presens殘氧儀超高產(chǎn)量®燒瓶中谷氨酸梭菌培養(yǎng)物的在線監(jiān)測(cè)

 

在這項(xiàng)研究中，我們分析了微透明的聚丙烯搖瓶是否可用于光學(xué)測(cè)量，尤其是使用 SFR vario 進(jìn)行光學(xué)生物量監(jiān)測(cè)。作為一個(gè)突出的例子，我們使用 Thomson 的 Ultra Yield® 燒瓶進(jìn)行谷氨酸梭菌培養(yǎng)，同時(shí)監(jiān)測(cè) O2、OUR、pH 值和生物量在線。

 

Ultra Yield® 燒瓶具有特殊的 6 擋板設(shè)計(jì)，有望實(shí)現(xiàn)更高的通氣率。這使得這些一次性搖瓶對(duì)大腸桿菌和其他微生物培養(yǎng)物很感興趣。與 PreSens 傳感器瓶 SFS （Corning） 相比，Ultra Yield® 瓶?jī)H具有輕微的半透明性。在這里，我們使用帶有 SFR vario 傳感器模塊的 2.5 L 超產(chǎn)量®燒瓶進(jìn)行在線測(cè)量，用于整個(gè)谷氨酸分批培養(yǎng)過(guò)程中的在線測(cè)量。我們?cè)跓康撞考闪搜鯕夂?pH 傳感器，SFR vario 可以讀取這些傳感器。然后，PreSens Flask Studio軟件根據(jù)氧氣測(cè)量值自動(dòng)計(jì)算出OUR。因此，kL測(cè)定了 Ultra Yield® 燒瓶的 a，結(jié)果表明它與 PreSens 傳感器燒瓶 SFS 的檢測(cè)范圍相似。對(duì)生物量進(jìn)行光學(xué)監(jiān)測(cè) – 光線通過(guò)燒瓶底部照射，被培養(yǎng)液中的細(xì)胞散射，然后用 SFR vario 檢測(cè)反向散射光。

 

材料與方法

在30°C和300rpm（振蕩直徑25mm）下，在2.5L超產(chǎn)量®燒瓶中培養(yǎng)谷氨酸梭菌，該燒瓶的填充體積為20%。燒瓶用合適的康寧瓶蓋封閉。將一個(gè)氧氣和一個(gè)pH傳感器點(diǎn)（SP-PSt3，SP-HP5）集成在燒瓶底部，并在25小時(shí)內(nèi)使用振蕩培養(yǎng)箱內(nèi)的SFR vario監(jiān)測(cè)氧氣，OUR，pH和生物量（見(jiàn)圖1）。離線 OD 樣品600測(cè)量值是從相同條件下生長(zhǎng)的平行培養(yǎng)物中進(jìn)行的。

圖 1：2.5 L 超產(chǎn)量®燒瓶（美國(guó)湯姆森），帶有康寧搖瓶蓋，并在振蕩培養(yǎng)箱內(nèi)的 SFR vario 上集成了 pH 和氧傳感器斑點(diǎn)。

 

結(jié)果

圖 2 顯示了谷氨酸梭菌培養(yǎng)物的在線記錄數(shù)據(jù)和離線測(cè)定的 OD600值。大約 1.5 小時(shí)后，耗氧量開(kāi)始增加。在接下來(lái)的 10 小時(shí)內(nèi)，DO 和 OUR 圖顯示了幾個(gè)峰值，這些峰值表明由于復(fù)合培養(yǎng)基中不同碳源（例如葡萄糖、醋酸鹽）的消耗而導(dǎo)致的幾次代謝變化。在高代謝活動(dòng)期間，pH 值下降 0.24，而當(dāng)代謝產(chǎn)物開(kāi)始在培養(yǎng)液中積累時(shí)，培養(yǎng)物繼續(xù)變酸。在培養(yǎng)的第二階段，7小時(shí)后，從碳水化合物切換到肽和氨基酸作為碳源，導(dǎo)致培養(yǎng)基的強(qiáng)烈堿化，這可以通過(guò)HP5傳感器光斑解決。在開(kāi)始時(shí)的短暫滯后階段之后，生物量曲線清楚地顯示出從第 4 小時(shí)開(kāi)始呈指數(shù)增長(zhǎng)，與升高的吸氧率相對(duì)應(yīng)。9小時(shí)后，指數(shù)增長(zhǎng)停止，生物量最小減少，直到培養(yǎng)終止。耗氧量也持續(xù) 5 小時(shí)，表明在死亡階段開(kāi)始之前，發(fā)生了進(jìn)一步的代謝活動(dòng)，可能代謝了一些細(xì)胞。離線 OD600數(shù)據(jù)與在線生物量數(shù)據(jù)非常吻合。在線和離線測(cè)量數(shù)據(jù)之間的微小差異可能源于這樣一個(gè)事實(shí)，即離線數(shù)據(jù)是從平行種植中獲取的。在選定的條件下，氧氣永遠(yuǎn)不會(huì)成為限制，溶解氧水平不會(huì)低于 40%。SFR vario 數(shù)據(jù)表明，盡管仍有一些代謝活動(dòng)，但 10 小時(shí)后不再生長(zhǎng)，屆時(shí)可以終止培養(yǎng)。

圖2：在2.5 L Ultra Yield®燒瓶中在復(fù)合培養(yǎng)基中培養(yǎng)的谷氨酸梭菌;使用SFR vario在線監(jiān)測(cè)生物量（綠線）、DO（藍(lán)線）和pH值（紅線），OUR（淺藍(lán)線）使用PreSens Flask Studio軟件在線計(jì)算氧氣讀數(shù)。在線生物質(zhì)信號(hào)中的噪聲也用中位數(shù) 30（黑線）進(jìn)行了平滑。從平行培養(yǎng)中獲取的離線測(cè)量的OD 600值（橙色點(diǎn)）與在線測(cè)量的生物量數(shù)據(jù)非常吻合。

 

結(jié)論

我們的測(cè)試表明，在半透明聚丙烯搖瓶中使用 SFR vario 可以收集確鑿的在線測(cè)量數(shù)據(jù)。在這個(gè)例子中，我們能夠在配備光學(xué)傳感器點(diǎn)的超產(chǎn)量®燒瓶中詳細(xì)跟蹤生物量的發(fā)育和代謝活動(dòng)。與SFR vario同時(shí)收集的幾個(gè)參數(shù)的在線數(shù)據(jù)被證明可以為代謝過(guò)程提供有價(jià)值的見(jiàn)解，并通過(guò)間接從溶解氧和pH數(shù)據(jù)中挖掘信息來(lái)精確估計(jì)生長(zhǎng)階段以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的可用性。