Chemostat: características, história e usos - Ciência - 2023

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o quimiostato É um dispositivo ou aparelho utilizado para o cultivo de células e microrganismos. Também é chamado de biorreator e tem a capacidade de reproduzir experimentalmente ambientes aquáticos como lagos, lagoas de sedimentação ou tratamento, entre outros.

Geralmente é descrito como um recipiente (o tamanho dependerá se o uso é industrial ou de laboratório) com uma entrada para que o material estéril entre e uma saída pela qual sairá o material resultante do processo, que geralmente são nutrientes, resíduos, material estéril, microrganismos entre outros.

Foi descoberto e apresentado de forma independente e quase simultânea pelos cientistas Jacques Monod, Aaron Novick e Leo Szilard em 1950. Monod trabalhou sozinho e chamou-o de bactogênio, enquanto Novick e Szilard trabalharam juntos e o chamaram de quimiostato, um nome que perdura até hoje. .

Características do Quostato

O quimiostato é caracterizado pela adição constante de um meio contendo um único nutriente que limita o crescimento e simultaneamente remove parte da cultura, como excesso de produção, metabólitos e outras substâncias. Esta remoção é constantemente substituída por novo material, alcançando um equilíbrio estável.

Nessas condições, a taxa de desenvolvimento da cultura do microrganismo é igual à taxa de diluição. Isso é fundamental em comparação com outros métodos de cultivo, pois um estado estável pode ser alcançado em um ambiente constante e definido.

Outra característica importante é que com o quimiostato o operador pode controlar variáveis físicas, químicas e biológicas como volume de indivíduos na cultura, oxigênio dissolvido, quantidade de nutrientes, pH, etc.

Princípio do método

O método consiste em uma população de microrganismos que cresce desde o início de forma semelhante à das culturas descontínuas ou descontínuas (a cultura líquida mais simples). Quando as populações crescem, é necessário retirar simultaneamente um volume de cultura semelhante ao adicionado, tenha ou não a cultura retirada utilizada.

Desta forma, no quimiostato uma diluição é realizada usando a adição contínua de meio fresco e a eliminação da cultura conforme parcialmente descrito no parágrafo anterior. Um único nutriente é responsável por limitar o crescimento no recipiente enquanto o resto está presente em excesso.

Este único nutriente limitante do crescimento é predeterminado pela pessoa que desenvolve o experimento, pode ser qualquer nutriente e, em muitos casos, dependerá da espécie em cultura.

História

As culturas em lote de microrganismos datam de séculos (cerveja e outras bebidas). No entanto, as lavouras contínuas são algo relativamente mais moderno. Alguns microbiologistas atribuem o início do cultivo contínuo ao famoso microbiologista russo Sergey Vinogradsky.

Vinogradski estudou o crescimento de bactérias sulforedutoras em um aparelho de sua própria concepção (coluna Vinogradski). Durante seus estudos, ele forneceu à coluna gotas de sulfeto de hidrogênio como alimento para essas bactérias.

Quando se fala em safras contínuas, é obrigatório falar em 3 personagens: Jacques Monod, Aaron Novick e Leo Szilard. Monod foi um biólogo renomado e vencedor do Prêmio Nobel em 1965.

Este pesquisador (Monod), enquanto fazia parte do Instituto Pasteur, desenvolveu muitos testes, cálculos e análises entre 1931 e 1950. Nessa época, ele criou o modelo matemático de crescimento de microrganismos que mais tarde seria chamado de Equação de Monod.

Em 1950, com base na equação que leva seu nome, ele projetou um modelo de aparelho que permitia o cultivo contínuo de microrganismos e o chamou de bactogênio.

Por outro lado, os cientistas Novick (físico) e Szilard (químico) se conheceram enquanto trabalhavam no projeto Manhattan (a bomba atômica) em 1943; anos depois, eles começaram a mostrar interesse no crescimento bacteriano e em 1947 eles fizeram uma parceria para trabalhar juntos e tirar proveito disso.

Após múltiplos testes e análises, Novick e Szilard, com base nos cálculos de Monod (equação de Monod), também conceberam em 1950 um modelo de cultura contínua de organismos microscópicos que chamaram de quimiostato, e é o nome que se mantém até hoje. . Mas todos os três são creditados com a invenção.

Formulários

Biologia Adaptativa e Evolução

As ferramentas oferecidas por este sistema de cultura contínua de microrganismos são utilizadas por ecologistas e evolucionistas para estudar como a taxa de crescimento afeta os processos celulares e o metabolismo, e como controla a pressão de seleção e a expressão gênica.

Isso é possível após avaliar e manter dezenas a centenas de gerações no quimiostato sob condições controladas.

Biologia Celular

Praticamente todos os estudos relacionados ao quimiostato estão relacionados à biologia celular, mesmo molecular, evolutiva, etc.

Porém, especificamente, o uso do quimiostato para este ramo da biologia fornece informações valiosas que permitem o desenvolvimento de modelos matemáticos necessários para compreender os processos metabólicos na população estudada.

Biologia molecular

Nos últimos 10 anos ou mais, tem crescido o interesse pelo uso de quimiostatos na análise molecular de genes microbianos. O método de cultura facilita a obtenção de informações para análise abrangente ou sistêmica de culturas de microorganismos.

Os estudos de quimostato neste campo permitem a análise da transcrição do DNA em todo o genoma, bem como quantificar a expressão gênica ou identificar mutações em genes específicos de organismos como leveduras Saccharomyces cerevisiae, por exemplo.

Culturas enriquecidas

Esses estudos vêm sendo realizados em sistemas descontínuos desde o final do século XIX com o trabalho de Beijerinck e Vinogradski, enquanto na década de 1960 passaram a ser realizados em culturas contínuas utilizando o quimiostato.

Esses estudos consistem em enriquecer meios de cultura para colher diferentes tipos de micróbios (bactérias em geral), também é usado para determinar a ausência de certas espécies ou detectar a presença de algumas cuja proporção é muito baixa ou quase impossível de observar no meio. natural.

Culturas enriquecidas em sistemas contínuos abertos (quimiostatos) também são utilizadas para desenvolver culturas de bactérias mutantes, principalmente auxotróficas ou que podem se tornar resistentes a drogas como antibióticos.

Produção de etanol

Do ponto de vista industrial, o uso e a produção de biocombustíveis são cada vez mais frequentes. Neste caso é a produção de etanol a partir de bactérias Gram negativasZymomonas mobilis.

No processo, vários quimiostatos em série grandes são usados, mantidos em concentrações constantes de glicose e outros açúcares, para serem convertidos em etanol sob condições anaeróbicas.

Referências

O Chemostat: o reator de tanque agitado contínuo ideal. Recuperado de: biorreactores.tripod.
Quimostato. Recuperado de: en.wikipedia.org.
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