Электрохимические методы используются для определения микроорганизмов как электрохимических объектов и тем самым предоставляют возможности для мониторинга микробной активности в режиме реального времени, in-situ. Ожидается, что этот подход позволит снизить аналитические затраты, предоставляя при этом большое количество данных для промышленных биологических процессов. Фото: Национальная лаборатория Саванна Ривер.

Национальная лаборатория «Саванна Ривер» в сотрудничестве с Университетом Клемсона, Университетом Южной Каролины и ООО «Саванна Ривер Консалтинг» продемонстрировала использование электрохимических методов для мониторинга состояния роста и уровней энергии микроорганизмов, используемых в биотехнологической промышленности. Как было опубликовано в недавней статье «Прикладная микробиология и биотехнология Экспресс», методы отслеживают микробы в режиме реального времени, улучшая экономическую эффективность результатов по сравнению с обычным отбором проб и анализом.

Микроорганизмы используются во многих промышленных применениях, включая производство топлива, химикатов, фармацевтических препаратов и пищевых продуктов (например, этанол, ацетат, биоразлагаемые пластики, пенициллин и йогурт). Как и все организмы, микроорганизмы используют источники пищи, такие как сахара, белки и липиды, чтобы получать органический углерод для роста, а также энергию от электронов, выделяющихся при расщеплении источников пищи. Снижение энергии микробной культуры может быть вызвано уменьшением источника пищи, присутствием ингибитора роста или загрязнением другой культурой. Чтобы избежать дальнейшего снижения, любая такая проблема должна быть решена незамедлительно.

Для обеспечения оптимального функционирования микробов необходимо контролировать их количество клеток и/или химические побочные продукты. Традиционный подход состоит в том, чтобы периодически отбирать образцы из микробных культур для анализа состояния роста клеток. Практический отбор проб и анализ трудоемкий, трудоемкий и дорогостоящий, что может позволить проблемам сохраняться в течение нескольких часов, прежде чем они будут обнаружены. Эта исследовательская группа, возглавляемая Национальной лабораторией Саванны, продемонстрировала многогранный автоматизированный подход к мониторингу уровня энергии микробов.

Одна часть технологии обеспечивает оповещение при снижении уровня клеточной энергии. С электродами, имеющими определенный восстановительный потенциал, микробы в культуре могут втягивать энергию в свои клетки в форме электронов от электродов, удерживаемых рядом с культурой. Небольшая часть культуры, которая контактирует с электродами, служит системой раннего предупреждения для неоптимальных условий. Энергия, взятая в микробах с электродов, отображается на экране компьютера как увеличение электрического тока. Поскольку эту электрохимическую активность можно отслеживать, как это происходит, эту технику можно использовать для поддержания правильных условий для оптимального поведения микробов.

Другая часть технологии использует электрохимическое сопротивление для мониторинга культуры на протяжении всего цикла роста. Таким образом, микробную культуру можно определить с помощью эквивалентной электрической цепи. Эквивалентная схема может затем использоваться для подбора данных импеданса и предоставления ценной информации о культуре, которая относится к физиологическому статусу культуры. Этот подход предлагает значительный потенциал для снижения аналитических затрат, а также автоматизации биологических процессов.

По материалам phys.org