Поиск и оптимизация условий культивирования, влияющих на синтез микроорганизмами экономически значимого продукта
Реферат - Биология
Другие рефераты по предмету Биология
°занная математиками.
Как уже отмечалось выше, такие планы не единственные и устойчивы к небольшим и редким промахам (единичным) типа лишнего или не добавленного компонента в каком-либо опыте серии экспериментов. Промахи почти неизбежны в практической работе и давно описаны несложные методы их выявления и учета /7/. Таким методом, прежде всего является ранжировка результатов (упорядоченное расположение от большего к меньшему или наоборот) и отбрасывание выскакивающих значений, сильно отличающихся от средне ожидаемых. При поиске есть смысл более тщательно проверить выскакивающие результаты, поскольку они могут содержать в себе искомую группу регуляторных факторов.
Приведенные выше планы Бута и Кокса эффективны и при выяснении питательных потребностей ауксотрофов после мутагенеза некого штамма с известными питательными потребностями, отбора и характеристике полученных мутантов. Причем для этого случая названные планы более оптимальны, чем для случая поиска регуляторных факторов у неизученного штамма. После мутагенеза, как правило, новые потребности в витаминах или аминокислотах связаны с одним фактором роста, множественные мутации редки, работа проводится с объектом, физиология которого хорошо изучена. При работе с новым, плохо изученным продуцентом задача гораздо сложнее.
Нахождение известных компонент питательной среды, влияющих на синтез целевого продукта, дает хорошую основу для генетической модификации продуцента. Знание основных регуляторных факторов служит основой для селекции конститутивных мутантов после индуцированного мутагенеза исходного штамма. Это в принципе дает возможность применять дешевые компоненты питательных сред, минимально охарактеризованные по составу.
Возможен и другой путь - синтез аналогов регуляторных факторов, которые доставляют в клетки нужные питательные вещества, не реагируя с опероном синтеза целевого продукта. Такие работы проводили с большим количеством штаммов разные авторы и их конкретные результаты мало что дают при изучении нового объекта.
Для проведения поиска факторов, влияющих на синтез целевого продукта, можно выбрать план, представленный в таблице 4. В отличие от обозначений факторов двухуровневых планов, принятых в литературе /1,4/ в виде (+/-), введена нумерация каждого фактора на верхнем уровне и отсутствие обозначений для нижнего уровня. Номер столбца соответствует новому фактору.
Таблица 6
План разработанного отсеивающего эксперимента
№ э\ф12341-21-31-42-32-43-43-54-54-64-87-811478111415218910111213313467101341369121415512457912612510131415712356811812345678910111213141592348910141023781213151124691113151226710111214133451011121514357911131415456812131416567891015
По горизонтали таб.6 приведена нумерация факторов, по вертикали в первой колонке - нумерация экспериментов. План таб.6 разработан для проверки 15 факторов на 16 экспериментах из ДПФЭ 24 путем добавления столбцов, которые получены линейной комбинацией исходных первых 4 х по правилу таб. 7 /1/. В верхней строке указаны номера основных исходных столбцов и номера столбцов, послужившие основой для построения нового. В этом смысле план единственный, поскольку дальнейшее увеличение количества столбцов по описанному выше алгоритму не приводит к получению новых столбцов, варианты повторяются.
Таблица 7
Правило построения столбца 5 из линейной комбинации столбцов 1 и 2
112525
Предлагаемый план табл.6 лучше, чем план табл.8 /1/, так как скалярные произведения любых пар вектор - столбцов равны 0. Этот факт имеет понятную для экспериментатора интерпретацию - все возможные сочетания факторов по 2 в серии из 16 экспериментов входят с одинаковой частотой, что приводит к более полному и равномерному учету сочетаний факторов более высоких порядков и не дает априорного преимущества ни одному из выбранных сочетаний факторов, по крайней мере для уровня парных сочетаний. Это важно на первоначальном этапе работы, при минимальной начальной информации, поиску, близкому к случайному, слабо ограниченному какой-либо гипотезой или априорной информацией.. При этом желательно рассмотреть максимальное количество качественно разнообразных вариантов условий культивирования при минимальном количестве экспериментов. Критерии разнообразия вариантов условий культивирования сформулировать непросто, их можно принять на интуитивном уровне.
Работа с сериями питательных сред позволяет уменьшить систематическую ошибку при оценке ВП и учесть сильное межфакторное взаимодействие между условиями культивирования. Необходимость учета взаимодействия факторов становится особенно ясной, если принять во внимание, что отдельные факторы, не оказывающие сами по себе прямого влияния на урожай, могут существенно влиять на него благодаря взаимодействию с другими факторами среды /1-5/.
Очень важно, что серия активных опытов по плану, близкому к оптимальному, позволяет оценить тенденцию влияния того или иного фактора или комбинации факторов на ВП. Это позволяет более рационально и обоснованно ставить последующие эксперименты.
Кроме этого, план табл.6 отвечает априорному предположению, что, согласно сериальному критерию /7/ , наиболее значимый фактор - 1 - на верхнем уровне. Второй по значимости - фактор 2 на нижнем уровне - в предположении того, что остальные не значимы или малозначимы. Эти выводы (нуль - гипотеза) сделаны при условии, что самый лучший эксперимент -1, худший - 16, остальные по убыванию выхода процесса упорядоченно расположены по зависимости, убывающей по закону, близкому к обратно экспоненциальному, либ