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Kultivierung von Bakterien und Säugerzellen in Schüttelkolben
Bakterien- und Säugerzellen-Suspensionskulturen finden vielfach Anwendung, beispielsweise zur Herstellung von Verbindungen in der Biotechnologie und als Modellsysteme in der Grundlagenforschung. Insbesondere in der medizinischen Forschung sind Flüssigkulturen nach wie vor wichtig, um das Verständnis und die Behandlung von Krankheiten zu erleichtern. Informieren Sie sich über das Für und Wider von Suspensionskulturen, warum es wichtig ist, sie genau zu überwachen, welche Messmethoden es gibt und welche Möglichkeiten PreSens bietet.
Übersicht
Für viele Anwendungen findet die Kultivierung in Flüssigkulturen statt. Diese Methode wird entweder zur Anreicherung einer bestimmten Spezies oder zur Gewinnung größerer Mengen an Zellmasse verwendet. Gegenwärtig gibt es eine Vielzahl von Gefäßen zur Kultivierung von Zellen in Suspensionskultur auf dem Markt, beispielsweise Erlenmeyerkolben, Spinnerflaschen, Kolben mit Schikanen, Rollerflaschen, und Multiwellplatten. Für das Screening und die Prozessoptimierung in kleinen Maßstäben werden aerobe Mikroorganismen und Zellen üblicherweise in Schüttelkolben gezüchtet, da sie eine kostengünstige und einfach zu handhabende Möglichkeit darstellen, eine große Anzahl paralleler Experimente durchzuführen. Darüber hinaus verhindert Schütteln die Sedimentation, Biofilmbildung und Zellverklumpung und fördert eine gleichmäßige Nährstoffverteilung. Der Hauptnachteil von Erlenmeyerkolben sind die sich ständig ändernden Kultivierungsbedingungen innerhalb der Kolben, wie Nährstoffverfügbarkeit, Sauerstoffverbrauch oder Anhäufung von Stoffwechselprodukten. Überlaufmetabolismus, pH-Wert-Änderungen und Sauerstofflimitierung bleiben oft in kleinformatigen Kolbenkulturen unbemerkt und führen zu Fehlern während nachfolgender Skalierungsprozesse. Daher ist es wichtig, den Zustand der Kultur kontinuierlich zu überwachen.
Anwendung optischer Sauerstoffmessung auf Corynebacterium glutamicum ATCC 13287 in Schüttelkolben mit 4 Schikanen (250 ml) bei 100 und 150 UpM.
Übernommen von Wittmann et al. Characterization and application of an optical sensor for quantification of dissolved O2 in shake-flasks. Biotechnol Lett. 2003 Mar;25(5):377-80.
Echtzeit-Messungen
PreSens bietet mit dem SFR vario und dem SFR Shake Flask Reader zwei nicht-invasive Messsysteme basierend auf chemisch-optischer Sensortechnologie, die pH und Sauerstoff in Schüttelkolben bestimmen können. Die SFR Systeme erfassen auch die Temperatur und Schüttelgeschwindigkeit (UpM), was zum Referenzieren in der nachfolgenden Datenanalyse sehr praktisch sein kann. Abbildung 2 zeigt den zeitlichen Verlauf einer Escherichia coli K12 Kultur, die in einem Erlenmeyerkolben bei 37 °C unter Verwendung eines synthetischen Mediums gezüchtet wurde. Sauerstoffkonzentration und pH wurden während der Kultivierung mit dem SFR vario überwacht. Um einer Sauerstofflimitierung entgegenzuwirken, muss die Oberfläche des Mediums vergrößert werden, da Sauerstoffaufnahme nur an der Oberfläche des Mediums stattfindet. Die Sauerstoffzufuhr beruht auf der Bewegung der Medienoberfläche, so dass sich kleine Luftblasen im Medium bilden können. Geeignete Maßnahmen umfassen höhere Schüttelgeschwindigkeit, ein optimiertes Verhältnis von Medium-Volumen zu Kolbenvolumen und die Verwendung von Kolben mit Schikanen. Alle diese Maßnahmen unterstützen den Sauerstoffeintrag.
Abbildung 3 zeig online Sauerstoffmessungen mit optischen Sensoren in zwei parallelen E. coli DH5alpha Kulturen in LB-Komplex-Medium. Durch ständige Überwachung und rechtzeitige Einstellung der Drehzahl können Sauerstofflimitierungen vermieden werden. Online-Messungen ermöglichen eine zeitnahe Reaktion und Kontrolle der Sauerstoffversorgung. Gleichzeitig kann sofort nachgewiesen werden, dass die ergriffene Maßnahme die gewünschte Wirkung hatte.
Mehrkanal-Aufbau für Schüttelkolben
Zur Messung in Schüttelkolben bieten wir zwei verschiedene Systeme an (Abbildungen unten): SFR vario, das gleichzeitig O2, pH, Biomasse und optional auch CO2 misst und überwacht und der SFR Shake Flask Reader der pH und Sauerstoff in bis zu 9 Kolben gleichzeitig misst. Bis zu 4 SFR varios können von der Software gesteuert und somit bis zu 4 Kolben parallel ausgelesen werden. Mit dem SFR Shake Flask Reader können bis zu 7 Systeme miteinander verbunden und bis zu 63 gleichzeitig überwacht werden. Beide Systeme bieten automatische OUR-Berechnung und überwachen die Analyten in Erlenmeyerkolben, Kultivierungsröhrchen, oder T-Flasks.
