Поиск и оптимизация условий культивирования, влияющих на синтез микроорганизмами экономически значимого продукта
Реферат - Биология
Другие рефераты по предмету Биология
?иведет к не всегда оправданной необходимости постановки большого количества экспериментов.
Для хемоорганотрофов нужны соединения азота в виде аминокислот и коротких пептидов, остающихся в растворимом виде после автоклавирования (пептоны) /16/. Возможно позитивное влияние и биогенных аминов (аспарагин, глутамин и т.д.). В большинстве случаев можно ограничиться только набором наиболее распространенных индивидуальных 20ти, хотя в некоторых случаях пептиды могут быть регуляторными факторами при синтезе конкретного ЦП. Аминокислоты могут требоваться не все, наиболее часто применяемые 20, а лишь некоторые. Для этого необходимо поставить многофакторный активный отсеивающий эксперимент и выбрать минимальную группу аминокислот, обеспечивающих нужный ВП.
При этом наиболее логично фиксировать макро и микро элементы и источник витаминов, в большинстве случаев, дрожжевой экстракт в разбавленном виде, чтобы уменьшить вклад аминокислот. Иногда применяют какой - ни будь поливитаминный комплекс медицинского или ветеринарного назначения, стерилизованный фильтрованием. Это более подходящий вариант, поскольку не содержит собственных аминокислот и пептидов, шире по содержанию витаминов, а возможные углеводы и прочие добавки можно учесть, либо значительно уменьшить их влияние разбавлением.
Поиск минимальной группы необходимых аминокислот можно делать, ставя ОЭ по методу случайного баланса на основе сверхнасыщенного плана Бута и Кокса (число проверяемых факторов больше количества испытаний в серии экспериментов) таб.1 /цит. по 1/. Названная серия испытаний позволяет проверить 20 наиболее часто встречающихся незаменимых аминокислот на 12ти экспериментальных точках. Для этого делают различные групповые выборки аминокислот из общего числа, по близкому к оптимальному плану, который проще всего отобразить в виде таблицы.
Единственность плана таб.1 не доказана, возможны импровизации. План близок к оптимальному, поскольку практически все теоретически возможные парные сочетания факторов учтены с равными частотами (большинство вектор - столбцов ортогональны). Но это в литературе не указано /1/. Согласно личному опыту, поисковые многофакторные планы на основе серии экспериментов достаточно устойчивы к небольшим промахам типа пропущенной или лишней добавки, в какую-либо проверяемую комбинацию.
Если хотя бы в одном опыте из серии экспериментов ВП достоверно отличен от 0, то задачу отсеивания можно считать решенной, поскольку найдена активная комбинация факторов среди весьма большого количества первоначально выбранных подозреваемых.
Таблица 1
План ОЭ первого шага Бута и Кокса для поиска минимальной группы необходимых аминокислот /1/
1149121314151720821356810111383137910121620841257813151719951241112161718199612345689111415161813723456714151617181920148236910141819209926781213141516171010456781011121991134579101112131416171819201512891011131518208
В первом столбце таб. 1 - номера экспериментов, далее - проверяемые факторы, в последнем столбце - количество верхних уровней в эксперименте. Структура плана таб.1. и обозначения факторов отличаются от принятых в литературе по планированию эксперимента /1,4/. Вместо безликих общепринятых (+\-) для уровней каждого фактора, предлагается нумерация верхнего уровня и пробел для нижнего. Это более удобно и логично. Особенно когда на нижнем уровне нет добавок, отсутствие фактора, либо размещается качественно иной фактор. Столбцы и строки первоначально описанного плана /1/ переставлены и частично упорядочены, что облегчает постановку опытов и уменьшает вероятность ошибки. Естественно, что план таб. 1 применим не только для аминокислот, а для любого набора факторов числом не выше 20. Сократить число столбцов можно всегда, но для случая, когда количество проверяемых факторов не выше 16, описан более оптимальный план таб.3 /3/.
В столбце 21 таб.1 приведены количества верхних уровней в каждом эксперименте. Большинство этих чисел колеблется в районе 8 - 9, что соответствует оптимальной выборке (разбиению на группы) при поиске небольшой (не более 3х индивидуальных соединений) группы активных факторов на фоне большого количества подозреваемых факторов, среди которых основная часть - нейтральные по влиянию на ВП. При этом выборка в 2/3 или в 1/3 от всей группы наиболее оптимальна в смысле быстрого нахождения активной группы, особенно при последовательной схеме, с постановкой уточняющих испытаний, что давно доказано математиками для аналогичных задач.
Таблица 2
Число общих верхних уровней в паре столбцов (факторов) - отклонения от ортогональности.
Ф234567891011121314151617181920133332233233323332222334422232244444342
В таблице 2 приведено число общих верхних уровней в паре столбцов (факторов). Это указывает близость к оптимуму по равномерности учета парных сочетаний факторов для некоторых столбцов. Такое построение позволяет построить максимальное количество качественно разнообразных сред (условий культивирования) для выбранного количества испытаний. Для остальных столбцов данные не приведены, но частоты встречаемости пар верхних уровней колеблются в интервале от 2 до 4, что близко к оптимальному сочетанию в 3 пары для приведенного плана.
После постановки серии активных экспериментов достаточно провести ранжировку (упорядочить полученные измерения по возрастанию или убыванию) и выбрать серию опытов с максимальным ВП. Анализируя лучшие эксперименты в парах с худшими испытаниями, несложно сделать выводы о значимости той или иной группы без явной математической обработки и арифметических вычислен