Οι μικροοργανισμοί μπορούν να αναπτυχθούν στο εργαστήριο και σε βιομηχανική κλίμακα 🏭

🔬 Οι πρώτες προσπάθειες καλλιέργειας

Οι επιστήμονες είχαν ήδη αρχίσει από τα μέσα του δέκατου ένατου αιώνα τις προσπάθειες για την καλλιέργεια βακτηρίων και μυκήτων. Ο Louis Pasteur στο Παρίσι υπήρξε από τους πρωτοπόρους αυτής της προσπάθειας. Για το σκοπό αυτό ήταν απαραίτητη:

• η απομόνωση αρχικά των διάφορων ειδών βακτηρίων ή μυκήτων,
• η παρασκευή κατάλληλων θρεπτικών υλικών, και
• η διαμόρφωση κατάλληλων συνθηκών ανάπτυξης.

Σήμερα οι μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή χρήσιμων προϊόντων, όπως αντιβιοτικά ή ένζυμα, μπορούν να αναπτυχθούν στο εργαστήριο και σε μεγάλη κλίμακα στις βιομηχανικές μονάδες, κάτω από αυστηρά ελεγχόμενες συνθήκες καλλιέργειας.

🧫 Τεχνητά θρεπτικά υλικά

Για την ανάπτυξή τους χρησιμοποιούνται τεχνητά θρεπτικά υλικά. Αυτά πρέπει να περιέχουν:

• πηγή άνθρακα
• πηγή αζώτου
• ιόντα

Στην περίπτωση αερόβιων μικροοργανισμών, είναι απαραίτητη η παρουσία οξυγόνου.

Τα θρεπτικά υλικά μπορεί να είναι υγρά ή στερεά:

• Υγρά θρεπτικά υλικά: περιέχουν όλα τα θρεπτικά συστατικά διαλυμένα σε νερό.
• Στερεά θρεπτικά υλικά: παρασκευάζονται με ανάμιξη του υγρού θρεπτικού υλικού με έναν πολυσακχαρίτη που προέρχεται από φύκη, το άγαρ. Το άγαρ είναι ρευστό σε θερμοκρασίες πάνω από 45 °C αλλά στερεοποιείται σε μικρότερες θερμοκρασίες.

🌱 Εμβολιασμός και επώαση

Μία καλλιέργεια ξεκινάει με την προσθήκη μικρής ποσότητας κυττάρων στο θρεπτικό υλικό, μια διαδικασία που ονομάζεται εμβολιασμός. Μετά τον εμβολιασμό οι μικροοργανισμοί παραμένουν σε ένα κλίβανο που εξασφαλίζει σταθερή θερμοκρασία κατάλληλη για την ανάπτυξή τους. Με αυτό τον τρόπο σε μικρό χρονικό διάστημα, 12–76 ωρών, παράγεται μεγάλος αριθμός μικροοργανισμών.

Οι καλλιέργειες αυτές μπορούν να διατηρηθούν σε αδρανή μορφή στην κατάψυξη (−80 °C) για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα.

🏭 Βιομηχανική καλλιέργεια — Βιοαντιδραστήρες

Όταν γίνεται καλλιέργεια μικροοργανισμών σε μεγάλη κλίμακα (βιομηχανική καλλιέργεια) χρησιμοποιούνται κατάλληλες συσκευές που ονομάζονται ζυμωτήρες ή βιοαντιδραστήρες. Οι βιοαντιδραστήρες επιτρέπουν τον έλεγχο και τη ρύθμιση των συνθηκών (θερμοκρασία, pH, συγκέντρωση $O_2$) που αφορούν την καλλιέργεια.

Στο θρεπτικό υλικό που προστίθεται στους βιοαντιδραστήρες χρησιμοποιούνται φθηνές πηγές άνθρακα όπως η μελάσα, που αποτελεί παραπροϊόν της επεξεργασίας ζαχαροκάλαμου ή σακχαρότευτλων.

Η καλλιέργεια στον βιοαντιδραστήρα ξεκινάει με τον εμβολιασμό από μια αρχική καλλιέργεια μικροοργανισμών που έχει γίνει στο εργαστήριο. Μέσα στον βιοαντιδραστήρα οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται και πολλαπλασιάζονται χρησιμοποιώντας τα συστατικά του θρεπτικού υλικού.

⚗️ Η έννοια της ζύμωσης

Τα προϊόντα της ζύμωσης είναι:

• είτε τα ίδια τα κύτταρα, που ονομάζονται βιομάζα,
• είτε προϊόντα των κυττάρων όπως πρωτεΐνες και αντιβιοτικά.