Изучение возможности применения метода амплитудного анализа лазерного излучения для изучения плотности микробных популяций и закономерностей их роста в различных условиях

  • Вид работы:
    Практическое задание
  • Предмет:
    Биология
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    20,75 Кб
  • Опубликовано:
    2013-06-17
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Изучение возможности применения метода амплитудного анализа лазерного излучения для изучения плотности микробных популяций и закономерностей их роста в различных условиях












Изучение возможности применения метода амплитудного анализа лазерного излучения для изучения плотности микробных популяций и закономерностей их роста в различных условиях

Цейтлин В.А., Бахир А.Н.

Изучены зависимости светорассеяния популяций Staphilococcus aureus и Esherichia coli в питательном бульоне с различными добавками и физиологическом растворе. Обнаружены заметные различия в закономерностях, показывающие зависимость светорассеяния от состояния клеточной стенки и цитоплазмы. Для клеточной суспензии в питательном бульоне показана возможность использования светорассеяния для количественного анализа плотности популяции и оценки кинетических параметров роста.

Измерение плотности популяции и параметры роста всегда представляют интерес во многих исследованиях. Популяции микроорганизмов удобны краткостью жизненного цикла, но часто оценка плотности популяций представляет большую проблему. Предложено много методов решения от простого подсчета клеток в поле видимости до использования продуктов метаболизма и различных связанных с обменом веществ параметров [1,2]. Полезным может быть использование физико-химических методов в силу их универсальности, интегральности и быстроты получения результатов. Микроорганизмы по размерам близки к типичным коллоидным системам и перспективным представляется использование методов их исследования. Важным свойством, отличающим коллоидные системы от истинных растворов, является светорассеяние, которое зависит от размерного распределения дисперсных частиц и от оптических свойств материала их составляющего.

Целью исследований была оценка возможностей метода светорассеяния в изучении микробных популяций. Использовалась установка для регистрации светорассеяния в виде амплитудного анализа лазерного излучения [3]. Основа метода состоит в зависимости номера регистрирующего канала на который приходит максимум от плотности суспензии и размеров составляющих частиц, установлен рост номера максимума с увеличением размера и увеличением количества рассеивающих частиц в единице объема системы. Для стационарной популяции можно постулировать неизменность размерного распределения клеток и зависимость рассеяния только от плотности микробной взвеси.

Для получения стандартных плотностей микробных взвесей использовался стандарт мутности на 109 клеток и создавались разведения десятичным логарифмом плотности равным: в пятом - 4, четвертом - 5, третьем - 6, втором - 7, первом - 8 и, соответственно, в нулевом - 9. Растворы использовались для построения калибровочного графика плотность популяции - номер канала, по которому в дальнейшем определялись плотности популяций для кинетических исследований.

Взвеси микробных клеток готовились на основе физиологического раствора и питательного бульона ГРМ, для изучения влияния добавок в бульон добавлялись хлорид натрия и глюкоза: к 9 мл исходного бульона добавляется 1 мл насыщенного раствора соли (36 г в 100 г воды) или 1 мл раствора глюкозы (10 г в 100 мл воды). Расчет показывает около 3% по соли и 1% по глюкозе, таким образом, следует ожидать очень заметного смещения осмотических равновесий.

Для описания роста популяций использовалась общая модель Ферхюльста-Пирла


с линеаризацией для определения параметров


светорассеяние популяция лазерное излучение


Рисунок 1. Калибровочные кривые

Обработанные по этой форме данные использовались для построения графика в координатах (v/N) - N, для получения зависимости между плотностью популяции и номером канала использовалась стандартная операция пакета Excel Microsoft Office подбора уравнения нелинейного тренда для набора точек, а для получения численных значений констант уравнения Ферхюльста-Пирла - линейногоДля сравнения данных и решения вопроса переносимости данных в физиологическом растворе для оценки роста в питательном бульоне были построены калибровочные графики для взвесей в бульоне и физрастворе. В результате собственных исследований установлено, что имеется различие очевидное графиков для обеих микробных популяций (рис.1). Причинами могут быть процессы роста в бульоне и невозможность их в физрастворе, с этим будут связаны различия в состояниях клеточных мембран и цитоплазмы. Для E. coli соотношение зависимостей в физрастворе и бульоне отлично от S. aureus., объяснить это можно из-за большей подверженности клеточных мембран кишечной палочки осмотическим воздействиям [1]. Очевидна большая применимость метода для низших разведений, для нулевого - второго разведений изменение плотности клеточной взвеси в десять раз приводит к заметному сдвигу в номере канала, а для третьего - пятого сдвиги находятся на грани ошибки метода. Для оценки ожидаемого вида кривой с учетом всех влияний можно провести среднюю аппроксимирующую линию. Большие различия зависимостей светорассеяния в бульоне и в физрастворе указывают на невозможность использования результатов в физрастворе для других растворов и необходимость построения калибровочных кривых для каждого раствора конкретно с обязательным учетом возможных процессов роста.


Рисунок 2. Калибровочные кривые

Обработанные по этой форме данные использовались для построения графика в координатах (v/N) - N, для получения зависимости между плотностью популяции и номером канала использовалась стандартная операция пакета Excel Microsoft Office подбора уравнения нелинейного тренда для набора точек, а для получения численных значений констант уравнения Ферхюльста - Пирла - линейногоДля сравнения данных и решения вопроса переносимости данных в физиологическом растворе для оценки роста в питательном бульоне были построены калибровочные графики для взвесей в бульоне и физрастворе. В результате собственных исследований установлено, что имеется различие очевидное графиков для обеих микробных популяций (рис.1). Причинами могут быть процессы роста в бульоне и невозможность их в физрастворе, с этим будут связаны различия в состояниях клеточных мембран и цитоплазмы.

Для E. coli соотношение зависимостей в физрастворе и бульоне отлично от S. aureus., объяснить это можно из-за большей подверженности клеточных мембран кишечной палочки осмотическим воздействиям [1].

Очевидна большая применимость метода для низших разведений, для нулевого - второго разведений изменение плотности клеточной взвеси в десять раз приводит к заметному сдвигу в номере канала, а для третьего - пятого сдвиги находятся на грани ошибки метода. Для оценки ожидаемого вида кривой с учетом всех влияний можно провести среднюю аппроксимирующую линию. Большие различия зависимостей светорассеяния в бульоне и в физрастворе указывают на невозможность использования результатов в физрастворе для других растворов и необходимость построения калибровочных кривых для каждого раствора конкретно с обязательным учетом возможных процессов роста.


Рисунок 2. Зависимость положения максимума для взвесей:

А- S. aur; B- E.coli.                           - аппроксимирующая кривая.

Для оценки возможности применения метода амплитудного анализа для изучения процессов роста была исследована зависимость светорассеяния взвесей S. aureus и E. coli во втором разведении в исходном бульоне и бульоне с добавками соли и глюкозы. Были получены следующие результаты (рис.2). Зависимости максимумов каналов и плотности популяций от времени приведены в таблицах 1 (стафилококк) и 2 (кишечная палочка). С помощью калибровочных кривых были оценены плотности популяций и кинетические параметры.

Таблица №1

t, мин.

n, канал

lg N

N

 (DN/Dt) /N

Уравнение

без добавок

0

245

7,873

7,47×107

-

dN/dt= (0,056-2×10-10N) N

15

271

8,104

1,27×108

0,0274


30

288

8,257

1,81×108

0,0199


45

294

8,312

2,05×108

0,0079


60

299

8,358

2,28×108

0,0067


с добавкой соли

0

160

7,524

3,34×107

-

dN/dt= (0,048-10-9N) N

15

170

3,73×107

0,0069


30

175

7,595

3,94×107

0,0035


45

179

7,614

4,11×107

0,0028


60

181

7,623

4, 20×107

0,0014


с добавкой глюкозы

0

213

6,0975

1,25×106

-

dN/dt= (0,063-4×10-10N) N

15

230

7,211

1,63×107

0,0615


30

239

7,613

4,10×107

0,0403


45

248

7,886

7,69×107

0,0311


60

262

8,053

1,13×108

0,0212



Результаты линеаризации данных показывают изменение обеих констант в уравнении, но наблюдается большее изменение под влиянием добавок постоянной роста в уравнении Ферхюльста - Пирла по сравнению с константой угнетения. Наблюдается закономерный рост константы роста в ряду "бульон с солью" - "чистый бульон" - "бульон с глюкозой" для обеих популяций.

Таблица №2

t, мин.

n, канал

lg N

N

 (DN/Dt) /N

Уравнение

без добавок

0

257

8,053

1,13×108

-

dN/dt= (0,039-2×10-11N) N

15

268

8,378

2,39×108

0,0351


30

278

8,663

4,60×107

0,0321


45

8,884

7,65×108

0,0266


60

292

9,045

1,10×109

0,0207


с добавкой соли

0

160

6,463

2,90×106

-

dN/dt= (0,028-2×10-9N) N

15

167

6,617

4,14×106

0,0199


30

173

6,749

5,61×106

0,0174


45

177

6,836

6,85×106

0,0121


60

181

6,923

8,37×106

0,0121


с добавкой глюкозы

0

213

7,114

1,30×107


dN/dt= (0,045-9×10-10N) N

15

230

7,330

2,14×107

0,0261


30

242

7,478

3,01×107

0,0193


45

249

7,563

3,66×107

0,0119


60

254

7,624

4,21×107

0,0086



Видно, что в случае бульона с добавкой соли резко возрастает константа угнетения и ее рост начинает оказывать преобладающее влияние на рост популяции.

Результаты исследования позволяют утверждать перспективность применения метода светорассеяния для исследования процессов роста и оценки плотности микробных популяций при высоких плотностях клеточных взвесей, когда другие методы дают наивысшую вероятность ошибок измерений.

Список литературы


1. Перт Дж. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. - М.: Мир, 1978. - 332с.

. Дикий И.Л. и др. Микробиология: Руководство к лабораторным занятиям. - К.: ИД "Профессионал", 2004. - 594 с.

. Овчинников А.И. Фотометр на базе гамма - спектрометра. - Физическое образование в вузах. - 2004. - Т.10, №4. - с.68 - 74.

Похожие работы на - Изучение возможности применения метода амплитудного анализа лазерного излучения для изучения плотности микробных популяций и закономерностей их роста в различных условиях

 

Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!