Buzz
1. Khái niệm về nuôi cấy liên tục
Nuôi cấy liên tục là phương pháp nuôi vi sinh vật trong môi trường mà chất dinh dưỡng được liên tục cung cấp và sản phẩm trao đổi chất được loại bỏ để duy trì sự sinh trưởng của vi khuẩn không bị gián đoạn. Phương pháp này thường sử dụng một thiết bị gọi là bioreactor, nơi chất dinh dưỡng được liên tục thêm vào và các sản phẩm trao đổi chất cũng được liên tục lấy ra, giúp duy trì mật độ vi sinh vật ổn định.
Nuôi cấy liên tục thường được áp dụng trong ngành công nghiệp để sản xuất các sản phẩm như kháng sinh, hormone, protein, enzyme và nhiều sản phẩm sinh học khác. Phương pháp này giúp sản xuất hàng loạt sản phẩm một cách hiệu quả bằng cách duy trì mật độ vi sinh vật tối ưu suốt quá trình nuôi cấy. Trong môi trường nuôi cấy không liên tục, quá trình sinh trưởng của vi sinh vật được chia thành nhiều pha, bắt đầu với pha tiềm phát, trong đó vi khuẩn thích nghi với môi trường mới và enzyme cần thiết được hình thành để phân giải chất dinh dưỡng.
Tiếp theo, trong pha lũy thừa, vi khuẩn bắt đầu phân chia và số lượng tế bào gia tăng theo cấp số nhân. Tuy nhiên, hằng số M không thể duy trì mãi mãi và có thể đạt cực đại tùy thuộc vào chủng và điều kiện nuôi cấy. Pha cân bằng diễn ra khi số lượng vi sinh vật ổn định ở mức cao nhất, không thay đổi do sự cân bằng giữa tế bào bị phân hủy và tế bào mới được hình thành. Cuối cùng là pha suy vong, khi số lượng tế bào giảm dần do phân hủy nhiều, sự cạn kiệt chất dinh dưỡng hoặc sự tích lũy chất độc. Trong khi đó, nuôi cấy liên tục duy trì sự bổ sung chất dinh dưỡng không ngừng và môi trường sống ổn định, do đó vi khuẩn không cần trải qua pha tiềm phát như trong nuôi cấy không liên tục.
2. Khái niệm về nuôi cấy không liên tục
Nuôi cấy không liên tục là phương pháp nuôi vi sinh vật trong môi trường mà chất dinh dưỡng được bổ sung và sản phẩm trao đổi chất được loại bỏ chỉ trong một khoảng thời gian ngắn. Sau đó, vi khuẩn sẽ được thu hoạch và môi trường nuôi cấy được thay đổi hoàn toàn để bắt đầu một vòng nuôi cấy mới. Trong mỗi vòng nuôi cấy, vi sinh vật trải qua các pha sinh trưởng khác nhau: pha tiềm phát, pha lũy thừa, pha cân bằng và pha suy vong, giống như trong nuôi cấy liên tục. Tuy nhiên, trong nuôi cấy không liên tục, mỗi vòng là một quá trình độc lập và không liên quan đến các vòng khác. Môi trường nuôi cấy không liên tục không có sự bổ sung chất dinh dưỡng mới và không loại bỏ sản phẩm trao đổi chất.
- Pha tiềm phát (còn gọi là pha Lag):
+ Vi khuẩn làm quen với môi trường mới.
+ Số lượng tế bào không gia tăng.
+ Enzyme được sản xuất và kích hoạt.
- Pha lũy thừa (hay còn gọi là pha Log):
+ Vi khuẩn bắt đầu phân chia, làm số lượng tế bào tăng nhanh chóng theo cấp số nhân.
+ Hằng số M không thể duy trì mãi và có thể đạt mức cực đại tùy vào chủng vi khuẩn và điều kiện nuôi cấy.
- Pha cân bằng:
+ Số lượng vi khuẩn đạt mức tối đa và duy trì ổn định theo thời gian vì:
+ Một phần tế bào bị phân hủy.
+ Phần còn lại tiếp tục phân chia.
- Pha suy vong:
+ Số lượng tế bào trong quần thể giảm dần do:
+ Tế bào bị phân hủy nhiều.
+ Chất dinh dưỡng cạn kiệt.
+ Tích lũy nhiều chất độc hại.
Trong nuôi cấy không liên tục, người ta thường áp dụng phương pháp chia quả, sử dụng vòng côn trùng hoặc lấy một lượng nhỏ vi khuẩn từ môi trường nuôi cấy và chuyển chúng vào môi trường mới. Quá trình này tạo ra các pha sinh trưởng tương tự như trong nuôi cấy liên tục. Tuy nhiên, trong nuôi cấy không liên tục, mỗi pha sinh trưởng được thực hiện trong hệ thống nuôi cấy riêng biệt và không liên kết với các pha khác. Khi pha cân bằng đạt mức tối đa, vi khuẩn sẽ được thu hoạch và bắt đầu một chu trình nuôi cấy mới trong môi trường khác.
3. So sánh nuôi cấy liên tục và nuôi cấy không liên tục một cách đơn giản nhất
Nuôi cấy liên tục (continuous culture) là phương pháp nuôi vi sinh vật trong một hệ thống lưu chất liên tục trong thời gian dài. Trong quá trình này, vi sinh vật được cung cấp liên tục chất dinh dưỡng, trong khi vi sinh vật cũ sẽ được loại bỏ khỏi hệ thống. Phương pháp này thường dùng để sản xuất các sản phẩm vi sinh vật đơn giản hoặc nghiên cứu sinh học phân tử. Ngược lại, nuôi cấy không liên tục (batch culture) là phương pháp nuôi vi sinh vật trong môi trường tĩnh với một lượng chất dinh dưỡng cố định. Sau một thời gian, vi sinh vật sẽ tiêu thụ hết các chất dinh dưỡng và không còn khả năng sinh trưởng. Sau đó, môi trường nuôi cấy và vi sinh vật sẽ được thu thập để phân tích sau này.
Cả hai phương pháp nuôi cấy liên tục và không liên tục đều bắt đầu với pha tiềm phát, tiếp theo là pha lũy thừa và pha cân bằng. Tuy nhiên, có một số điểm khác biệt giữa chúng như sau:
- Trong nuôi cấy liên tục, chất dinh dưỡng được cung cấp thường xuyên và được lấy ra để sản xuất sinh khối, trong khi nuôi cấy không liên tục không bổ sung chất dinh dưỡng và cũng không lấy ra.
- Trong nuôi cấy liên tục, quá trình sinh trưởng diễn ra liên tục và chỉ dừng lại ở pha cân bằng động, không có pha suy vong như trong nuôi cấy không liên tục. Đồng thời, pha lũy thừa và pha cân bằng kéo dài hơn so với nuôi cấy không liên tục.
- Trong nuôi cấy liên tục, quần thể vi sinh vật duy trì ở pha lũy thừa trong thời gian dài, với mật độ vi sinh vật khá ổn định và không có pha tiềm phát. Ngược lại, nuôi cấy không liên tục trải qua bốn pha: tiềm phát, lũy thừa, cân bằng, và suy vong.
- Trong nuôi cấy liên tục, vi sinh vật không bị phân hủy trong pha suy vong, trong khi trong nuôi cấy không liên tục, vi sinh vật tự phân hủy ở giai đoạn này.
Tóm lại, phương pháp nuôi cấy liên tục và không liên tục có những điểm tương đồng và khác biệt. Đơn giản thì nuôi cấy liên tục là quá trình nuôi cấy không ngừng với việc bổ sung chất dinh dưỡng và thu hoạch sản phẩm, trong khi nuôi cấy không liên tục chỉ được duy trì đến một thời điểm nhất định trước khi dừng lại hoàn toàn. Việc chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu hoặc ứng dụng cụ thể.
Ví dụ, nuôi cấy liên tục thường được áp dụng trong sản xuất các sản phẩm sinh học như kháng sinh, enzyme hoặc vaccin vì quy trình sản xuất kéo dài và yêu cầu tiêu thụ chất dinh dưỡng cao. Ngược lại, nuôi cấy không liên tục thường được dùng trong nghiên cứu khoa học để phân tích quá trình sinh trưởng và sự tương tác giữa các vi sinh vật. Hiểu rõ sự khác biệt giữa hai phương pháp này giúp các nhà khoa học và kỹ thuật viên chọn được phương pháp phù hợp nhất cho mục đích của họ.
