכיב למצע הגידול הסטרילי. סינון כזה נקרא סינון תת מיקרוני (גודל קטן מ-1µm.