عمليات انتاج المشتتات الحيوية

تعتمد عمليات الانتاج على السلالات المنتجة ولكن هناك عدة طرق عامة منها :

• الانتاج المرتبط بالنمو وفي هذه الحالة يكون انتاج المشتتات مرتبطا بعلاقة متوازية مع النمو واستهلاك مواد الاساس. وتكون مختلفة بين السلالات والمواد المراد انتاجها وأهم المشتتات المرتبطة بالنمو هو Emulsan الذي ينتج مــــــــن البكتريا A. calcoaceticus RAG- 1 ولكن تحت ظروف محددة. وهذه البكتريا تنتج مواد مشابه للـ Emulsan تتراكم على سطوح الخلايا أثناء الطور اللوغاريتمي ثم تطلقها الى الوسط المحيط عندما تقل عمليات تخليق البروتينات.
• الانتاج تحت ظروف نمو محددة، بعض المواد يزداد انتاجها عندما تصل المزارع الى طور الركود والاستقرار نتيجة لقلة النتروجين والفسفور او الحديد ومنها المواد المنتجة من Nocardia وبعض الخمائر.

ويكون التأثير معتمدا على الخلايا المنتجة فمثلا في بعض انواع البكتريا السالبة لصبغة كرام يكون نقص الفوسفات محفزا للإنتاج عند نموها على الكحول الاثيلي. اما ايونات الصوديوم والمغنيسيوم والحديد وكذلك الفوسفات تكون من المحفزات في البكتريا Rhodococcus . ويؤثر الحديد على انتاج دهون الرامينوز في البكتريا Ps. aeruginosa بشكل كبير فتزداد الكمية الى ثلاث اضعاف عند تقليل تركيز ايونات الحديد الى النصف دون التأثير على الكتلة الحيوية.

• الانتاج بواسطة الخلايا الساكنة او المقيدة وفي هذه الحالة لا يحصل نمو الخلايا ولكنها تستمر في استهلاك المواد الأولية لغرض انتاج المشتتات الحيوية وتستطيع العديد من البكتريا والفطريات والخمائر سلوك طريقة الانتاج هذه. وتكون الطريقة مهمة من الناحية الاقتصادية، اذ تقلل من تكاليف الحصول على المنتج وذلك بفصل مرحلة النمو وتكوين الكتلة الحيوية عن طور الانتاج.
• اضافة الطلائع الى مزارع الخلايا مما يؤدي الى حصول تغييرات في العمليات الانتاجية، ففي بعض الخمائر يمكن ان يزداد الانتاج الى 120 – 150 غم / لتر عند اضافة مواد محبة للدهون، ونتائج مشابه يمكن الحصول عليها مع أحياء اخرى عند اضافة الكاربوهيدرات او السكريات الملائمة الى وسط النمو.

العوامل المؤثرة على الانتاج

هناك بعض العوامل التي تؤثر على العملية الانتاجية والتي يمكن ان تجعلها عملية اقتصادية او غير ذلك ومنها :

مصادر الكاربون

بصورة عامة تزداد الانتاجية عند اضافة الالكينات (n- alkanes) وزيت الزيتون مقارنة بإضافة مصادر الكاربون الذائبة في الماء. والمصدر الكاربوني يؤثر على نوعية وتركيب المنتج وطول سلاسله في العديد من الاحياء المنتجة. وهو بصورة عامة يعكس طول السلسلة في الهيدروكاربونات المستعمل للانتاج.

اما عند وجد الكلوكوز فان الخلايا تكون المشتتات في طور الاستقرار، ولو ان بعض الاحياء تنتج المشتتات عند نموها على الكلوكوز ولكن تبقى مرتبطة بالخلايا ويمكن ان تطلق بواسطة Hexadecane ، لذلك يمكن ان تنتج الكتلة الحيوية في المرحلة الأولى ثم تزود بالهيدروكاربونات لبدأ عمليات انتاج المشتتات.

ويمكن ان تصل مستويات الانتاج الى 80 – 90 غم / لتر في ظروف التنمية العادية وهذا يعني ان حوالي 37% من الكاربون المستعمل يذهب لتصنيع المشتتات عند استعمال المزارع المتقطعة المغذاة Fed-batch ويمكن ان يزاد ما يصب من الكاربون الى 40% في تصنيع المشتتات ويصل الانتاج الى 120 غم / لتر فيما اذا اخذ بنظر الاعتبار ان الانتاجية تتأثر بمصادر الكاربون المستعملة.

مصادر النتروجين

وتعتمد على السلالة المستعملة فبعضها يزداد الانتاج فيها عند استعمال مصادر لا عضوية من النتروجين مثل املاح الامونيوم او استعمال اليوريا. في حين ان احياء اخرى تفضل النترات واخرى تفضل الحوامض الامينية مثل حامض الاسبارتيك وحامض الكلوتاميك او الاسباراجين او الكلايسين، وتؤثر الحوامض الامينية على تركيب وكمية المنتج.

فإضافة حامض الكلوتاميك يزيد من انتاج Lichenysin A من البكتريا B. licheniformis فمثلا اضافة الاسبراجين تؤدي الى زيادة تصل 4 أضعاف.

اما في سلالات Pseudomonas فتكون قلة النتروجين مشجعة لإنتاج المشتتات وتؤثر على طبيعة تركيب المشتت الناتج. اما نسبة الكاربون الى النتروجين فهي لا تؤثر في معظم السلالات ما دام النتروجين موجود بشكل غير مؤثر على الانتاج والخلايا مستمرة في انتاج الكتلة الحيوية.

الظروف الاخرى

وهي الرقم الهيدروجيني والحرارة وتوفر الاوكسجين وكلها تؤثر في الانتاج نظراً لتأثيرها على نمو وفعاليات الخلايا، وتأثيرها يمكن ان يعتمد على المصدر الكاربوني، ولكن يمكن ان تؤثر على تركيبية المشتت بعد الانتاج فبعض المشتتات لا تتأثر بارتفاع درجة الحرارة اذ يمكن ان تبقى ثابتة بدرجة 120 م لمدة 15 دقيقة استعمال المؤصدة Autoclave .

وتتأثر المشتتات بعمليات الرج والخلط نتيجة وجود قوى القص. فيقل المشتت المرتبط بالخلايا عند زيادة قوى القص كما في بعض السلالات مثل B. subtilis ويزداد انتاجها من Surfactin عند زيادة التهوية والرج.

اما الاملاح فيؤثر تركيزها المرتفع على الانتاج بشكل غير مباشر وذلك بتأثيرها على فعاليات الخلايا وبصورة عامة فان معظم السلالات لا يتأثر انتاجها عند ارتفاع تراكيز الاملاح الى 10% وان يحصل تأثير على CMC للمشتتات الناتجة.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .