נושא הפרוייקט

מספר פרוייקט מחלקה שמות סטודנטים אימייל שמות מנחים

אופטימיזציה למערכת ייצור חיידקים בראקטור מנתי: השפעת ריכוז הגלוקוז וקנה המידה

Optimization of Bacterial Production in a Batch Reactor: Impact of Glucose Concentration an Scale

תקציר בעיברית

מטרת הפרויקט הינה לבצע אופטימיזציה למערכת ייצור חיידקים בראקטור מנתי, כלי בקנה מידה גדול המספק סביבת גידול אופטימלית למיקסום גידול החיידקים, התנובה ואיכות התוצר בעלויות מינימליות. הפרמטר הספציפי הנבדק במחקר זה הוא ריכוז הגלוקוז. החיידק בו נעשה שימוש הוא E. coli מהונדס גנטית המכיל גן לייצור חלבון לקטט דהידרוגנאז (LDH). גידול החיידקים נעשה בביוראקטור עם בחישה בנפח 5 L תחת תנאי גידול מוגדרים, הכוללים מהירות בחישה של 500 rpm, ספיקת אוויר של 5 L/min, טמפרטורה 37°C ולא נעשה שימוש בבקרת pH.
שלושה ריכוזי גלוקוז התחלתיים נבדקו: 40, 10 ו- 2.5 g/L. כמו כן, בריכוז גלוקוז 10 g/L נבדקה השפעת קנה המידה, כאשר נעשתה השוואה בין הגידול בביוראקטור לבין גידול בארלנמייר הקטן פי 10 מנפח הביוראקטור, תוך שמירה על יחסים זהים של המרכיבים. הגידול בארלנמייר נעשה באינקובטור ב- 37°C עם טלטול. IPTG, משרן, נוסף כאשר העכירות הגיעה לצפיפות אופטית (O.D) של 1.5. מעקב אחר גידול החיידקים נעשה ע"י מדידות עכירות בספקטרופוטומטר כל 30 דקות. מדידות ריכוז החלבון, הביומסה והגלוקוז נעשו בתחילת הגידול וכל 60 דקות מרגע הוספת המשרן.
התוצאות מדגישות את השפעת ריכוז הגלוקוז על גידול החיידקים. הממצאים גם מדגימים שקנה המידה של המערכת משפיעים בצורה משמעותית על גידול החיידקים, כפי שניתן לראות בהשוואה בין הגידול בביוראקטור והארלנמייר הקטן היותר. התובנות הללו תורמות לאופטימיזציה של תהליך ייצור החיידקים, מסייעים לבחירת ריכוז הגלוקוז וקנה המידה המתאימים ביותר על מנת להשיג גידול אופטימלי ואת התוצר הרצוי.
המחקר הזה שופך אור על החשיבות של ריכוז הגלוקוז וקנה המידה במערכת הראקטור המנתי, מספק הדרכה למיקסום גידול החיידקים ושיפור היעילות של ייצור חלבון חיידקי.

תקציר באנגלית

This project aims to optimize the bacterial production system within a batch reactor, a large-scale vessel that provides an ideal environment for maximizing bacterial growth, yield, and product quality while minimizing costs. The specific parameters under investigation in this study were the concentration of glucose. The bacteria used is a genetically modified strain of E. coli engineered to produce the lactate dehydrogenase (LDH) protein. Bacterial growth was conducted in a 5 L stirred tank under defined operating conditions, including a stirring speed of 500 rpm, an air flow rate of 5 L/min, a temperature of 37°C, and no pH control.
Three different initial glucose concentrations were tested: 40, 10, and 2.5 g/L. Additionally, at the glucose concentration of 10 g/L, a comparison was made between growth in the bioreactor and growth in a shake flask that was one-tenth the size of the bioreactor, while maintaining identical ingredient ratios. Growth in the shake flask occurred in an incubator at 37°C with continuous shaking. IPTG, an inducer, was added when the turbidity reached an optical density (O.D) of 1.5. Turbidity measurements, taken every 30 minutes using a spectrophotometer, served to monitor bacterial growth. Protein concentration, biomass, and glucose measurements were collected at the beginning of growth and every 60 minutes after the inducer addition.
The results highlight the influence of glucose concentration on bacterial growth. The findings also demonstrate that the scale of the system significantly impacts bacterial growth, as evidenced by the comparison between growth in the bioreactor and the smaller shake flask. These insights contribute to the optimization of the bacterial production process, aiding in the selection of the most suitable glucose concentration and scale for achieving optimal growth and desired product outcomes.
This study sheds light on the importance of glucose concentration and scale in the batch reactor system, providing guidance for maximizing bacterial growth and enhancing the efficiency of bacterial protein production.