Name: Nowatorski bioreaktor do hodowli o dużej gęstości różnych zbiorowisk mikroorganizmów (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 13 s
Description: Poznaj innowacyjny bioreaktor wysokiej gęstości do hodowli zbiorowisk mikroorganizmów fotosyntetyzujących. Ta metoda umożliwia skuteczne oczyszczanie ścieków azotowych bez konieczności stosowania zewnętrznych technik separacji.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy chcieliby podziękować Aspen Walker z University of Pennsylvania za jej pomoc w konserwacji reaktora i pobieraniu próbek.

1. Zespół reaktora
<ol>
	<li>Ułóż elementy reaktora zgodnie ze schematem na rysunku 1.
	<ol>
		<li>Umieść reaktor (R) na płycie mieszającej, dodaj mieszadło do reaktora. Umieść zbiornik do recyklingu (RT) obok płytki mieszającej i reaktora tak, aby otwór odpływowy (górny) zbiornika był skierowany w stronę krawędzi stołu laboratoryjnego.</li>
		<li>Umieść pojemnik na odpady (W) pod króćcem ścieków (górnym) zbiornika do recyklingu (RT). Umieść zbiornik zasilający (FT) obok zbiornika do recyklingu (RT). 
		Uwaga: Zbiornik zasilający ma całkowitą pojemność 5 l.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zabezpiecz reaktor (R) przed przewróceniem za pomocą stojaka o odpowiedniej wielkości i clamp. Podobnie zabezpiecz zbiornik do recyklingu (RT), aby zapobiec przemieszczaniu się.</li>
	<li>Włóż rurki pompy perystaltycznej z neoprenu do głowic pompy recyklingu (pompa A) i zasilania (pompa B). Zapoznaj się z tabelą materiałów, aby uzyskać dodatkowe specyfikacje przewodów. Zamontuj głowice pomp na napędach pomp za pomocą dostarczonych z napędami pomp.</li>
	<li>Podłącz rurki pompy A do portów w reaktorze i zbiorniku recyklingu. Włóż koniec rurki pompy B do zbiornika zasilającego i zbiornika do recyklingu. Podłącz górny port reaktora do zbiornika recyklingu za pomocą przewodów. Nałożyć zaciski na rurki w portach reaktora. 
	Uwaga: Społeczności fotosyntetyczne mogą korzystać ze sztucznego oświetlenia zapewnianego przez lampy.</li>
</ol>
2. Przygotowanie roztworów podstawowych, roztworów dopływających/paszowych i inokulantów glonów
<ol>
	<li>Przygotować mineralny roztwór podstawowy. Do 1 litrowej kolby miarowej z 500 ml wody dejonizowanej dodać następujące ilości: 200 g wodorowęglanu sodu, 40 g jednozasadowego fosforanu potasu, 4 g siarczanu magnezu, 4 g chlorku żelaza, 4 g chlorku wapnia, 1 g chlorku miedzi, 1 g sześciowodnego chlorku kobaltu, 1 g sześciowodnego chlorku niklu, 1 g siedmiowodnego siarczanu. Dodaj dodatkowe 400 ml wody dejonizowanej. Wiruj mocno, aby zachęcić do rozpuszczenia soli. Po rozpuszczeniu soli dodać wodę dejonizowaną, aby całkowita objętość roztworu wynosiła 1 l.</li>
	<li>Przygotować podstawowy roztwór amoniaku. W kolbie miarowej o pojemności 1 l rozpuścić 38,214 grama chlorku amonu w około 900 ml wody dejonizowanej. Po rozpuszczeniu dodaj wodę dejonizowaną, aby uzyskać całkowitą objętość do 1,000 ml. 
	Uwaga: 1 ml roztworu podstawowego rozcieńczonego do 1 litra daje 10 mg roztworu L-1 NH4+-N.</li>
	<li>Przygotować podstawowy roztwór azotanu. W kolbie miarowej o pojemności 1 l rozpuścić 72,413 g azotanu potasu w około 900 ml wody dejonizowanej. Po rozpuszczeniu dodaj wodę dejonizowaną, aby uzyskać całkowitą objętość do 1,000 ml. 
	Uwaga: 1 ml roztworu podstawowego rozcieńczonego do 1 litra daje 10 mg roztworu L-1 NO3--N.</li>
	<li>Przygotować paszę/roztwór dopływający. Aby przygotować roztwór paszowy zawierający 20 mg L-1 NH4+-N i 20 mg L-1 NO3--N, należy rozcieńczyć 2 ml roztworu podstawowego amoniaku i 2 ml roztworu podstawowego azotanu do 1 l całkowitej objętości. Przed rozcieńczeniem dodać 0,5 ml roztworu mineralnego/l przygotowywanego roztworu. Przygotować łącznie 5 l dopływu do uruchomienia reaktora.</li>
	<li>Przygotuj inokulant do glonów.
	<ol>
		<li>Zbierz dużą objętość (co najmniej 10 l) wody ze zbiornika wodnego zawierającego glony, takiego jak strumień lub staw. Pozwól glonom osiąść, pozostawiając próbki wody w spokoju przez 24 godziny.</li>
		<li>Zdekantować i wylać klarowną (niezawierającą glonów) wodę znajdującą się na górze próbek, pozostawiając skoncentrowaną zawiesinę glonów w butelkach na próbki. Połączyć zawiesinę glonów ze wszystkich próbek do jednego pojemnika i powtórzyć etapy osiadania i dekantacji.</li>
		<li>Zmierzyć biomasę w zagęszczonej próbce.
		<ol>
			<li>Wysuszyć papierowy filtr próżniowy (filtr próżniowy MCE 0,45 μm) i aluminiową łódkę wagową O/N w piekarniku ustawionym na 103 °C, po schłodzeniu w eksykatorze przez 30 minut w temperaturze suchej, zmierzyć łączną masę filtra i zważyć łódkę.</li>
			<li>Przefiltrować próżniowo 20 ml skoncentrowanej zawiesiny glonów i włożyć filtr i ważyć łódkę do pieca w celu wyschnięcia O/N.</li>
			<li>Zmierz łączną masę filtra i zważ łódkę. Obliczyć gęstość biomasy w zagęszczonej próbce. 
			Uwaga: Całkowita objętość próbki wody, którą badacze będą musieli pobrać, będzie zależeć od źródła wody.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Zasiewanie i uruchamianie reaktora
<ol>
	<li>Dodać 750 ml roztworu zasilającego do reaktora. Napełnij zbiornik recyklingowy 500 ml roztworu paszowego.</li>
	<li>Za pomocą długiej pipety delikatnie dodać zawiesinę inokulacyjną zawierającą 1,5 g glonów w pobliżu dna reaktora. Pozwól, aby inokulum osiadło na dnie reaktora, upewnij się o tym poprzez obserwację wzrokową, zanim przejdziesz do następnego kroku.</li>
	<li>Gdy komórki się usiądą, zdejmij rurkę clamps i włącz pompę A na wolne natężenie przepływu (10 obrotów min-1/38 ml min-1). Powietrze uwięzione w rurze zostanie wydalone do reaktora. 
	Uwaga: Dodanie 750 ml do reaktora zapobiegnie wydostawaniu się biomasy zaburzonej przez pompę do reaktora. Ściśnij rurkę, aby upewnić się, że całe powietrze zostało usunięte.</li>
	<li>Stopniowo dodawaj roztwór zasilający do zbiornika recyklingu, gdy roztwór jest pompowany do reaktora. Kontynuuj dodawanie, aż zarówno reaktor, jak i zbiornik do recyklingu osiągną pełną pojemność, a ścieki zaczną opuszczać zbiornik recyklingu przez górny port. 
	Uwaga: Objętość roztworu zasilającego, który ma zostać dodany do zbiornika recyklingu, będzie się różnić w zależności od objętości inokulantu dodanego do reaktora.</li>
	<li>Wlej pozostały roztwór paszowy do zbiornika paszowego.</li>
	<li>Ustaw pompę recyklingu (pompa A) na 19 obrotów min-1, ustalając natężenie przepływu recyklingu na poziomie 72.5 ml min-1. Obserwuj, jak glony zaczynają unosić się od dna reaktora. Korzystając z gradacji na reaktorze, określ wysokość strefy biomasy glonów. Upewnij się, że wysokość jest stała przed przejściem do następnego kroku.</li>
	<li>Włącz płytę miksującą z bardzo niską prędkością; ustawienie 1 lub 2 jest odpowiednie, aby rozpocząć. Listwa mieszająca pomoże w dalszym unoszeniu biomasy, ale agresywne mieszanie spowoduje, że glony opuszczą reaktor, dostaną się do zbiornika recyklingu i opuszczą ścieki. Ustawić prędkość mieszania na poziomie niezbędnym do ustalenia wyraźnej granicy glonów w reaktorze (rysunek 2A); Strefa biomasy glonów powinna mieć około 10-15 cm wysokości.</li>
	<li>Pompę zasilającą uruchomić po zaobserwowaniu wyraźnej granicy między korkiem glonów a płynem reaktora. Ustaw pompę na 25 obrotów min-1, ustalając natężenie przepływu 1,5 ml min-1. Obserwuj, jak płyn reaktora opuszcza otwór ściekowy pod wpływem grawitacji i przemieszczenia spowodowanego napływającym strumieniem reaktora.</li>
</ol>
4. Pobieranie i analiza próbek
<ol>
	<li>Czynności związane z pobieraniem próbek należy przeprowadzić przed przystąpieniem do konserwacji systemu reaktora. Pobieraj codziennie 20 ml próbek ścieków i dopływów. Pobrać próbki ścieków z wnętrza zbiornika do recyklingu. Pobierać dopływające próbki bezpośrednio ze zbiornika zasilającego.</li>
	<li>Próbki należy przefiltrować próżniowo w celu usunięcia zawiesiny ciał stałych przed przechowywaniem i analizą.</li>
	<li>Próbki dopływu i ścieków należy przechowywać w temperaturze -20 °C do czasu dalszej analizy. Ogranicz liczbę cykli zamrażania i rozmrażania, którym poddawane są próbki. W razie potrzeby próbki można podzielić na podwielokrotności, aby zachować integralność próbki.</li>
	<li>Przeprowadzić analizę próbki na obecność azotanów, azotynów i amoniaku przy użyciu standardowych technik17. 
	Uwaga: Autorzy wykorzystali chromatografię jonową (IC) do uzyskania wyników przedstawionych w niniejszym dokumencie. Zapoznaj się z tabelą Materiały, aby uzyskać specyfikację.</li>
</ol>

<ol><li>Sales, C. M., Shieh, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+of+an+aerobic%2Fanaerobic+hybrid+bioreactor+under+the+nitrogen+deficient+and+low+F%2FM+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">Performance of an aerobic/anaerobic hybrid bioreactor under the nitrogen deficient and low F/M conditions.</a> Water Res. 40 (7), 1442-1448 (2006).</li>
<li>Nootong, K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Performance+and+kinetic+evaluations+of+a+novel+bioreactor+system+in+the+low-oxygen%2Flow-fluid+shear+reaction+environments%22">Performance and kinetic evaluations of a novel bioreactor system in the low-oxygen/low-fluid shear reaction environments</a>. , University of Pennsylvania. 3225514(2006).</li>
<li>Nootong, K., Shieh, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+an+upflow+bioreactor+system+for+nitrogen+removal+via+autotrophic+nitrification+and+denitrification%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresour+Technol%22%5BJournal%5D)">Analysis of an upflow bioreactor system for nitrogen removal via autotrophic nitrification and denitrification.</a> Bioresour Technol. 99 (14), 6292-6298 (2008).</li>
<li>Ramanathan, G., Sales, C. M., Shieh, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+autotrophic+denitrification+and+nitrification+in+a+low-oxygen+reaction+environment%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Sci+Technol%22%5BJournal%5D)">Simultaneous autotrophic denitrification and nitrification in a low-oxygen reaction environment.</a> Water Sci Technol. 70 (4), 729-735 (2014).</li>
<li>Rittmann, B. E., McCarty, P. L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRittmann%2C+BE+%22Environmental+Biotechnology%3A+Principles+and+Applications%22">Environmental Biotechnology: Principles and Applications</a>. , McGraw-Hill Higher Education. (2001).</li>
<li>Tchobanoglous, G., Burton, F. L., Stensel, H. D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTchobanoglous%2C+G+%22Wastewater+Engineering%3A+Treatment+and+Reuse%22">Wastewater Engineering: Treatment and Reuse</a>. , 4th edn, McGraw-Hill Science/Engineering/Math. (2002).</li>
<li>Palm, J. C., Jenkins, D., Parker, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relationship+between+Organic+Loading%2C+Dissolved-Oxygen+Concentration+and+Sludge+Settleability+in+the+Completely-Mixed+Activated-Sludge+Process%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+Water+Pollution+Control+Federation%22%5BJournal%5D)">Relationship between Organic Loading, Dissolved-Oxygen Concentration and Sludge Settleability in the Completely-Mixed Activated-Sludge Process.</a> Journal Water Pollution Control Federation. 52 (10), 2484-2506 (1980).</li>
<li>Jenkins, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+a+Comprehensive+Model+of+Activated-Sludge+Bulking+and+Foaming%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Towards a Comprehensive Model of Activated-Sludge Bulking and Foaming.</a> Water Science and Technology. 25 (6), 215-230 (1992).</li>
<li>Shieh, W., Keenan, J. Ch. 5 Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aShieh%2C+W+%22Bioproducts%22">Bioproducts</a>. 33, Springer. Berlin Heidelberg. 131-169 (1986).</li>
<li>Shieh, W. K., Li, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+and+Kinetics+of+Aerated+Fluidized-Bed+Biofilm+Reactor%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Engineering-Asce%22%5BJournal%5D)">Performance and Kinetics of Aerated Fluidized-Bed Biofilm Reactor.</a> Journal of Environmental Engineering-Asce. 115 (1), 65-79 (1989).</li>
<li>Alvarez-Vazquez, H., Jefferson, B., Judd, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Membrane+bioreactors+vs+conventional+biological+treatment+of+landfill+leachate%3A+a+brief+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Technology+%26+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Membrane bioreactors vs conventional biological treatment of landfill leachate: a brief review.</a> Journal of Chemical Technology & Biotechnology. 79 (10), 1043-1049 (2004).</li>
<li>Fenu, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Activated+sludge+model+%28ASM%29+based+modelling+of+membrane+bioreactor+%28MBR%29+processes%3A+a+critical+review+with+special+regard+to+MBR+specificities%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">Activated sludge model (ASM) based modelling of membrane bioreactor (MBR) processes: a critical review with special regard to MBR specificities.</a> Water Res. 44 (15), 4272-4294 (2010).</li>
<li>Liu, Y., Tay, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+essential+role+of+hydrodynamic+shear+force+in+the+formation+of+biofilm+and+granular+sludge%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">The essential role of hydrodynamic shear force in the formation of biofilm and granular sludge.</a> Water Res. 36 (7), 1653-1665 (2002).</li>
<li>Chudoba, J., Grau, P., Ottová, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+activated-sludge+filamentous+bulking-II.+Selection+of+microorganisms+by+means+of+a+selector%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Research%22%5BJournal%5D)">Control of activated-sludge filamentous bulking-II. Selection of microorganisms by means of a selector.</a> Water Research. 7 (10), 1389-1406 (1973).</li>
<li>Christenson, L., Sims, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Production+and+harvesting+of+microalgae+for+wastewater+treatment%2C+biofuels%2C+and+bioproducts%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol+Adv%22%5BJournal%5D)">Production and harvesting of microalgae for wastewater treatment, biofuels, and bioproducts.</a> Biotechnol Adv. 29 (6), 686-702 (2011).</li>
<li>Henderson, R., Parsons, S. A., Jefferson, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+impact+of+algal+properties+and+pre-oxidation+on+solid-liquid+separation+of+algae%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">The impact of algal properties and pre-oxidation on solid-liquid separation of algae.</a> Water Res. 42 (8-9), 8-9 (2008).</li>
<li>Jackson, P. E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJackson%2C+PE+%22Encyclopedia+of+Analytical+Chemistry%22">Encyclopedia of Analytical Chemistry</a>. Meyers, R. A. , John Wiley & Sons. Chichester UK. (2000).</li>
<li>Wilkinson, G. N., Rogers, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Symbolic+descriptions+of+factorial+models+for+analysis+of+variance%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Statistics%22%5BJournal%5D)">Symbolic descriptions of factorial models for analysis of variance.</a> Applied Statistics. 22, 392-399 (1973).</li>
<li>Chambers, J. M. Ch. 4. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChambers%2C+JM+%22Statistical+Models+in+S%22">Statistical Models in S</a>. Chambers, J. M., Hastie, T. J. , Wadsworth & Brooks/Cole. (1992).</li>
<li>R Core Team. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22R%3A+A+Language+and+Environment+for+Statistical+Computing%22">R: A Language and Environment for Statistical Computing</a>. , R Foundation for Statistical Computing. Vienna, Austria. (2015).</li>
<li>Ramanathan, G., Sales, C. M., Shieh, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Apendix%3ASimultaneous+autotrophic+denitrification+and+nitrification+in+a+low-oxygen+reaction+environment%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Apendix:Simultaneous autotrophic denitrification and nitrification in a low-oxygen reaction environment.</a> Water Science & Technology. 70 (4), 729-735 (2014).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Wastewater+Management+Fact+Sheet+-+Energy+Conservation%22">Wastewater Management Fact Sheet - Energy Conservation</a>. 832F06024, Environmental Protection Agency. Washington, DC. 1-7 (2006).</li>
<li>Curtis, T. P. Ch 13. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCurtis%2C+TP+%22Environmental+Biotechnology%22">Environmental Biotechnology</a>. Mitchell, R., Gu, J. D. , Wiley-Blackwell. (2010).</li>
<li>Asada, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((THE+WATER-WATER+CYCLE+IN+CHLOROPLASTS%3A+Scavenging+of+Active+Oxygens+and+Dissipation+of+Excess+Photons%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Plant+Physiol+Plant+Mol+Biol%22%5BJournal%5D)">THE WATER-WATER CYCLE IN CHLOROPLASTS: Scavenging of Active Oxygens and Dissipation of Excess Photons.</a> Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol. 50, 601-639 (1999).</li>
<li>Mullineaux, P., Karpinski, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Signal+transduction+in+response+to+excess+light%3A+getting+out+of+the+chloroplast%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Opin+Plant+Biol%22%5BJournal%5D)">Signal transduction in response to excess light: getting out of the chloroplast.</a> Curr Opin Plant Biol. 5 (1), 43-48 (2002).</li>
<li>Mallick, N., Mohn, F. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reactive+oxygen+species%3A+response+of+algal+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Plant+Physiology%22%5BJournal%5D)">Reactive oxygen species: response of algal cells.</a> Journal of Plant Physiology. 157 (2), 183-193 (2000).</li>
<li>Fridovich, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oxygen+toxicity%3A+a+radical+explanation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Biol%22%5BJournal%5D)">Oxygen toxicity: a radical explanation.</a> J Exp Biol. 201 ((Pt 8)), 1203-1209 (1998).</li>
<li>Doyle, S. M., Diamond, M., McCabe, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chloroplast+and+reactive+oxygen+species+involvement+in+apoptotic-like+programmed+cell+death+in+Arabidopsis+suspension+cultures%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Bot%22%5BJournal%5D)">Chloroplast and reactive oxygen species involvement in apoptotic-like programmed cell death in Arabidopsis suspension cultures.</a> J Exp Bot. 61 (2), 473-482 (2010).</li>
<li>Eisma, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Suspended-matter+particle+size+in+some+West-European+estuaries%3B+part+II%3A+A+review+on+floc+formation+and+break-up%5BTitle%5D)+AND+%22Netherlands+Journal+of+Sea+Research%22%5BJournal%5D)">Suspended-matter particle size in some West-European estuaries; part II: A review on floc formation and break-up.</a> Netherlands Journal of Sea Research. 28 (3), 215-220 (1991).</li>
<li>Thomas, D. N., Judd, S. J., Fawcett, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flocculation+modelling%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Research%22%5BJournal%5D)">Flocculation modelling: A review.</a> Water Research. 33 (7), 1579-1592 (1999).</li>
<li>Harris, R. H., Mitchell, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+polymers+in+microbial+aggregation%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Microbiol%22%5BJournal%5D)">The role of polymers in microbial aggregation.</a> Annu Rev Microbiol. 27, 27-50 (1973).</li>
<li>Raszka, A., Chorvatova, M., Wanner, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+and+significance+of+extracellular+polymers+in+activated+sludge%5BTitle%5D)+AND+%22Part+I%3A+Literature+review.+Acta+Hydrochimica+Et+Hydrobiologica%22%5BJournal%5D)">The role and significance of extracellular polymers in activated sludge.</a> Part I: Literature review. Acta Hydrochimica Et Hydrobiologica. 34 (5), 411-424 (2006).</li>
<li>Lakaniemi, A. M., Intihar, V. M., Tuovinen, O. H., Puhakka, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+of+Dunaliella+tertiolecta+and+associated+bacteria+in+photobioreactors%5BTitle%5D)+AND+%22J+Ind+Microbiol+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Growth of Dunaliella tertiolecta and associated bacteria in photobioreactors.</a> J Ind Microbiol Biotechnol. 39 (9), 1357-1365 (2012).</li>
<li>Lakaniemi, A. M., Intihar, V. M., Tuovinen, O. H., Puhakka, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+of+Chlorella+vulgaris+and+associated+bacteria+in+photobioreactors%5BTitle%5D)+AND+%22Microb+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Growth of Chlorella vulgaris and associated bacteria in photobioreactors.</a> Microb Biotechnol. 5 (1), 69-78 (2012).</li>
<li>Natrah, F. M. I., Bossier, P., Sorgeloos, P., Yusoff, F. M., Defoirdt, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Significance+of+microalgal-bacterial+interactions+for+aquaculture%5BTitle%5D)+AND+%22Reviews+in+Aquaculture%22%5BJournal%5D)">Significance of microalgal-bacterial interactions for aquaculture.</a> Reviews in Aquaculture. 6 (1), 48-61 (2014).</li>
<li>Dittami, S. M., Eveillard, D., Tonon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+metabolic+approach+to+study+algal-bacterial+interactions+in+changing+environments%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Ecol%22%5BJournal%5D)">A metabolic approach to study algal-bacterial interactions in changing environments.</a> Mol Ecol. 23 (7), 1656-1660 (2014).</li>
<li>Watanabe, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Symbiotic+association+in+Chlorella+culture%5BTitle%5D)+AND+%22FEMS+Microbiol+Ecol%22%5BJournal%5D)">Symbiotic association in Chlorella culture.</a> FEMS Microbiol Ecol. 51 (2), 187-196 (2005).</li>
<li>Burke, C., Thomas, T., Lewis, M., Steinberg, P., Kjelleberg, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Composition%2C+uniqueness+and+variability+of+the+epiphytic+bacterial+community+of+the+green+alga+Ulva+australis%5BTitle%5D)+AND+%22ISME+J%22%5BJournal%5D)">Composition, uniqueness and variability of the epiphytic bacterial community of the green alga Ulva australis.</a> ISME J. 5 (4), 590-600 (2011).</li>
<li>Krohn-Molt, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metagenome+survey+of+a+multispecies+and+alga-associated+biofilm+revealed+key+elements+of+bacterial-algal+interactions+in+photobioreactors%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Environ+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Metagenome survey of a multispecies and alga-associated biofilm revealed key elements of bacterial-algal interactions in photobioreactors.</a> Appl Environ Microbiol. 79 (20), 6196-6206 (2013).</li>
<li>Cooper, E. D., Bentlage, B., Gibbons, T. R., Bachvaroff, T. R., Delwiche, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metatranscriptome+profiling+of+a+harmful+algal+bloom%5BTitle%5D)+AND+%22Harmful+Algae%22%5BJournal%5D)">Metatranscriptome profiling of a harmful algal bloom.</a> Harmful Algae. 37, 75-83 (2014).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia i oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Ta sekcja rozpocznie się od omówienia wariantów protokołu potrzebnych do rozwiązania ewentualnych problemów operacyjnych, a także wykorzystania różnych społeczności drobnoustrojów. Omówione zostaną mocne strony tej konstrukcji reaktora, w tym zdolność do zarządzania kontrolą strumienia tlenu i tworzeniem kłaczków o dużej gęstości w reaktorze. Omówione zostaną również bieżące wyzwania i możliwe ścieżki dochodzenia.
Niuanse i warianty protokołu Eksploatacja HDBR do uprawy różnych t...

Ścieki komunalne są powszechnie oczyszczane za pomocą osadu czynnego w celu zmniejszenia zawiesiny (SS), biologicznego zapotrzebowania na tlen (BZT), azotu organicznego i nieorganicznego oraz zawartości fosforu5,6. Proces osadu czynnego, będący sposobem wtórnego oczyszczania ścieków, polega na utlenianiu węgla organicznego w zbiorniku napowietrzającym wypełnionym mieszanką płynu napływającego ścieków i recyklingowanego mikroorganizmu heterotroficznego (powszechnie nazywanego osadem czynnym)5-7. Zmieszany płyn trafia następnie do stosunkowo dużego osadnika (osadnika), w którym osad osadza się w celu łatwiejszego zbierania, w celu usunięcia lub zawrócenia z powrotem do zbiornika napowietrzającego, podczas gdy oczyszczone, oczyszczone ścieki mogą być nadal oczyszczane lub dezynfekowane trzeciego stopnia przed uwolnieniem do wód odbiorczych5-7. Skuteczne oddzielenie oczyszczonych ścieków i ciał stałych (osadu) w osadniku wtórnym jest niezbędne do prawidłowego funkcjonowania systemu oczyszczania ścieków, ponieważ każdy osad czynny pozostający poza osadnikami zwiększy BZT i SS w ściekach 5-8.
Istnieje wiele alternatywnych procesów biologicznych do wtórnego oczyszczania ścieków, które zmniejszają lub eliminują potrzebę dużych zbiorników klarujących, w tym reaktory o dołączonym wzroście (biofilm), bioreaktory membranowe (MBR) i reaktory osadu ziarnistego. W reaktorach biofilmowych tworzenie biofilmów, w których mikroorganizmy naturalnie agregują się i przyczepiają jako warstwa na stałej powierzchni, pozwala na zatrzymywanie i akumulację biomasy bez konieczności stosowania zbiornika klarującego. Reaktory biofilmowe można podzielić na trzy typy: reaktory ze złożem upakowanym, reaktory ze złożem fluidalnym i obrotowe kontaktory biologiczne. Reaktory ze złożem upakowanym, takie jak filtry zraszające i wieże biologiczne, wykorzystują stacjonarną stałą powierzchnię wzrostu5,6. Reaktory ze złożem fluidalnym (FBR) polegają na przyłączaniu mikroorganizmów do cząstek, takich jak piasek, granulowany węgiel aktywny (GAC) lub kulki szklane, które są utrzymywane w zawiesinie przez wysokie natężenie przepływu w górę9,10. Wirujące reaktory biologiczne zależą od biofilmów tworzonych na pożywkach przymocowanych do obracającego się wału, co pozwala na naprzemienne wystawienie biofilmu na działanie powietrza i cieczy, która jest poddawana obróbce5,6. MBR wykorzystują jednostki filtracji membranowej, zarówno w bioreaktorze (konfiguracja zanurzona), jak i na zewnątrz poprzez recyrkulację (konfiguracja strumienia bocznego)5,11. Membrany służą do osiągnięcia dobrego oddzielenia biomasy i cząstek stałych od obrabianej cieczy11,12. Reaktory osadu granulowanego są reaktorami z przepływem wznoszącym, w których tworzenie się niezwykle gęstych i dobrze osiadających granulek mikroorganizmów następuje, gdy są one wystawione na działanie dużych powierzchniowych prędkości przepływu powietrza13.
Jako kolejna alternatywa dla procesu osadu czynnego, nowy system reaktora z przepływem w górę, obecnie nazywany bioreaktorem o wysokiej gęstości (HDBR), został zaprojektowany i zbudowany przez Salesa i Shieha (2006) w celu zbadania usuwania ChZT przez osad czynny ze strumieni odpadów syntetycznych w warunkach niskiej temperatury F/M, o których wiadomo, że powodują powstawanie słabo osiadającego osadu (tj. szlam wypełniający)1,7,14. System HDBR wykorzystywał zmodyfikowane reaktory ze złożem fluidalnym, które zwykle składają się z reaktora z przepływem w górę i zewnętrznego zbiornika do recyklingu. Reaktory ze złożem fluidalnym są zwykle eksploatowane przy natężeniu przepływu strumienia recyklingu wystarczająco wysokim, aby utrzymać podłoże wzrostu biofilmu, ale wystarczająco niskim, aby substrat pokryty biofilmem został zatrzymany. W przeciwieństwie do reaktorów ze złożem fluidalnym, HDBR opisany w Sales i Shieh (2006) wykorzystywał stosunkowo niskie natężenia przepływu strumienia recyklu, co wraz z zewnętrznym napowietrzaniem zapobiegało zakłóceniom strefy biomasy utworzonej w reaktorze1. Późniejsze badania wykazały, że konstrukcja tego reaktora jest w stanie skutecznie oczyszczać szereg strumieni azotu przy użyciu bakterii nitryfikujących/denitryfikujących3,4. We wszystkich badaniach utworzenie stabilnej, gęstej strefy biomasy w obrębie HDBR wyeliminowało potrzebę zewnętrznego procesu flokulacji/sedymentacji1-4.
Jak informujemy tutaj, użycie HDBR do hodowli gęstych kultur zostało również przetestowane w konfiguracji fotobioreaktora (PBR) do uprawy glonów. Omówiono zalety i wady tego nowatorskiego systemu reaktorów do hodowli glonów oraz jego potencjał do pokonania dużej przeszkody w komercjalizacji biopaliw z glonów związanych ze zbiorem biomasy (tj. dobra separacja ciał stałych od cieczy15,16). Poniższy protokół przedstawia kroki potrzebne do złożenia, uruchomienia, pobrania próbki i utrzymania HDBR z algami jako społecznością mikrobiologiczną będącą przedmiotem zainteresowania. Omówione zostaną również różnice w protokole uruchamiania i działania kultur heterotroficznych i nitryfikujących/denitryfikacyjnych. Na koniec zostaną podkreślone ogólne zalety, wady i niewiadome tej nowatorskiej konstrukcji reaktora.

<table><tbody><tr><td>Kamień napowietrzający</td><td>Alita</td><td>AS-3015C</td><td></td></tr><tr><td>Aerator</td><td>Top Fin</td><td>Air-1000</td><td></td></tr><tr><td>Chlorek amonu</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A9434</td><td></td></tr><tr><td>Kolumna do analizy anionów</td><td>Shodex</td><td>IC SI-52 Zlewka 4E</td><td></td></tr><tr><td>(600 ml)</td><td>Corning Pyrex</td><td>1000-600</td><td>Używany jako naczynie do mieszania (MV). Dodanie zadziorów węża na dole i poziomów 500 ml. Średnica zewnętrzna króćców węża 3/8".</td></tr><tr><td>Chlorek wapnia</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C5670</td><td></td></tr><tr><td>Kolumna do analizy kationów</td><td>Shodex</td><td>IC YS-50</td><td></td></tr><tr><td>Sześciowodny chlorek kobaltu</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C8661</td><td></td></tr><tr><td>Chlorek miedzi</td><td>Sigma Aldrich</td><td>222011</td><td></td></tr><tr><td>Chlorek żelaza</td><td>Sigma Aldrich</td><td>157740</td><td></td></tr><tr><td>Filtr (próżniowy)</td><td>Fisherbrand</td><td>09-719-2E</td><td>0.45 &#956; m filtr membranowy, MCE, 47&nbsp; średnica mm</td></tr><tr><td>Cylinder z podziałką (1,000 ml)</td><td>Corning Pyrex</td><td>3025-1L</td><td>Używany jako zbiornik reaktora (R). Dodanie zadziorów węża na dole, 500 ml i 1 l. Średnica zewnętrzna króćców węża 3/8".</td></tr><tr><td>HPLC/IC</td><td>Shimadzu</td><td>Prominence</td><td></td></tr><tr><td>Siarczan magnezu</td><td>Sigma Aldrich</td><td>M2643</td><td></td></tr><tr><td>Napęd o zmiennej prędkości Masterflex L/S</td><td>Masterflex</td><td>07553-50</td><td>Napęd do pomp recyklingowych i zasilających (potrzebne 2</td></tr>)<tr><td>Sześciowodny chlorek niklu</td><td>Sigma Aldrich</td><td>N6136</td><td></td></tr><tr><td>Azotan potasu</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P8291</td><td></td></tr><tr><td>(Monobasic) Fosforan potasu</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P5655</td><td></td></tr><tr><td>Głowica pompy</td><td>Masterflex</td><td>07018-20</td><td>Głowica pompy z recyklingu</td></tr><tr><td>Głowica pompy</td><td>Masterflex</td><td>07013-20</td><td>Głowica pompy zasilającej</td></tr><tr><td>Przewody pompy</td><td>Masterflex</td><td>6404-18</td><td>Przewody pompy recyrkulacyjnej</td></tr><tr><td>Przewody pompy</td><td>Masterflex</td><td>6404-13</td><td>Przewody pompy zasilającej</td></tr><tr><td>Sód wodorowęglan</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S5761</td><td></td></tr><tr><td>Siarczan siedmiowodny</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Z0251</td><td></td></tr></tbody></table>

nowatorski bioreaktor do hodowli o dużej gęstości różnych zbiorowisk mikroorganizmów

A Novel Bioreactor for High Density Cultivation of Diverse Microbial Communities

Nowatorski projekt reaktora, nazwany bioreaktorem o wysokiej gęstości (HDBR), jest prezentowany do hodowli i badania społeczności drobnoustrojów o dużej gęstości. Wcześniejsze badania oceniały wydajność reaktora w usuwaniu ChZT1 i form azotu2-4 odpowiednio przez bakterie heterotroficzne i chemoautotroficzne. Konstrukcja HDBR eliminuje konieczność stosowania zewnętrznych procesów flokulacji/sedymentacji, jednocześnie dając ścieki zawierające niską zawartość zawiesiny. W tym badaniu HDBR jest stosowany jako fotobioreaktor (PBR) w celu scharakteryzowania charakterystyki usuwania azotu w fotosyntetycznej społeczności mikrobiologicznej opartej na algach. Jak już wcześniej informowaliśmy, w przypadku tego projektu HDBR ustanowiono stabilną strefę biomasy z wyraźnym rozgraniczeniem między biologicznie czynną częścią reaktora a płynem reaktora recyrkulacyjnym, co spowodowało niski poziom zawiesiny w ściekach stałych. Zaobserwowano, że zbiorowisko glonów w HDBR usuwa 18,4% całkowitych form azotu w dopływie. Zróżnicowane stężenia NH4+ i NO3- w paszy nie miały wpływu na usuwanie NH4+ (odpowiednio n = 44, p = 0,993 i n = 44, p = 0,610), podczas gdy stężenie NH4 + w paszy okazało się ujemnie związane z usuwaniem NO3- (n = 44, p = 0,000), a stężenie NO3- w paszy okazało się dodatnio skorelowane z NO3- (n=44, p=0,000). Konsekwentne usuwanie NH4 + w połączeniu z akumulacją utlenionych form azotu przy wysokich strumieniach NH4 + wskazuje na obecność bakterii utleniających amoniak i azotyny w społeczności drobnoustrojów.

HDBR wykorzystano do hodowli glonów przy kilku różnych stosunkach stężeń amoniaku i azotanów w dopływie, utrzymując całkowitą zawartość azotu w pożywce na poziomie 40 mg –N L-1. Próbki dopływu i odpływu pobierano codziennie; próbki gęstości biomasy pobierano na początku i na końcu każdego stanu warunków. Reaktor osiągał średnio w ciągu 3-5 dni stan równowagi stacjonarnej po zmianie warunków. W szerokim zakresie warunków dopływu utworzyła się wyraźna strefa biomasy, co zaobserwowano w poprzednich badaniach (<st...

Nowatorski projekt reaktora, nazwany bioreaktorem o wysokiej gęstości (HDBR), jest prezentowany do hodowli i badania społeczności drobnoustrojów o dużej gęstości. W tym przypadku HDBR jest z powodzeniem stosowany w konfiguracji fotobioreaktora (PBR) do badania metabolizmu azotu przez mieszaną społeczność glonów o dużej gęstości.

Nowatorski bioreaktor do hodowli o dużej gęstości różnych zbiorowisk mikroorganizmów

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Past ...

Ogólnym celem konstrukcji tego bioreaktora i przeprowadzonego eksperymentu jest zademonstrowanie hodowli wysokogęstościowej, mieszanej społeczności fotosyntetycznej w nowatorskim bioreaktorze w celu skutecznego oczyszczania ścieków. Metoda ta może być wykorzystana do udzielenia odpowiedzi na kluczowe pytania, takie jak sposób projektowania i eksploatacji bioreaktorów algowych w celu remediacji strumieni odpadów, a także sposób hodowli biomasy algowej. Główną zaletą tej techniki jest możliwość hodowli wysokogęstościowej biomasy algowej bez konieczności stosowania zewnętrznych metod separacji.Pomysł na tę aplikację pojawił się, gdy zauważyliśmy, że ten system bioreaktora o wysokiej gęstości odnosił sukcesy w hodowli bakterii heterotroficznych z osadu czynnego przy oczyszczaniu związków organicznych z wody ściekowej, a także autotroficznych bakterii nitryfikacyjnych i denitryfikacyjnych przy usuwaniu amoniaku jako zanieczyszczenia azotowego ze ścieków. Procedurę tę prezentuje Thomas Thompson, student A-B-S-M-S na Uniwersytecie Drexel, który jest również praktykantem i technikiem w moim laboratorium. Na początek należy umieścić reaktor na mieszalce i dodać do niego mieszadło magnetyczne.Umieść zbiornik recyrkulacyjny obok mieszadła magnetycznego i reaktora w taki sposób, aby wylot zbiornika był skierowany w stronę krawędzi stołu laboratoryjnego. Pod wylotem zbiornika recyrkulacyjnego ustaw pojemnik na odpady. Następnie umieść zbiornik z pożywką obok zbiornika recyrkulacyjnego.Zabeziecz reaktor przed przewróceniem, używając statywu i zacisku o odpowiednim rozmiarze. Włóż neoprenowe rurki pompy perystaltycznej do głowic pompy recyrkulacyjnej i pompy zasilającej. Zamontuj głowice pomp na napędach pomp za pomocą śrub dołączonych do napędów.Następnie podłącz wężyki pompy A do portów reaktora i zbiornika recyrkulacyjnego. Włóż końce wężyków pompy B do zbiornika z pożywką oraz do zbiornika recyrkulacyjnego. Połącz górny port reaktora ze zbiornikiem recyrkulacyjnym za pomocą wężyka.Na koniec załóż zaciski na rurki przy portach reaktora. Przygotuj pięć litrów pożywki dopływowej lub roztworu zasilającego do uruchomienia reaktora. Najpierw dodaj 0,5 mililitrów roztworu mineralnego na litr przygotowywanego roztworu.Następnie rozcieńczyć 2 ml roztworu zapasu amoniaku oraz 2 ml roztworu zapasu azotanów do całkowitej objętości 1 l. Dodać 750 ml roztworu zasilającego do reaktora. Napełnić zbiornik recyrkulacyjny 500 ml roztworu zasilającego.Za pomocą długiej pipety ostrożnie dodaj zawiesinę szczepionkową zawierającą 1,5 grama alg w pobliżu dna reaktora. Przed przejściem do następnego kroku odczekaj, aż szczepionka opadnie na dno reaktora, co należy potwierdzić poprzez obserwację wizualną. Umieść kamień napowietrzający w zbiorniku recyrkulacyjnym i włącz go.Po osadzeniu się komórek należy zdjąć zaciski z rurek i włączyć pompę A, ustawiając małą prędkość przepływu. Korzystając z elementów sterujących jednostki napędowej pompy, należy stopniowo dodawać roztwór pożywki do zbiornika recyrkulacyjnego w miarę pompowania roztworu do reaktora. Dodawanie należy kontynuować do momentu, aż reaktor i zbiornik recyrkulacyjny zostaną całkowicie wypełnione i zacznie wypływać nadmiar cieczy.Zacznij wyprowadzać ciecz z zasobnika recyrkulacyjnego przez górny port. Wlej pozostałą część roztworu zasilającego do zasobnika zasilającego. Następnie ustaw pompę a na 19 obrotów na minutę, ustanawiając szybkość przepływu recyrkulacyjnego na 72,5 ml/min.Obserwuj moment, w którym glony zaczynają unosić się z dna reaktora, korzystając z podziałki na reaktorze. Określ wysokość strefy biomasy glonów. Upewnij się, że wysokość ta jest stała przed przejściem do następnego kroku.Podczas ustawiania prędkości mieszadła na płycie mieszającej kluczowe jest monitorowanie wysokości i stabilności biomasy algowej, aby zapobiec jej utracie. Współczesne stopniowe zmiany prędkości obrotowej mieszadła pomagają zapobiec temu zjawisku. Włącz płytę mieszającą przy bardzo niskiej prędkości.Na początek odpowiednie będzie ustawienie wartości jeden lub dwa. Mieszadło pomoże w dalszym unoszeniu biomasy, jednak zbyt intensywne mieszanie spowoduje rozwój glonów. Aby opuścić reaktor, należy przejść do zbiornika recyrkulacyjnego i pozostać w odpływie.Uruchom pompę zasilającą. Po zaobserwowaniu wyraźnej granicy między czopem alg a płynem w reaktorze, ustaw pompę na 25 obrotów na minutę, ustalając natężenie przepływu na 1,5 milliliters per minute. Obserwuj płyn z reaktora wypływający przez port odpływowy pod wpływem grawitacji i wypierania przez nadchodzący strumień zasilający.Przed przeprowadzeniem konserwacji systemu reaktora należy wykonać czynności związane z pobieraniem próbek. Codziennie pobieraj 20 mililitrów próbek dopływu i odpływu. Próbki odpływu pobieraj z wnętrza zbiornika recyrkulacyjnego.Pobierać próbki dopływu bezpośrednio ze zbiornika zasilającego. Próbki należy przefiltrować w celu usunięcia zawiesiny przed przechowywaniem i analizą. Przechowywać próbki dopływu i odpływu w temperaturze -20 °C do czasu dalszej analizy.Ogranicz liczbę cykli zamrażania i rozmrażania. Próbki zostają poddane końcowej analizie na obecność azotanów, azotynów i amoniaku przy użyciu standardowych technik. Usunięcie amoniaku zaobserwowano dla wszystkich zakresów składu ścieków, jednak skala usuwania amoniaku nie była znacząco wpływana przez skład amoniaku.Podobnie zauważono, że usuwanie amoniaku nie było znacząco wpływane przez skład azotanowy, podczas gdy azotany gromadziły się w reaktorze przy większości składów dopływu. Usuwanie azotanów było ujemnie skorelowane ze składem dopływu amoniaku, podczas gdy usuwanie azotanów było dodatnio skorelowane ze składem dopływu azotanów. Usuwanie amoniaku zbiegające się z tworzeniem azotanów sugeruje, że w mieszanej społeczności obecne są bakterie utleniające amoniak oraz azotany i że organizmy te przyczyniają się do transformacji form azotu wewnątrz reaktora.Tlen niezbędny dla bakterii utleniających amoniak i azotyny byłby dostarczany poprzez napowietrzanie w zbiorniku recyrkulacyjnym i transportowany przez strefę biomasy wewnątrz reaktora za pomocą pompy recyrkulacyjnej. Poza monitorowaniem składu chemicznego dopływu i odpływu, stwierdzono, że zawartość zawiesiny w reaktorze jest dobrym wskaźnikiem zapowiadającym gwałtowny spadek populacji. Duże i nagłe zmiany w składzie pożywki mogą mieć niekorzystny wpływ na społeczność drobnoustrojów i prowadzić do awarii reaktora.W związku z tym należy starannie dobrać harmonogramy składu paszy, aby zapobiec takim gwałtownym spadkom. Choć ta metoda może dostarczyć wiedzy na temat glonalno-bakteryjnych systemów funkcjonujących w tym fotobioreaktorze, możemy w nim badać również bakterie heterotroficzne z osadów czynnych, a także organizmy nitryfikacyjne i denitryfikacyjne, bakterie utleniające oraz organizmy akumulujące fosforany. Po opanowaniu techniki, bioreaktor o wysokiej gęstości może zostać zmontowany i uruchomiony w czasie krótszym niż dwie godziny dziennie. Czynności takie jak pobieranie próbek i przygotowanie do elucji powinny zająć około godziny. Mamy nadzieję, że ta prezentacja zachęci innych badaczy do zastosowania tego reaktora w celu badania innych systemów mikrobiologicznych.Dziękujemy za obejrzenie i życzymy powodzenia w przeprowadzaniu eksperymentów.

a-novel-bioreactor-for-high-density-cultivation-diverse-microbial

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Opisujemy platformę opartą na chipie do trójwymiarowej hodowli komórek w mikrobioreaktorach. Jeden chip może pomieścić do 10 Mio. komórek, które mogą być hodowane w precyzyjnie określonych warunkach pod kątem przepływu cieczy, ciśnienia tlenu itp. w sterylnym, zamkniętym obiegu.

Trójwymiarowa hodowla komórek na chipie w przepływowych mikrobioreaktorach

Źródło: Hemmerich, J. i in. Protokół optymalizacji heterologicznego wytwarzania białek z wykorzystaniem zautomatyzowanej technologii mikrobioreaktorów. J. Vis. Exp. (2017).Ten film pokazuje użycie zautomatyzowanego mikrobioreaktora do monitorowania wzrostu bakterii i wydzielania białek fluorescencyjnej w odpowiedzi na różne formuły mediów. Genetycznie zmodyfikowana bakteria ekspresyjna wydzielniowa fluorescencja jest hodowana pod antybiotykowym selekcją i zaszczepiana w dołkach o zróżnicowanych...

Monitorowanie wzrostu bakterii w różnych formułach ośrodka za pomocą zautomatyzowanego mikrobioreaktora

W tym protokole przedstawiono produkcję, konfigurację i podstawowe działanie mikroprzepływowego bioreaktora pikolitrowego (PLBR) do analizy pojedynczych komórek mikroorganizmów prokariotycznych. Mikroorganizmy istotne z przemysłowego punktu widzenia zostały przeanalizowane jako dowód zasadności, co pozwoliło na wgląd w tempo wzrostu, morfologię i niejednorodność fenotypową w określonych okresach czasu, co jest prawie niemożliwe przy użyciu konwencjonalnych metod.

Mikroprzepływowy bioreaktor pikoliterowy do analizy mikrobiologicznej pojedynczych komórek: produkcja, konfiguracja systemu i obsługa

Fermentory są używane do zwiększania wydajności hodowli i produktywności komórek bioinżynieryjnych.  Po przesiewie wielu kandydatów na hodowle mikrobiologiczne lub komórki zwierzęce w kolbach wstrząsowych, następnym logicznym krokiem jest zwiększenie biomasy wybranej kultury za pomocą fermentora. Ten film pokazuje konfigurację i działanie typowego systemu bioreaktora laboratoryjnego.

Działanie bioreaktora laboratoryjnego

Korzystając z bioreaktora pneumatycznego, demonstrujemy montaż, działanie i wydajność tego jednorazowego systemu bioreaktorów do wzrostu komórek ssaków.

Hodowla komórek ssaków przy użyciu systemu jednorazowego bioreaktora pneumatycznego

Ten manuskrypt opisuje ogólne podejście do projektowania dostosowanych do potrzeb pożywek do uprawy mikrobiologicznej. Jest to możliwe dzięki iteracyjnemu procesowi pracy, łączącemu eksperymentalny projekt oparty na Krigingu i technologię mikrobioreaktorów w celu uzyskania wystarczającej przepustowości uprawy, która jest wspierana przez robotykę laboratoryjną w celu zwiększenia niezawodności i szybkości przygotowywania pożywek do pracy z cieczami.

Ogólny protokół optymalizacji produkcji białek heterologicznych przy użyciu technologii zautomatyzowanych mikrobioreaktorów

Przedstawiono szczegółowy protokół jednoczesnego działania 48 równoległych kultur komórkowych w różnych warunkach w systemie mikrobioreaktora. Opisano proces hodowli komórek, zbiór i późniejszą analizę miana przeciwciał.

Zastosowanie wysokowydajnego zautomatyzowanego systemu mikrobioreaktorów do produkcji modelowej IgG1 w komórkach CHO

Tematem tego artykułu jest szczegółowe opisanie najlepszych praktyk tworzenia pożywek dla wymagających mikroorganizmów beztlenowych pozyskanych ze środowiska. Metody te pomagają w zarządzaniu kulturami beztlenowymi i mogą być stosowane do wspomagania wzrostu nieuchwytnych mikroorganizmów niehodowlanych, "mikrobiologicznej ciemnej materii".

Zestaw symulowanych formatów pożywek opartych na informacjach in situ do hodowli mikroorganizmów beztlenowych nabytych w środowisku

Ten protokół szczegółowo opisuje montaż układów mini-bioreaktorów, które mają być wykorzystane do hodowli złożonego przepływu złożonych zbiorowisk kałowych w warunkach beztlenowych. Omówiono również metody montażu, inokulacji i pobierania próbek z reaktorów do dalszej analizy.

Montaż bioreaktora do ciągłej hodowli złożonych zbiorowisk kałowych

Minibioreactor Array (MBRA) to wysokowydajny, konfigurowalny system hodowli o ciągłym przepływie, który umożliwia hodowlę złożonych społeczności drobnoustrojów, wspierając równoległe eksperymenty w celu badania dynamiki mikrobiomu, interakcji terapeutycznych i reakcji drobnoustrojów na czynniki środowiskowe.

Zaktualizowany protokół montażu i użytkowania macierzy minibioreaktorów (MBRA)

Poznaj innowacyjny bioreaktor wysokiej gęstości do hodowli zbiorowisk mikroorganizmów fotosyntetyzujących. Ta metoda umożliwia skuteczne oczyszczanie ścieków azotowych bez konieczności stosowania zewnętrznych technik separacji.

Nowatorski bioreaktor do hodowli o dużej gęstości różnych zbiorowisk mikroorganizmów

Przeglądaj więcej filmów