Поиск и оптимизация условий культивирования, влияющих на синтез микроорганизмами экономически значимого продукта
Реферат - Биология
Другие рефераты по предмету Биология
Поиск и оптимизация условий культивирования, влияющих на синтез микроорганизмами экономически значимого продукта
Шулюпин О.К.
Пущино 2012
Список используемых сокращений.
ПК - персональный компьютер
ЦП - целевой продукт микробиологического синтеза
ВП - выход процесса (уровень синтеза целевого продукта)
ОЭ - отсеивающий эксперимент, задача которого состоит в уменьшении
количества изучаемых переменных, нахождении сильнодействующих
на ВП факторов и отбрасывании нейтральных
ПФЭ - полный факторный эксперимент
ДУПФЭ - двухуровневый полный факторный эксперимент
ПОСЛУ - плохо обусловленная система линейных уравнений
СЛУ - система линейных уравнений
ИФА - иммуноферментный анализ
Аннотация
В предлагаемой работе рассмотрена задача прикладной микробиологии по поиску компонентов питательной среды и условий культивирования, влияющих на синтез экономически значимого продукта (ферменты, антигены, антибиотики).
Представлен разработанный двухуровневый план отсеивающего эксперимента с 15ю проверяемыми факторами на 16ти экспериментальных точках, близкий к оптимальному по равномерному учету сочетаний пар факторов в серии экспериментов. План единственный и оптимальный для случая отсутствия априорной информации и указанных количеств факторов, позволяет проверить до 30 факторов при размещении нового фактора на каждом уровне.
Предлагается алгоритм построения двухуровневых планов второго шага, уточняющих найденные факторы, увязанные с полученной информацией. Построен близкий к оптимальному трехуровневый план переходного к оптимизации эксперимента, позволяющий уточнить уровни и факторы при проверке 5 факторов на 8 экспериментальных точках. Предлагается новая форма записи, уменьшающая вероятность ошибки при экспериментальной постановке.
Рассмотрены ограничения двухуровневого полного факторного эксперимента при решении задач нахождения оптимальных условий культивирования как некорректно поставленной задачи и предложен путь регуляризации через оценки значимости коэффициентов полинома с применением непараметрических критериев, построения графиков, корреляционных таблиц и корреляционных полей до решения системы линейных уравнений.
Предисловие
Развитие биотехнологии, совершенствование рационов вскармливания сельскохозяйственных животных и растений, расширение производства пищевых добавок для людей ставят задачу быстрого поиска компонентов питания с повышенной биологической активностью. В опубликованной литературе задачи оптимизации рационов разработаны достаточно глубоко, но задачи оптимального поиска компонентов питания с повышенной биологической активностью разработаны слабее и на наш взгляд не отвечают современным потребностям промышленности и сельского хозяйства.
В предлагаемой работе рассмотрены в первую очередь задачи поиска, близкого к оптимальному, физиологически активных компонентов пищи (нутриентов), необходимых разнообразным живым системам для интенсивного роста и синтеза биологически активных соединений (экономически важного целевого продукта).
Наиболее полно в существующей литературе эти вопросы рассмотрены для микроорганизмов в классическом руководстве Максимова, Федорова /1/, но эта монография уже давно стала библиографической редкостью. К тому же методы обработки результатов активного поиска (отсеивающего эксперимента) рассмотрены недостаточно полно, не отражено применение компьютеров при обработке результатов, слабо рассмотрены ограничения ДУПФ, сильный акцент на ручные вычислительные операции и от читателя требуется достаточно высокая математическая подготовка, что ограничивает контингент потенциальных пользователей.
В предлагаемой работе предпринята попытка ликвидировать или сократить перечисленные пробелы. Первоначально рассмотрены задачи планирования и обработки результатов активных экспериментов при проведении поиска, близкого к оптимальному. Предложены критерии оптимальности построения серии поисковых экспериментов на основе насыщенных и сверхнасыщенных планов отсеивающего эксперимента. Эта часть работы не требует повышенной математической подготовки, но подразумевает достаточно развитую интуицию исследователя. По нашему мнению, без интуиции поисковые работы проводить не рационально, поскольку первоначальный выбор подозреваемых переменных и их уровней (интенсивностей) не формализуем, и лежит вне математики.
Далее рассмотрены ограничения двухуровневых полного и дробного факторных экспериментов для нахождения области, близкой к оптимальной. Эта часть предполагает наличие повышенной математической подготовки и более углубленного рассмотрения материала при наличии хорошего пространственного воображения, но без участия интуиции.
На основании собственных и опубликованных в доступной литературе результатов, рассмотрено применение отсеивающего эксперимента (ОЭ) и двухуровневого полного факторного эксперимента (ДПФЭ) при изучении влияния условий культивирования бактерий на синтез белков (ферменты антигены), представляющих экономический интерес. Экспериментальная часть работы была сделана на базах ИБФМ РАН