Особенности кинетики роста популяций микроорганизмов

Гуревич, Юрий Леонидович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Особенности кинетики роста популяций микроорганизмов
ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Особенности кинетики роста популяций микроорганизмов"

Г '"российская академия наук

Ордена Ленина Сибирское отделение Институт биофизики

На правах рукописи

Гуревич Юрий Леонидович

УДК 576.8:631.46

ОСОБЕННОСТИ КИНЕТИКИ РОСТА ПОПУЛЯЦИЙ МИКРООРГАНИЗМОВ (теория и эксперимент)

03.00.02 - биофизика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Красноярск - 1998

Работа выполнена в Институте биофизики СО РАН

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук В.И.Быков

доктор биологических наук Н.С. Паников

доктор физико-математических наук Р.Г. Хлебопрос

Ведущая организация: Государственный научный центр вирусолоп

и биотехнологии «Вектор» Минздрава РФ

Защита состоится « ^ ^ » 1998 г. в ___час.

заседании Специализированного совета Д 003.45.01 при Институте биофизи СО РАН по адресу: 660036, Красноярск-Зб, Академгородок

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института биофизи СО РАН

Автореферат разослан « ^^ » Ц-УО^-Я 1998 г.

Ученый секретарь Специализированного ^Сю^Х ' ' ^ ^ ^осолапова совета, к.ф.-м,н.

Кинетика и стехиометрия роста микроорганизмов составляет основу количественного анализа микробиологических процессов. Возрастающий вклад в валовый национальный продукт биотехнологии и острота проблем охраны окружающей среды требуют углубления знаний в области кинетики роста микроорганизмов. Значимые результаты здесь можно ожидать от исследований областей существования микробных популяций с особыми типами роста популяций микроорганизмов.

Цель работы - описание особенностей кинетики роста микроорганизмов, на основе качественной теории роста микробных популяций, как динамических систем, и экспериментальное обоснование теоретических результатов разработками биотехнологий интенсивного управляемого синтеза биомассы и очистки воды.

Научная новизна.

1. Разработана теория бистабилыюго роста факультативных анаэробных микроорганизмов при лимитировании процесса углеродным субстратом и его неполном окислении.

2. Показано, что при образовании биопленки обрастания (пространственно неоднородная система) отличие кинетики роста агрегированных микроорганизмов от свободных приводит к появлению бистабилыюго режима деградации токсичного субстрата типа катастрофы сборки.

3. Агрегирование клеток микроорганизмов сопровождается изменением кинетики окисления органических соединений и служит существенным фактором поддержания в популяции плазмид в неселективных условиях.

4. Обнаружено, что в интенсивной культуре на минимальной среде одновременно с размножением происходит отмирание микроорганизмов, при этом удельная скорость роста достигает максимальных значений. Отмирание и лизис играют роль фактора изменчивости микроорганизмов.

5. Показано, что достаточно полное количественное описание процесса управляемого биосинтеза микроорганизмов (водородных бактерий) может

быть получено на основе стехиометрических показателей роста популяции по потреблению элементов энергетического и конструктивного метаболизма и построения относительных физиологических коэффициентов.

Практическая значимость и применения. На основе представлений о множественности стационарных состояний разработаны технологии:

• интенсивного синтеза биомассы факультативных анаэробов, технология нашла применение в практике; теоретическое обоснование технологии позволяет решать задачу биосинтеза для различных объектов;

• интенсивной биодеградации смеси углеводородов, технология внедрена на промышленной установке биологической очистки фенольных сточных вод; технология биодеградации поверхностно-активных веществ. Технологии интенсивной очистки воды защищены авторским свидетельством и патентом.

Описание механизма восстановления режима высокой эффективности биодеградации токсичных соединений в системах с биопленкой открывает путь к проектированию очистных установок повышенной стабильности и длительного срока службы.

Разработка алгоритма управления процессами биосинтеза микроорганизмов на основе относительных физиологических коэффициентов используется в учебном процессе при чтении курсов по экологической биотехнологии, конструирования искусственных экологических систем в Красноярском государственном университете и Красноярском государственном техническом университете.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Ш Всесоюзных конференциях «Управляемый биосинтез и биофизика популяций» (Красноярск,! 973), «Микробиология очистки воды» (КиевД982), «Математические методы в химии» (Грозный, 1985), «Управляемое культивирование микроорганизмов» (Пущино, 1986); «Микробиологические методы защиты окружающей среды» (Пущино, 1988), по биотехнологии и биофизике микробных популяций ( Алма-Ата, 1991); 1, 2 и 3 Всесоюзных совещаниях

«Теория и практика непрерывного культивирования микроорганизмов» (Москва, 1973, 1978; Киев, 1981); «Управление биосинтезом водородных бактерий и других хемоавтотрофов» (Красноярск, 1976); Международных симпозиумах «Рост микроорганизмов на Ci-соединениях» (Пущино, 1977), «Cont. Cultivation of Microorganisms», (Прага, 1978); 5, 6 и 7 съездах ВМО (Ереван, 1975; Рига, 1980; Алма-Ата, 1985), 1 и II Симпозиумах стран СЭВ «Биотехнология и биоинженерия» (СССР, 1978; ГДР, 1980); III Симпозиуме социалистических стран по биотехнологии (ЧССР, 1983); Международном симпозиуме по непрерывному культивированию (ЧССР, 1987); 4 съезде Всесоюзного об-ва протозоологов (Ленинград, 1987); Международном симпозиуме «Interbiotech 90» (ЧССР, Братислава, 1990); конференции «Биотехнология защиты окружающей среды» по ГНТП «Новейшие методы биоинженерии» (Пущино, 1994); Международных конференциях «Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды» (Томск, 1995), «Микробное разнообразие: состояние, стратегия сохранения, экологические проблемы» (Пермь, 1996) и др..

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 43 работах, в том числе, 1 монография, авторской свидетельство и патент.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, основных результатов, списка цитированной- литературы из 320 наименований, изложена на 251 стр., в том числе 31 рисунок, 12 таблиц.

Представленный материал получен в совместной работе с М.И. Теремо-вой, 1 Т.Р.Хлебопрос! [П.И.Пономаревым] С.В .Нагарным, В Л.Ладыгиной, Т.В. Марченковой. Большая часть результатов обсуждалась на семинарах лабораторий управления биосинтезом гетеротрофов, экологической биотехнологии и на биофизических семинарах в Институте биофизики СО РАН. Всем им автор благодарен за сотрудничество и помощь в работе.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая часть рабспы (главы «Параметры роста популяций микроорганизмов» и «Типовые характеристики роста») представляет собой краткий аналитический обзор данных. Наибольшее распространение для количественной характеристики роста микроорганизмов получила модель Моно и ее модификации. Известные уравнения баланса численности микроорганизмов, концентраций субстрата и продуктов (обычно интегрально) включают два параметра, которые учитывают биологические свойства объекта. Это - удельная скорость роста и ее функция от концентраций субстрата и продуктов ju(S, Р), экономический коэффициент использования субстрата Ys (или удельная скорость потребления qs). Цель модификаций получить статистически наиболее точную аппроксимацию экспериментальных данных. Проводятся сравнительные исследования и выбираются формы записи уравнения скорости роста, которые отвечают этому единственному и главному условию. Однако, прогнозируемое такими моделями поведение популяций зачастую существенно отличается от реального, причем отклонения имеют типичный характер, что дает основание для их классификации. Более того, на основании анализа известных данных делается вывод о наличии малоизученной неоднозначности стационарных состояний культур микроорганизмов. Принятое представление о физической картине поведения микробной популяции привело к тому, что факты такого рода либо остаются не замеченными, либо закономерное существование для одного объекта множественных состояний воспринимается как естественная вариабельность биологического процесса, но не специфичный и характерный вид поведения динамической системы. Отсюда появляется требование-под-держивать условия роста, при которых имеет место приемлемая воспроизводимость результатов. В результате часть ценной информации о кинетике и динамических свойствах роста популяций микроорганизмов теряется.

В связи с этим отмечается, что нахождение конкретных значений кинетических параметров - максимальной удельной скорости роста, констант по-

лунасыщения, ингибирования сопряжено с экспериментальными затруднениями. Причиной может служить изменчивость микроорганизмов, модифицирующее действие на скорость роста других факторов, кроме лимитирующего, невозможность обеспечить сопоставимые' условия экспериментов. В вопросе выбора условий и методов измерения параметров уравнения скорости роста единой позиции нет. Из-за формализма описания и с биофизической точки зрения наиболее широко используемые параметры д,пах, к, нельзя принимать за биологические константы, скорее они служат количественными характеристиками данного процесса, но не популяции или культуры микроорганизмов.

С другой стороны, физически определенный смысл имеют экономический коэффициент использования углеродных соединений (Г) на рост и энергетический метаболизм микроорганизмов, его достаточно строгая интерпретация в рамках теории материально-энергетического баланса роста (Минкевич, Ерошин, 1976). Теория дает, по крайней мере, два практических результата. Во-первых, экономические коэффициенты, как показатели стехиометрии роста микроорганизмов, служат адекватной характеристикой статического состояния культивируемых популяций. Количественная оценка состояния культуры микроорганизмов может быть с успехом сделана по относительным физиологическим коэффициентам потребления веществ, которые инвариантны к изменению ряда параметров среды и культуры микроорганизмов. Детально такой случай рассмотрен в главе 3 на примере культуры водородных бактерий. Во-вторых, едиными экспериментальными методами находится эффективность использования субстрата в конкретном микробиологическом процессе. Сравнение ее с максимумом, который достигнут в работах с подобными объектами, дает, таким образом, корректную оценку данного процесса по отношению к другим. В частности, по опубликованным и собственным данным максимальный выход биомассы при использовании глюкозы составляет около 1,65 г/г С (синтез 1 г биомассы на 1 г использованного углерода субстрата). В то же время, большая часть данных по коэффициентам Ух/С для одного из наи-

более полно изученных процессов роста на глюкозе существенно ниже максимальных оценок. Это хорошо видно, когда известная зависимость коэффициента использования источников углерода и энергии от теплосодержания субстрата (Linton, Stephenson, 1978), построенная по экспериментальным оценкам, дополняется новыми данными. Для смешанных субстратов возможен расчет оптимального соотношения компонентов, что также свидетельствует о существовании области высокой эффективности использования углеродного субстрата. Следовательно, условия роста микроорганизмов, как правило, не оптимальны, а взятые во многих случаях за основу теоретические представления не соответствуют действительности и результаты физической реализации слишком далеки от возможных.

Выделяются три типичных случая влияния среды на .экономический коэффициент использования углеродных соединений: 1) обратные значения экономических коэффициентов и удельной скорости роста связаны линейно (1/7= 1 !Ymax + m//i); 2) существуют области с различными значениями Ymax и т, но при сохранении в каждой из них линейности; 3) коэффициент т нельзя рассматривать как оценку истинных значений затрат субстрата на поддержание, при изменении модифицирующих или минорных веществ (в сравнении с лимитирующим фактором) его значение варьирует от т » 0 до т ~ 0. Коэффициент Ymax также нельзя считать постоянным, например, по причине синтеза продуктов. Однако, изменение т не объясняется конкретными фактами, измерениями и может оказывать качественное влияние на рост микроорганизмов.

Кинетика роста популяций микроорганизмов более разнообразна и, несмотря на трудности определения значений кинетических параметров, позволяет выделить различные типы динамики микробиологических процессов.

Ведущим для формализации описания поведения популяций микроорганизмов, вплоть до математического моделирования, далее считается выделение и исследование процессов типичных по кинетике роста микроорганизмов. Отталкиваясь от традиционной модели Моно на рис.1, независимо от

конкретного вида уравнений //(5' Р), показаны типичные виды статической зависимости концентрации биомассы микроорганизмов от скорости протока в непрерывной культуре.

X А

Рис. 1. Статические характеристики x(D) для культуры в хемостате с перемешиванием. 1 - модель Моно; 2 субстратное ингибирование; 3 - влияете трат на поддержание; 4 - лимитирование скорости роста консервативными и газообразными факторами, продуктами метаболизма; 5 - лизис микроорганизмов; 6 - негомогенная по пространству культура, биообрастание.

Рассмотрены также примеры статических характеристик с кинетикой роста микроорганизмов сложного типа. Из-за относительной сложности они не приводятся на показательном рис.1. Для их корректного исследования необходим большой объем данных по физиолого-биохимическим и генетическим характеристикам микроорганизмов. Однако можно утверждать, что неоднозначный вид зависимости х(В) типичен. Более того, это имеет место и в других, казалось бы простых и известных случаях. В этом можно убедиться, если вернуться к моделям роста микроорганизмов, построенных на основе ки-

нетики Moho, и экспериментальным данным с позиции рассмотрения их как динамической системы и качественного анализа на устойчивость процесса. Имея в виду сказанное, к трудно идентифицируемым и малоизученным типам кинетики роста популяций отнесены потеря жизнеспособности, отмирание и лизис клеток (кривая 5,рис.1), влияние физических свойств клеток (агрегирование, образование пленки обрастания - кривые 2 и 6, рис.1), образование продуктов неполного окисления субстрата (комбинация кривых 1 или 2 с 4, по рис.1). Все они рассмотрены далее, при этом выделены особенности кинетики роста и области существования множественных стационарных состояний.

СТЕХИОМЕТРИЯ И КИНЕТИКА РОСТА КУЛЬТУРЫ ВОДОРОДНЫХ БАКТЕРИЙ

Количественный анализ роста автотрофной культуры водородных бактерий основан на независимом измерении потребления углекислого газа, водорода и кислорода (энергетических субстратов). Принимая, что остаточные концентрации лимитирующего рост газа малы и массообменные характеристики ферментера и культуры не изменяются, установившееся значение концентрации биомассы при ¡i = D будет определяться уравнением

х=Ус0Д>, (1)

где Yc - коэффициент использования субстрата, Qc - поглощение газообразного субстрата единицей объема культуры.

В координатах {х, 1 ¡D) зависимость принимает линейный вид. В этом случае требования к получению статистически достоверных данных легче выполнить. Действительно, в экспериментах оказалось, что наблюдаемое изменение концентрации биомассы х в хемостатной культуре , близко к прогнозируемому. В хемостатной культуре при лимитировании скорости роста по СО2, 02 и II? получены экономические коэффициенты потребления для каждого из

утилизируемых газов. В таблице 1 приведены, соответственно, зависимости удельного поглощения газов д, =ц>(/г).

Таблица 1

Уравнения удельных скоростей поглощегаш газов водородными бактериями при лимитировании Н2,02 и С02

NN Лимитирующий Уравнение для ф (г газа/г

газ биомассы) /ч

1 Н2,02, или С02 Чт = 0,08 +0,64//

2 Н2 или С02 Яо2 = 0,68 +2 А р.

3 о2 Ч02 =-0,15+7,0//

4 Н2 или 02 Чаа= 0,17+1,87//

5 С02 Чсо2 - _ 0,02 +2,91//

Из уравнений 1 и 2 табл.1 видно, что при лимите по СОг или Н2 траты на поддержание водорода составляют 40 мМ Н2«г'»ч"1 и кислорода - 21,25 мМ Ог'г'^ч"1. Практически при холостом окислении они соответствуют синтезу воды. Поглощение углекислого газа на рост (1/7сш) составляет 1,87 г С02/г биомассы. Принимая содержание углерода в массе клеток равным 50%, получим оценку 1,83 г С02/г биомассы, т.е. очень близко к величине \IYc02, найденной при построении уравнения с/алМ- Совпадение значений параметров тН2, тог, ¥со2 с расчетными материально-энергетическими (физиологическими и биохимическими) потребностями водородных бактерий в газах говорит в пользу достоверности результатов и выводов.

По данным поглощения газов культурой водородных бактерий, полученным в зависимости от удельной скорости роста и лимитирующего фактора, легко вычислить относительные физиологические коэффициенты (поглощение водорода и кислорода на единицу потребленного углекислого газа). Далее,

для всего рабочего диапазона скорости протока или удельной скорости роста бактерий, получены интегральные характеристики процесса управляемого биосинтеза в виде соотношешш

(Ят/0.смд : (йоМсод (Ыйаа) = ¿т- ¿02- 1- (2)

Согласно допущениям, сделанным при выводе уравнения (1), соотношение можно зависать в виде

Гсо/Ун2 ¥со/¥02 : 1. (3)

Экономические коэффициенты являются параметрами, характеризующими метаболизм микробной популяции, поэтому полученные соотношения не зависят от изменения ряда факторов среды и условий массопередачи в ферментере. Результаты вычислений представлены на рис.2.

14 12 10 8 6 4

1 2 3 4 5

Рис.2. Соотношение затрат Н2 и 02 в долевых единицах на перевод единицы С02 в культуру водородных бактерий. С02, 02, Н2 - лимитирующие скорость роста факторы.

Здесь стрелками указано направление изменения относительных коэффициентов поглощения Н2 и 02 при уменьшении удельной скорости роста. Коэффициенты с1т и 4)2 показывают, сколько условных единиц водорода и кислорода затрачивается культурой на потребление условной единицы углекислоты. Фактически находится соотношение поглощения газов С02, 02, Н2, которое оказывается линейно зависит от скорости роста и лимитирующего фактора. Из рис.2 видно, что при лимитировании скорости роста углекислым газом можно получить соотношение 1:1: 4,4. Наилучший результат, как сообщалось, получен в работе (Вогщегк, 1970) - 1:1:4.

Вычисления показали также, что соотношение относительных коэффициентов поглощения энергетических субстратов 4а и г/02 линейно связано с обратной удельной скоростью роста бактерий и зависит от лимитирующего фактора.

Таким образом, экспериментально найденные показатели стехиометрии роста водородных бактерий (Ть как и для многих других микроорганизмов, линейно зависят от 1/р или ц.. Принимая во внимание инвариантность относительных коэффициентов поглощения энергетических субстратов от ряда факторов процесса, биофизическую обосновагагость, обеспеченность количественных измерений методически и аппаратурную по интегральным характеристикам роста бактерий построен алгоритм расчета всех основных параметров процесса (лимитирующего фактора, концентрации биомассы и удельной скорости роста).

Вместе с тем, при совпадении большей части экспериментальных данных с прогнозными оценкам можно видеть принципиальную особенность кинетики роста водородных бактерий при лимитировании углекислым газом. Из уравнений 4 и 5 табл.1 видно, что абсорбция С02 культурой в расчете на 1 г биомассы бактерий возрастает пропорционально ассимиляции углерода клетками 1 /¥со2 = 1,87 г/г. Остальное, очевидно, теряется с протоком, причем величина эта постоянная и равна 0,17 г С02 на 1 г синтезированной биомассы в

час. По контрольному измерению на хроматографе при концентрации клеток в культуре 4 - 6 г/л с протоком выносилось около 0,72 г СОг на 1 г синтезированной биомассы. Непонятное изменение поглощения углекислого газа обнаружилось в процессе, когда скорость роста бактерий ограничивается (по заданным составу атмосферы) этим же газом. «Истинные» потребности увеличиваются до 2,9 г С02/г биомассы, коэффициент поддержания становится отрицательным. Количество не ассимилированного углерода возрастает с увеличением скорости роста (протока). Величина потерь значительна и ее можно найти из уравнения

Потери С02 с протоком означают наличие повышенной концентрации углекислоты в культуре. Расчетные значения остаточной концентрации угле-килого газа в культуре найдены по уравнению (5)

При расчетах сделано допущение, что выполняется условие с1С/&-О и что валовое поглощение углекислоты культурой (Осо:) и концентрация биомассы измерены с достаточной точностью. Отсюда видно, что устойчивый рост культуры бактерий имеет место в области ингибирования удельной скорости роста при увеличении остаточной концентрации углекислоты. Результаты вычислений показаны на рис. 3. При этом обнаруживается, что процесс идет в области с повышенным значением растворенного С02, а зависимость удельной скорости роста от лимитирующего газа имеет характерный вид. В связи с этим проведен анализ системы на устойчивость, учитывая экспериментально найденную зависимость поглощения газа от концентрации клеток.

= 2,9/л-0,02 - 1,83//= -0,02 + 1,01/г.

(4)

Сею - Оаи/Ь .

(5)

0,3

0,2

0,1

^со/

0,02 0,04 0,06 0,08 0.1

Рис.3. Зависимость удельной скорости роста водородных бактерий от концентраций в культуре. 1 - гипотетическая область лимитировании; 2 - расчет по экспериментальным данным.

Запишем уравнения баланса биомассы бактерий и углекислого газа с учетом найденной в опыте зависимости поглощения газа С?со2 (х)

<1х/Ж = [ц(С) -0]х = Р(х, С), (6)

¿С/& = а + |3дг - £>С - ц(С) х/Ус-тх= 0{х,С).

Исследуя на устойчивость стационарную точку, которая находится в области ингибирования скорости роста по С02, получим, что она устойчива, а расчетная точка лимитирования - неустойчива. Этот неожиданный результат следует из расчетов и экспериментальных данных по стехиометрии роста водородных бактерий. На основании анализа можно сказать, что существует специфичная кинетическая область роста бактерий, которая оказалась скрытой от наблюдений экспериментаторов. Существование ее отвечает данным о ключевом ферменте ассимиляции углекислоты - рибулозодифосфаткарбокси-лазе (наличие карбоксилазной и оксигеназной функций).

СТАБИЛЬНОСТЬ РОСТА МИКРОБНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКОМ И НЕРЕРЫВНОМ КУЛЬТИВИРОВАНИИ

В управляемых процессах микробного синтеза существенное значение имеют кинетические особенности утилизации источника углерода и энергии. На основе анализа роста факультативных анаэробов на соединениях, при окислении которых образуются продукты неполного окисления, строится гипотеза существования области переключения клеток из одного состояния метаболизма в другое. Для теоретических построений используются данные о кинетических параметрах - максимальные удельные скорости роста, константы полунасыщения на исходном субстрате и продуктах окисления, которые существенно различаются. Поскольку такие результаты получены для одного штамма микроорганизмов, хотя и при различных условиях культивирования, можно предполагать, что эти стационарные состояния культуры есть результат перехода из одного в другое. В частности, это видно из данных по аэробному и анаэробному окислению глюкозы бактериями и дрожжами. Кроме того, известно, что активность полиферментной системы приходит в стационарное состояние за время порядка минуты и даже секунд. Использование продуктов окисления в дыхательной цепи предполагает увеличение активности ее за счет синтеза новых макромолекул. Характерное время перестройки дыхательной цепи на новую нагрузку для культуры микроорганизмов составляет порядка времени генерации, что много больше. В итоге возникают условия переключения в метаболизме клеток, которые выполняются в экспериментах в отсутствие управляющих воздействий произвольно и эффективность использования источника углерода и энергии сравнительно низка. И наоборот, при теоретически обоснованных воздействиях на процесс эффективность выше.

«Узкое место» моделей, описывающих сложный тип поведения популяции микроорганизмов - вид зависимости удельной скорости роста от концентрации субстрата и продуктов метаболизма. Формальное повышение порядка системы уравнений увеличивает разнообразие возможных решений. В силу

формального подхода существование триггерных и других множествсшшх решений есть следствие усложненной и произвольной записи //(5, Р). Между тем, причины нестабильности интенсивных процессов можно указать для конкретных классов культур на основе весьма общих предположений.

Если удельная скорость накопления продуктов неполного окисления гликолиза, например, превышает максимальную мощность дыхательной цепи Ь, то даже при наличии кислорода не все образовавшиеся продукты будут окислены до С02. При этом условии они (продукты брожения) могут выделяться в культуральную среду и при необходимости вновь потребляться клетками. В общем случае субстрат расходуется на синтез биомассы и реакций энергообеспечения (я2). Выделим в потоке углеродного субстрата па клетку составляющие - потребление субстрата на образование продуктов неполного окисления д!р, потребление продуктов на синтез биомассы и окисление в дыхательной цепи Цр . удельный поток субстрата по цепи ферментов аэробного окисления - да2ге*Р, который не превышает предельного значения обозначенного через Ь. Скорость роста популяции микрооргашгзмов представим в виде суммы слагаемых от роста на исходном субстрате и вторичном (Р) так, что /л —

Когда метаболиты не потребляются скорость роста описывается уравнением Моно либо аналогом. В этом случае «пропускная способность» Ь дыхательной цепи в клетках достаточна для окисления метаболитов, т.е. д2 < Ь.

Если (¡2 > А затраты на реакции энергообеспечения выше мощности дыхательной цепи и не все продукты анаэробного превращения источника углерода окисляются до СОь то поток >0 и Р * 0, т.е. в культуре накапливаются продукты неполного окисления субстрата. Если имеет место накопление метаболитов Р, то удельная скорость Цр> 0. Форма записи уравнения для скорости роста при потреблении продуктов метаболизма не имеет значения. В итоге в фазовом пространстве находится 3 особых точки с положительными коор-

динатами £ Р и х. Согласно качественной теории динамических систем, при наличии трех особых точек, должны сосуществовать две устойчивые и одна неустойчивая. Это часто наблюдается в работе с рядом культур микроорганизмов.

Для экспериментатора важно иметь в виду, что переход из одного состояния в другое происходят при возмущениях на процесс, изменении условий культивирования микроорганизмов, в том числе начальных. Типичный пример такого рода изменений в наблюдаемом состоянии культуры - снижение выхода биомассы при увеличении концентрации субстрата в питательной среде, другой - повышение выхода биомассы в процессах с подпиткой субстратом. Описание механизма переключений в метаболизме клеток предполагает наличие пороговых значений нагрузки по источнику углерода и параметрам .состояния полиферментной системы, концентрации клеток (плотности популяции). В целом это составляет теоретическую основу разработки интенсивных процессов биосинтеза в культурах факультативных анаэробов.

Для технологических расчетов процессов получения биомассы микроорганизмов с учетом образования и обратимого потребления продуктов предложена модель в традиционной форме записи

¿£с/«Л = (ц -Ц)х

= Оа{Б0 -Б) -а(7)

<1Р/Ж = а/лх(8 -5*) -/.¡х/Гч, -йР.

Здесь К«, ¥Рц, Ухр - коэффициенты образования биомассы и продукта на единицу потребленного субстрата, образование биомассы на единицу потребленного продукта, соответственно; а - коэффициент образования продукта; 5* - пороговая концентрация субстрата в среде, выше которой образуется продукт неполного окисления.

В соответствии с построенной моделью были найдены необходимые оценки параметров S* для трех штаммов кишечной палочки и разработаны технологические процессы, интенсивность которых составляла 15 [»л'1*1)"1 при концентрации биомассы 30 г/л (по сухому весу!), скорости протока 0,5 ч"1 и экономическом коэффициенте использования глюкозы 0,6 г/г. Максимизация начальной концентрации субстрата не проводилась.

Бистабильные состояния имеют процессы и с другим типом метаболизма источника углерода и энергии. В частности, изучалась биодеградация ароматических углеводородов на примере фенола и нафталина. Отправной точкой обоснования утверждения служат данные о том, что в зависимости от окисляемого ароматического соединения (бензойная кислота, фенол, салициловая кислота и нафталин) чистой культурой бактерий наблюдается индукция мета- или орото-расщепления бензольного кольца. Субстратом для реакций расщепления служит одно соединение - пирокатехин. Кинетические параметры соответствующих ключевых ферментов 1,2- и 2,3-диоксигеназ (константы сродства к субстрату) значительно различаются. В результате подготовительного метаболизма ароматических углеводородов, который построен на использовании мета- или орото-пути, клетки получают разные продукты для основного метаболизма - сукцинат либо пируват и др., энергетическая эффективность которых в дальнейшем значительно отличается. Таким образом, микробная популяция находится в ситуации выбора более выгодного стационарного состояния.

Экспериментально в монокультуре бактерий Pseudomonas sp., окисляющей фенол при скоростях протока 0,07-0,3 ч"1, как правило, устанавливались состояния с высокой метапирокатехазной активность. Но в отдельных экспериментах (при малой скорости протока) активность метапирокатехазы была низкой, практически не регистрируемой по качествешюй реакции (Методы общей бактериологии, 1984). При этом остаточная концентрация фенола была

выше (0,1+0,2 и 0,4 мг/л). Условия переключения в экспериментах с монокультурой не найдены. В то же время, во всех экспериментах (общей длительностью более 12 месяцев) и при всех прочих равных условиях культивирования в хемостате, когда деструкция фенола или нафталина бактериями шла в сообществе с простейшими Colpoda sp., не отмечена заметная активность ме-тапирокатехазы. Факт существования альтернативных состояний подготовительного метаболизма фенола и нафталина для одних и тех же культур бактерий, а также не противоречивость этому других количественных показателей роста бактерий и ряда данных из литературы, свидетельствует о существовании множественных стационарных состояний, хотя окончательные выводы о механизме появления их являются предметом дальнейших исследований.

В рассмотренных двух случаях множественные стационарные состояния появляются в связи с физиолого-биохимическими особенностями кинетики метаболизма субстрата.

БИОПЛЕНКА И АГРЕГАТЫ КЛЕТОК. РОЛЬ В КИНЕТИКЕ ОКИСЛЕНИЯ

СУБСТРАТА

Суть влияния пространственной неоднородности культуры бактерий на деградацию токсичных для микроорганизмов органических соединений в том, что скорость роста клеток, находящихся в агрегатах, ограничивается диффузией вещества к клеткам, не контактирующим непосредственно со средой. Для закрепленных в биопленке клеток ингибирующая рост концентрация субстрата, в среднем по объему, выше, чем для свободных. Для оценки роли кинетики роста закрепленных клеток принято, что скорость роста описывает модель Моно, но константа полунасыщения больше, чем у свободных клеток, а константа ингибирования равна нулю. Строго говоря, она может быть также больше. Допущение сильно упрощает модель, но не является причиной новых решений. Простая модель роста популяции микроорганизмов в хемостате включает свободные, закрепленные клетки и субстрат

dS/dt -- D(S0 -S)- m(S,S2)xc/Yc - /-t(S^)xJYa dx/dt - - Dxc + /j(S,S2)xc - kjce + kgXa, dxjdt = kaxc +pia(S)xc -kgXa

где к a, kg параметры агрегирования или адгезии и обратного перехода бактерий в свободное состояние, индексами с и а обозначены свободные и агрегированные клетки.

Представляя уравнения в безразмерном виде, получаем, что переменную ха (концентрация закрепленных клеток) можно рассматривать как резервуар-ную, на малом интервале времени dXJdt = 0. Рассматривая теперь решения редуцированной системы уравнений (3) для ряда фиксированных значений Ха и kg, легко видеть, что в двухмерной (редуцированной) модели с фиксированными значениями Ха точки 1,2- устойчивые узлы, а средняя точка - седло-вая. Из работ ряда авторов (Вавилин В.А., Howell J.A. и др.) следует, что культура имеет устойчивые точки при высокой (1) и низкой (2) эффективности деструкции органического вещества, причем первое метастабильное. При возмущениях процесс из состояния (1) с нормальными (высокими) характеристиками деструкции загрязнителя (например, фенола) переходит в состояние (2) низкой эффективности очистки воды. Анализ показывает, что различие в кинетике роста свободных и закрепленных клеток, увеличение биопленки обрастания при ингибировании микроорганизмов приводит к изменению типа стационарных состояний на обратный (метастабильное и стабильное состояния).

При увеличении медленной переменной ха культура переходит из точки 2 в критическое состояние 3 и затем возвращается в состояние 1. Изменение типа устойчивости имеет характер катастрофы сборки. Динамика процесса показана на рис.4 на примере расчетов для остаточной концентрации токсичного субстрата — фенола.

Рис.4. Зависимость стационарной концентрации токсичного субстрата при биодеградации в хемостатной системе в зависимости от скорости протока и роста биопленки обрастания (катастрофа сборки).

Появление множественных стационарных состояний культуры в случае агрегирования микроорганизмов обусловлено физическими причинами ограничения диффузионного потока субстрата к клеткам и ростом биопленки.

Соотношение между поверхностью адгезии (образования биоплешш) и объемом культуры определяет доли свободных и закрепленных в биопленке клеток. Таким образом, рост биопленки имеет принципиальное значение для динамики процесса деградации токсичных органических соединений. На практике физические условия протекания процессов деструкции органических соединений в аппаратах с инертной загрузкой (специально созданной поверхностью для адгезии клеток) задаются эмпирически по условию поддержания максимума клеток в рабочем объеме культуры. При этом рассмотренные мо-

дели не работают, и в случае дестабилизирующего возмущения на процесс восстановление прежнего состояния невозможно, как показывает практика. Рассмотренная динамика биодеградации токсичных соединений, допускающая восстановление эффективного состояния деструкции токсичных соединений, должна иметь место при некоторых средних значениях отношения «площадь биопленки/объем ферментера» и накопления клеток. Возможность регулирования доли агрегированных клеток микроорганизмов подтверждают исследования флокуляции бактерий в сообществе с простейшими.

Флокуляция бактерий. Помимо биопленки в водных экосистемах и биотехнических сооружениях, в которых идут микробиологические процессы, как правило, находятся взвешенные частицы с агрегированными клетками микроорганизмов. Количественный анализ образования взвеси, в сравнении с биопленкой, относительно более доступен. Как показывают эксперименты, существенными факторами агрегирования бактерий служат плотность популяции хищника (простейших) и концентрация окисляемого бактериями органического вещества в воде. Пример влияния численности простейших показан в таблице 2.

Таблица 2

Влияние концентрации простейших на количество и размер бактериальных флокул

Простейшие Количество флокул Средний размер

в мл * 103 в мл * 10 флокул, мкм2

0 5,6 211,20 ± 7,10

2,5 6,2 348,90 ± 13,52

5,0 8,4 1005,30 ±46,51

10,0 9,2 627,82 ±44,01

50,0 9,4 394,22 ± 15,08

Не останавливаясь на деталях исследования кинетики окисления органики (фенола, нафталина) в сообществе бактерий и простейших, можно отметить, что без простейших плотность популяции бактерий-деструкторов составляет порядка 109 клеток на мл. В сообществе численность свободных бактерий много меньше, всего 107 клеток на мл. Остаточная концентрация фенола при этом оставалась практически одинаковой (ОД - 0.2 мг/л). Очевидно, что кинетика деструкции органического вещества изменяется.

Особенности процесса очистки воды, в частности, интенсивность и глубина деструкции органических веществ и в связи с агрегированием клеток, составляют предмет дальнейших исследований. Кроме того, факт высокой численности агрегатов, количественная оценка зависимости явления агрегирования от физических, химических и биологических (популяционных) факторов представляет интерес в связи с рассматриваемым ниже вопросом переноса генетического материала.

ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ В ИНТЕНСИВНОЙ КУЛЬТУРЕ

К следующему типу особенности кинетики роста популяций микроорганизмов относится потеря жизнеспособности и лизис клеток в популяции бактерий. Этот характерный случай рассмотрен на примере процесса интенсивного культивирования кишечной палочки. Жизнеспособность бактерий регистрировали по образованию колоний на твердой среде методом слайдов (Роз1§а1е, 1967). Отмирание клеток вызывает изменения в структуре популяции микроорганизмов, появляются два класса клеток - размножающиеся и не-размножакяциеся. Более очевидное влияние оказывает лизис отмерших клеток. Он снижает общую концентрацию микроорганизмов в культуре, увеличивает долю жизнеспособных, влияет на состав культуральной жидкости, что может служить причиной других перестроек в популяции. Механизм гибели клеток, как показывает теоретическое сравнение двух вариантов, влияет на стационарные состояния различных показателей роста и отмирания микроор-

ганизмов. Вместе с тем, формально, введением тех или иных поправок к моделям микробных популяций, различия между ними можно свести к минимуму. Поэтому дифференцировать их в эксперименте сложно.

Основной эффект - изменение качественного состава среды и структуры популяции микроорганизмов, можно видеть по экспериментальным данным.

Обнаружено, что при высоких скоростях размножения бактерии имеют сопоставимую скорость отмирания. Пересчитывая скорость роста популяции на живые клетки, получаем, что она достигает исключительно высоких значений (время генерации порядка 5 минут). Известно, что время генерации при росте бактерий на питательном бульоне оценивается в 25 мин (Стент, Кэлин-дар, 1981). При этом число рибосом на геном достигает максимума (как и скорость биосинтеза), а число нуклеоидов 4-6 и даже 20 (для бацилл). В результате сокращается время на синтез клеточной перегородки, а в сумме на генерацию клеток. Однако при меньшем времени генерации механизм увеличения скорости биосинтеза, строго говоря, неизвестен. В этой области существования популяции бактерий характеристики биосинтеза практически не изучены. Для поиска ответа высказано предположение, что скорость биосинтеза с увеличением числа копий ДНК продолжает возрастать, только достигается это уже не за счет увеличения числа рибосом, а путем избирательного синтеза макромолекул и регуляции, так что весь ферментный аппарат работает с максимальной активностью. В этом случае количественный и качественный состав макромолекул в биомассе специфичен и должен удовлетворять этому условию, что представляет практический интерес и служит ответом на вопрос.

Скорости лизиса микроорганизмов вычисляли исходя из допущения, что в фазе снижения численности живые клетки не размножаются, Следовательно, оно обусловлено только протоком. Как в обычном методе расчета максимальной скорости роста по скорости вымывания культуры, будем иметь у=1/Д/»1т/х0-О. (9)

Для фазы увеличения численности примем обратное - лизис клеток отсутствует. Формула расчета имеет вид

ц= I/At«lnx/xc+D. (10)

При этих допущениях оценка скорости роста завышена, а оценка скорости лизиса занижена. По абсолютной величине скорость лизиса велика - порядка скорости протока. Но нужно отметть, что удельная скорость роста микроорганизмов, в свою очередь, значительно выше скорости протока, так как часть клеток отмирает и, чтобы сохранить плотность популяции, живые клетки увеличивают скорость размножения. Таким образом, лизис клеток является физическим фактором, который играет решающую роль в под держании высокой скорости размножения бактерий. Динамика численности размножающихся клеток и удельных скоростей роста и лизиса показана в табл.3.

Таблица 3

Результаты вычисления удельных скоростей роста и лизиса Е. coli MRE 600 при скорости протока 0,35 ч"1

Концентрация клеток, г/л % жизнеспособности Удельная скорость роста, ч-1 Удельная скорость лизиса, ч'1

24,7 31,4 — 0,25

18,2 47,4 - 0,89

9,8 66,4 0,99 —

13,5 46,3 0,55 -

15,0 46,0 — 0,23

11,2 69,3 1,4 -

18,9 39,0 — 0,43

12,4 34,6 1,57 -

24,7 38,2 - -

При лизисе отмерших клеток в среде должны появляться продукты полного распада клетки. Накопление одновременно с биомассой бактерий белковых продуктов, определяемых спектрофотометричсски, очень хорошо видно в эксперименте с интенсивной культурой кишечной палочки (рис.5). Накопления продуктов по абсолютному и относительному значению велико. Таким образом, для интенсивных культур микроорганизмов отмирание, лизис и высокую скорость размножения можно считать фактом. Подобного рода эффект можно ожидать при малых потоках органического вещества в водной экосистеме, но должна учитываться зависимость от концентрации растворенного вещества и его диффузия к клеткам. Кинетика роста микроорганизмов в этом случае должна уточняться.

Нужно заметить, что эндогенный метаболизм должен в первую очередь способствовать избирательной утечке из клеток продуктов деструкции клеточного материала в результате энергетических процессов. Следовательно, в этом случае в культуре должны накапливаться продукты энергетического обмена.

г/л

0,1

0,01

/Ь

I, час

О 4 8 12 16 20

Рис. 5. Экспоненциальный рост биомассы (о) и накопление белка (•) в супер-натанте культуры Е.соН М-17 в периодическом процессе с подпиткой.

Жизнеспособность бактериальных клеток зависит от плотности популяции, скорости протока в непрерывной культуре. Предполагается, что существенным фактором здесь служит поток углеродного вещества в клетку и его метаболизм. Последнее зависит от степени обеспеченности бактерий азотным питанием. Эксперименты, поставленные с применением метода планирования, подтвердили возможность регулирования жизнеспособности культуры кишечной палочки концентрацией источника азота в питательной среде и скоростью протока. Таким образом, для кинетики роста популяции бактерий, кроме зависимости размножения от субстрата, существенными факторами служат жизнеспособность и лизис клеток, которые, в свою очередь, регулируются внутренними (популяционными) и внешними факторами среды. К ним относятся плотность популяции бактерий, концентрации источников углерода и азота, скорость протока среды.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ИЛИ ИЗМЕНЧИВОСТЬ КУЛЬТУРЫ МИКРООГАНИЗМОВ

Агрегирование микроорганизмов, отмирание и лизис имеют и другой важный аспект для популяции связанный, кроме изменения кинетики окисления субстрата, с поддержанием ее определенной генетической структуры.

1. По причине накопления в среде продуктов лизиса нежизнеспособных бактерий (х2->хр) в растущей на минимальной среде популяции создаются условия формирования структуры типа «прототрофные - ауксотрофные» клетки (хь ж3). В интенсивной культуре кишечной палочки величина накопления белковых веществ и фактора роста Р вполне достаточная, чтобы обеспечить рост популяции зависимой (ауксотрофной) формы. С учетом сказанного схему связей в популяции бактерий кишечной палочки можно представить в виде схемы (11). В хемостате система (10) имеет три равновесных состояния, которые показаны в виде качественного разбиения плоскости О, на области существования решений 1-3 (рис. 6).

5 + X) —> 2x1

X] —>Х2

х2 ->хр

Р + 5 + х3 -» 2х3

(И)

В эксперименте гетерогенная по признаку ауксотрофности клеток структура популяции, растущей в интенсивной культуре на минимальной среде, сохранялась на протяжении длительного периода культивирования с большими скоростями протока. Доля ауксотрофных клеток варьировала от 1 до 70% в диапазоне скоростей протока 0,1 - 0,9 ч"1. Очевидно, что скорость роста ауксотрофных клеток выше, чем у прототрофных. Используя информацию о структуре популяции можно вернуться к численной оценке и регуляции скоростей размножения и лизиса бактерий с учетом взаимозависимости процессов.

Э'«

2 / 1

5 О

Рис. 6. Обобщегашй параметрический портрет гетерогенной популяции прототрофных и ауксотрофных бактерий. Области: 1 - вымывание; 2 -существование прототрофных бактерий; 3 - сосуществование прототрофных и ауксотрофных бактерий.

2. Фактором, способствующим сохраьгнию плазмиды в популяции, служит свойство трансмиссивности. Перенос гоазмиды от одного типа клеток к другому происходит при их контакте. Поэтому при моделировании динамики популяции, несущей конъюгативную плазмид/, обычно принимается, что процесс переноса происходит в соответствии с законом действующих масс. В связи с этим нужно обратить внимание, что кроссовые смеси плазмидных и бесплазмидных клеток содержат агрегаты бактерий. Наблюдалось распределение по размерам агрегатов, которое показывало доминирование объединений 2-4 и 8-13 клеток (АсЬйпап, 1975). Так или иначе, большинство клеток, участвующих в передаче генетического материала, находится в агрегатах с числом клеток более, чем две. Учитывая указанную особенность кинетики передачи плазмиды, рассмотрена модель переноса или взаимодействия клеток типа «донор - реципиент»

х + у ——> 2у,

2х+у _Ь-> 2у, (12)

пх+у —2у у х, кпЛ « кп

Согласно приведенной схеме, в культуре конъюгативных штаммов, несущих плазмиды, могут образовываться агрегаты ху", а также хту. Введение нелинейности подразумевает увеличение вероятности контакта клеток, способных к обмену генетическим материалом. Если не учитывать зависимость перехода клеток из одного класса в другой от скорости роста и вариаций состава среды, то популяция в хемостате может моделироваться системой уравнений при п = 2 вида:

сЫск — [- й]х - к^ху — к-гху + к.у, с1уШ = [//,(£) - П]у + кхху + к2х2у - к.у, сБ/Л = П{80 -5) - ц, (Х)х/¥х, - сфу.'Ту,

где у их - концентрации донорных и реципиентных клеток; - ¿иу удельные скорости роста донора и реципиента; к2 - константы образования агломератов и передачи плазмиды; к. - константа потери плазмиды.

При анализе особой точки сосуществования у и д: выделено 3 случая.

1. Образование только конъюгирующих пар клеток. Если потери плазмиды не происходит, т.е. к. = 0, то получаем известную модель Вольтерра, особая точка которой - центр (негрубая система). Реальная система должна быть грубой, и она переходит в класс грубых, когда приобретает способность к элиминации плазмиды (при к. > 0 особая точка становится устойчивым узлом).

2. Перенос плазмид в агрегатах с числом клеток более двух, взаимодействия типа (ху2). Так как ни одна стационарная траектория не покидает плоскость = 5 + х/У + у/Т, то в окрестности особой точки образуется предельный цикл. Наличие потери плазмиды также делает модель устойчивой.

3. Взаимодействие клеток в агрегатах типа х2у. Особая точка системы -устойчивый узел либо фокус.

Негрубая система с парным взаимодействием клеток при отсутствии элиминации плазмиды соответствует тому, что примитивная способность к передаче плазмиды или переход из класса х в класс у, происходящий при случайном контакте клеток хну, должны закрепиться в популяции. Это достигается путем приобретения свойства агрегировать не случайным образом и наблюдается, в частности, при образовании больших агломератов клеток. В отличие от первого способа сохранения плазмид в неселективных условиях, который состоит в элиминации мигрирующего элемента, численные расчеты по-

казывают, что стационарное состояние систем, образующих агрегаты ху2 или х2у, существует при больших скоростях протока, причем соотношение чис-ленностей клеток двух типов может быть порядка единицы. Следовательно, физически способность клеток к агрегированию существенно увеличивает запас устойчивости системы «донор - реципиент» в неселективных условиях.

Смешанная культура бактерий. Идея специфичности динамики систем популяций микроорганизмов, которую можно предполагать на основании существования множественных состояний и которая найдена в цикле работ с монокультурами, перенесена на случай формирования смешанной культуры с повышенной эффективностью деструкции ароматических углеводородов. С учетом кинетических свойств основных видов (окисляющих фенол и нафталин) было задано возмущающее воздействие на культуру в стационарном состоянии путем ступенчатого увеличения концентрации бактерий, окисляющих нафталин.

Очистные сооружения отреагировали на введение культуры через 3 недели тем, что в ответ на поступление сточной воды с многократно превышающей концентрацией нафталиновых соединений (в 10-15 раз!), процесс не нарушался и степень очистки от фенола оставалась высокой. Остаточная концентрация фенола в результате введения культуры снизилась в среднем на 2540%. Коэффициент вариации выходной концентрации фенола снизился в 2,8 раза (рис.7). Этот результат получен по наблюдениям на протяжении длительного времени (2,5 года).

Окисляющие нафталин бактерии выделены из этих же аэротенков и введены вновь после их массового размножения, как возмущение на процесс. Общий рабочий объем аэротенков составлял около 2500 м3, а длительность непрерывного функционирования культуры в проточном режиме до этого составляла более 3 лет. Однако без специального возмущающего воздействия культура не перешла в новое стационарное состояние эффективной деструкции углеводородов.

1.2 1 0.8

^0.6 §

В и

0 4 8 12 16 20

Месяцы

Рис.7. Динамика остаточной концентрации фенола в сточной воде коксохимического производства до и после (показано стрелкой) введения в аэро-тенки окисляющей "нафталин культуры бактерий.

Кинетические особетюсти роста культуры микроорганизмов, которые учитывались при проведении этой работы заключаются в том, что на скорость роста бактерий, окисляющих фенол в сточной производственной воде, отрицательное действие оказывает нафталин. И наоборот, скорость окисления нафталина ограничивается в присутствии фенола. Концентрация нафталиновых соединений в воде флуктуирует.

Спонтанно сформированный ценоз имеет неоптималыюе соотношение видов в том смысле, что абсолютными доминирующими видами в смешанной культуре, растущей на фенольной воде, являются бактерии окисляющие фенол. Окисляющие нафталин бактерии сосуществуют с ними, но соотношение видов в культуре таково, что доля их невелика. Получить более активное сообщество в этом случае, можно путем "внутренней" перестройки его состава,

т.е. путем изменения соотношения сосуществующих в нем видов. Это возможно в том случае, если существует другое состояние равновесия к смешанной культуры.

Сохранение специфичного состава смешанной культуры подтверждается контролем ее пищевого спектра. Это подтвердили экспериментальные данные о окислении фенола, нафталина, фенантрена, бензойной и салициловой кислот, пирувата и сукцината, которые получены путем высева репликатором на селективные твердые среды проб культур выделенных штаммов бактерий и смешанных культур из аэротенков. Результаты показывают наличие высокой активности бактерий, которые окисляют нафталин и фенантрен. Этот признак до перестройки в структуре культуры был минорным.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Адекватность описания роста микроорганизмов с помощью формальной кинетики определяется точностью соответствия принятого кинетического механизма и биологических особешюстей популяции в рассматриваемой области. На основании анализа экспериментальных данных предложена классификация роста популяций микроорганизмов, которая основана на выделении типичных характеристик в рамках модели Моно и ее модификаций. При рассмотрении популяции микроорганизмов как динамической системы, выделяются области существования особенностей кинетики роста популяций микроорганизмов, для которых характерно появление множественных стационарных состояний.

2. Дано теоретическое обоснование существования множественных стацио-нар-ных состояний роста популяций микроорганизмов в процессах синтеза биомассы в непрерывных и полупериодических культурах с подпиткой источником углерода и энергии; основным механизмом регуляции переключения в соотношении аэробного и анаэробного процессов в клетках являют-

ся кинетика окисления субстрата - конкуренция между быстрыми и медленными процессами энергетического метаболизма, плотность популяции микроорганизмов.

3. Экспериментально и теоретически установлено, что пространственная неоднородность культуры, которая имеет место при образовании биопленки обрастания, и кинетика роста агрегированных клеток служат причиной появления неизвестного ранее бистабильного состояния культуры, типа катастрофы сборки. Состояние биодеградации токсичного субстрата с высоким коэффициентом использования энергии субстрата и выхода биомассы становится стабильным, а при низких коэффициентах - метастабильным. Возможное использование этого явления - разработка установок и процессов деструкции токсичных веществ с повышенной устойчивостью к нагрузкам и сроком функционирования.

4. Показано, что образование взвешенных частиц в интенсивных культурах микроорганизмов и простейших инициируется последними, выделены по-пуляционные факторы, определяющие интенсивность этого процесса. Кинетика деструкции органического вещества при агрегировании клеток изменяется.

5. Показано, что физический параметр состояния популяции - агрегирование клеток - изменяет кинетику передачи трансмиссивных плазмид, что является существенным фактором сосуществования бесплазмидных и плазмидных клеток в неселективных условиях роста популяции при высокой частотности последних.

6. При экспериментальном исследовании кинетики роста Escherichia coli в интенсивной культуре обнаружена высокая скорость отмирания и лизиса бактерий. Скорость роста живых клеток соответственно увеличивается и достигает теоретически максимальных значений. Предложен молекулярно-биологический механизм получения максимально высоких удельных скоростей биосинтеза и роста бактерий.

7. Показано существование генетическо! структуры популяции типа прото-трофные - ауксотрофные клетки на мишмальной среде за счет специфичного кинетического механизма - отмирашя и лизиса части популяции.

8. Разработан метод количественного анализа роста популяций микроорганизмов с помощью относительных физиологических коэффициентов. На примере водородных бактерий показано, что наблюдаемые относительные коэффициенты использования кислорода и водорода, вычисляемые по отношению к потреблению углекислого газа, линейно связаны с обратной скоростью роста культуры; линейно изменяется соотношение потребляемых водорода и кислорода. На основании этих зависимостей строится полная система определения основных количественных параметров процесса микробного синтеза (лимитирующего фактора, концентрации биомассы и удельной скорости роста культуры).

9. Показано, что кинетика использования углекислоты допускает существование множественных состояний непрерывной культуры водородных бактерий.

10. На основе представлений о существовании множественных стационарных состояний разработаны технологии интенсивного синтеза биомассы бактерий при образовании продуктов неполного окисления субстрата и обратимого потребления; способ формирования функционально устойчивой смешанной культуры бактерий в открытой проточной системе (аэротенке) для деградации токсичных взаимозаменяемых углеродных соединений.

Список работ опубликованных по теме диссертации

1. Гуревич Ю. JI, Теремова М. И., Гладких О. Н. Оптимизация скорости роста Escherichia coli в логарифмической фазе периодической культуры. - В сб.: Управление биосинтезом микроорганизмов. Красноярск, 1973. С. 20-21.

2. Гуревич Ю. JI. Непрерывное культивирование микроорганизмов как способ изучения динамики популяций в открытых системах. - В кн.: Динамика микробных популяций в открытых системах. Красноярск, 1975. С. 3-20.

3. Гуревич ЮЛ. О зависимости кинетики роста микроорганизмов от условий внешней среды. - В сб. Лимитирование и ингибировапие процессов роста и микробиологического синтеза. Пущшго, 1976. С. 74-81.

4. Гуревич Ю.Л., Марченкова Т.В., Нагарный С.В. Интенсивная культура Escherichia coli — В кн.: Биофизика микробов и биоинженерия. Л., 1976. С. 114-118.

5. Гуревич Ю. Л., Нагирный С. В. Модель роста микроорганизмов при инги-бировании продуктами метаболизма - В кн.: Биофизика микробов и биоинженерия. Л., 1976. С. 109-113.

6. Марченкова Т. В., Гуревич 10. Л. Жизнеспособность культуры кишечной палочки // Микробиология, 1976, т. 45, вып. 6, с. 1100-1102.

7. Пономарев П. И., Гуревич Ю. Л. Интенсивность процесса непрерывного культивирования водородных бактерий. В сб.: Управление биосинтезом водородных и других хемоавтотрофов. Тез. Всес. совещания 26-28 мая 1976. Красноярск, 1976. С. 62-64.

8. Пономарев П. И., Гуревич Ю. Л. Управление непрерывной культурой водородных бактерий. Там же, С. 65-67.

9. Гуревич Ю. Л., Нагирный С. В., Хлебопрос Т. Р. Зависимость экономического коэффициента от концентрации субстрата в периодической культуре микроорганизмов. - В сб.: Динамика биологических систем. Вып. 1. Горький, 1977. С. 52-55.

10. Пономарев П. И., Гуревич 10. Л. Характеристики непрерывной культуры водородных бактерий в условиях лимитирования газами // Микробиология. 1977. Т. 46. Вып. 1.С. 22-28.

11. Пономарев П. И., Гуревич Ю. Л. Поглощение газов непрерывной культурой Hydrogenomonas eutropha Z-l. - В сб.: Рост микроорганизмов на Отсоединениях. Тез. докл. II Межд. симп., Пущино, 1977. С.199-201.

12. Гуревич Ю. Л., Марчешсова Т. В., Нагирный С. В., Углова Л. Г. Зависимость роста непрерывной культуры Е. coli М 17 от концентрации азота и углерода в среде. - В сб.: Биохимия и биофизика микроорганизмов. Горький, 1978 с. 99-104.

13. Гуревич Ю. Л., Марченкова Т. В., Нагирный С. В., Углова Л. Г., Хлебопрос Т. Р. Изучение нестабильности непрерывных процессов культивирования микроорганизмов.- В сб. Теория и практика непрерывного культивирования микроорганизмов. Тез. докл. П Всес. совещ. М., 1978. С. 17-18.

14. Гуревич Ю. Л., Нагирный С. В., Хлебопрос Т. Р. Управление процессами культивирования микроорганизмов при образовании продуктов неполного окисления субстрата. В сб. - Биотехнология и биоинженерия. Т.1. Рига: Зинатне. 1978. С.43-45.

15. Гуревич Ю.Л., Пономарев П.И. Основные параметры управления культурой водородных бактерий при лимитировании роста газами. - В кн. Хемосинтез в непрерывной культуре. Под ред. И.А.Терскова. - Новосибирск: Наука, 1978. С. 64-79.

16. Пономарев П. И., Гуревич Ю. Л. Количественные характеристики роста водородных бактерий в непрерывной культуре,- В сб.: Биотехнология и биоинженерия. Т.1. Рига: Зинатне. 1978. С.119-121.

17. Gurevich Yu.L., Nagirniy S.V., Khlebopros T.R. Stability of intensive processes of continuous microbial culture // In: 7th Int. Symp. Cont. Cultiv. Prague, July 10-14, 1978. Abstr. ofPapers. P. 32.

18. Терсков И. А., Гуревич Ю. Л. Особенности непрерывной культуры микроорганизмов как объекта управления - В сб.: Применение математических методов в микробиологии. Пущино, 1979. С. 51-63.

19. Gmevich Yu.L., Marchenkova T. V. Nagirnyi S.V. Viability and growth rate of Escherichia coli in continuous culture // In: Continuous cultivation of microorganisms. Proc. 7th Symp. Prague, July 10-14,1978, Prague, 1980, P. 41-47.

20. Гуревич Ю. Jl. Перспективы использования смешанной куль туры дрожжей и бактерий на сложном субстрате - В кн.: Смешанные проточные культуры микроорганизмов. Новосибирск: Наука, 1981. С. 168-181.

21. Гуревич 10. Л., Теремова М. И., Коцарь С. Г. Рост смешанной культуры бактерий на средах с фенолом. // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем.- Л.: Гидрометеоиздат, 1983. Т.5. С. 122-126.

22. Гуревич Ю.Л. Устойчивость и регуляция размножения в микробных популяциях. Новосибирск: Наука, 1984. 161 с.

23. Гуревич Ю.Л. Качественный анализ структуры гетерогенной популящт бактерий,- В сб.: Анализ роста популяций биофизическими методами. Новосибирск: Наука, 1984. С.22-31.

24. Гуревич ЮЛ., Ладыгина В.П., Хлебопрос Р.Г. Анализ нестабильности роста микробных популяций в проточных системах,- В сб.: Математические методы в химии (ММХ-5). Тез. докл., Грозный, 1985. С.60-61.

25. Гуревич Ю.Л., Ладыгина В.П. Образование биопленок обрастания и устойчивость биодеградащт токсичных соединений в проточных системах // Проблемы экологического мониторинга экосистем. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. Т.9. С.22-30. ' " '

26. Гуревич ЮЛ., Ладыгина В.П. Устойчивость пространствегаю-неоднород-ной непрерывной культуры инфузорий.-Современные проблемы протозоологии. Тез. докл. 4 съезда Всес. об-ва протозоологов. Л.: Наука, 1987. С. 37.

27. Gurevich Yu. L., Ladygina V.P. The stability of biodégradation of toxic substrates in a chemostat with respect to cells attachment // 9th ISCC «Cont. Culture in biotechnol. and environment conservation», Books of Abstr. Hradec Kralove. Czeck., 1987. P.20.

21. Гуревич Ю. Л., Теремова М. И., Коцарь С. Г. Рост смешанной культуры бактерий на средах с фенолом. // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. Т.5. С. 122-126.

22. Гуревич Ю.Л. Устойчивость и регуляция размножения в микробных популяциях. Новосибирск: Наука, 1984. 161 с.

23. Гуревич Ю.Л. Качественный анализ структуры гетерогенной популяции бактерий,- В сб.: Анализ роста популяций биофизическими методами. Новосибирск: Наука, 1984. С.22-31.

24. Гуревич Ю.Л., Ладыгина В.П., Хлебонрос Р.Г. Анализ нестабильности роста микробных популяций в проточных системах,- В сб.: Математические методы в химии (ММХ-5). Тез. докл., Грозный, 1985. С.60-61.

25. Гуревич Ю.Л., Ладыгина В.П. Образование биопленок обрастания и устойчивость биодеградации токсичных соединений в проточных системах // Проблемы экологического мониторинга экосистем. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. Т.9. С.22-30.

26. Гуревич Ю.Л., Ладыгина В.П. Устойчивость пространственно-неоднородной непрерывной культуры инфузорий.-Современные проблемы протозоо-логии. Тез. докл. 4 съезда Всес. об-ва протозоологов. Л.: Наука, 1987. С. 37.

28. Gurevich Yu. L., Teremova M.I. Stability and kinetics of bacterial degradation oi aromatic hydrocarbon // ibid., P.21.

29. Гуревич Ю.Л., Теремова М.И., Чимаров B.A., Швед B.C., Штейн А.Л. Повышение эффективности биологической очистки фенольных вод h Кокс и химия. 1989. № 1. С.51-52.

30. Садовский М.Г., Гуревич Ю.Л., Мануковский Н.С. Кинетика образования клеточных агрегатов в системах непрерывного культивирования // Динамика химических и биологических систем. Новосибирск: Наука. 1989. С.213-230.

31. Ладыгина В.П., Гуревич Ю.Л., Теремова М.И. Деградация ароматических соединений системой хищник-жертва.-Тез. докл. Всес. конф. Биотехнология и биофизика микробных популяций, Алма-Ата. 1991. с.61.

32. Gurevich Y.L., Ladygina V.P. Effect of protozoa on bacterial degradation of aromatic hydrocarbons // Stud. Environ. Sei. 1991,42, /Environ. BiotechnoL/, P.147-153.

33. Manukovski N.S., Teremova M.I., Gurevich Y.L., Pan'kova I.M. Phenol and naphthalene degradation by mixed culture of microorganisms // ibid. P. 155-163.

34. Ладыгина В.П., Гуревич Ю.Л., Теремова М.И. Влияние инфузорий на деградацию ароматических соединений // Цитология. 1992. т.34, N.4.

35. Мануковский Н.С., Бабкина Э.А., Гуревич Ю.Л., Теремова М.И. Деградация алкилсульфоната натрия в соленой воде смешанной культурой микроорганизмов. В сб. - Биотехнология защиты окружающей среды. Тез.докл., 1994, Пущино, с. 40.

36. Гуревич Ю.Л., Ладыгина В.П., Мануковский Н.С., Теремова М.И. Очистка производственных сточных вод бактериальным сообществом.-Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды Томск. Международная конференция. Тезисы докладов. Т.З. 1995. С.87.

37. Гуревич Ю.Л., Ладыгина В.П., Теремова М.И. Деградация техногенных потоков вещества сообществом микроорганизмов и простейших. // Изв. РАН. Сер. биол.. 1995. №2. С. 226-230.

38. Гуревич Ю.Л., Ладыгина B.FI., Теремова М.И. Множественность стационарных состояний в процессах очистки сточных вод. - В сб. Тез. докл. Межд. конф. «Микробное разнообразие: состояние, стратегия сохранения, экологические проблемы». Пермь. 1996. С. 28-29.

39. Садовская Г.М., Ладыгина В.П., Теремова М.И., Гуревич Ю.Л. Фактор нестабильности в процессе биодеградации сточных вод // Биотехнология, 1995. N 1-2. С. 47-49.

40. Трифонова И.Ю., Гуревич Ю.Л. Исследование процессов утилизации молочной сыворотки дрожжами Kluyveromyces marxianus var. laciis // Биотехнология. 1997. № 10.

41. Гуревич Ю. Л., Теремова М. И., Латынцева A.B. Флокуляция бактериальных клеток в культуре с простейшими // Изв. РАН. сер, биол. 1998. №3. С.

42. Бебякин Ю.И., Гуревич Ю.Л., Москвина О.И., Пименов И.В., Теремова М.И. Способ получения микробного ценоза для биологической очистки сточных вод углехимического производства. Авт. свид. № 1364608, С02 F 3/34 // Б.й. 1988. № 1.

43. Мануковский Н.С., Гуревич Ю.Л., Ковалев B.C., Петров А.И. Консорциум

бактерий Pseudomonas sp., Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida, Thiobacillus sp., используемый для очистки сточных вод от алкил-сульфонатов.- Заявка N 95121366/13(037452) от 19.12.95. Решение о выдаче патента от 28.04.97.

351-355.

Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Гуревич, Юрий Леонидович

Введение

1. Параметры роста популяций микроорганизмов

1.1. Количественная оценка роста микроорганизмов по 10 удельной скорости роста популяции

1.2. Экономический коэффициент использования субстрата

1.3. Интерпретация экономического коэффициента 23 и параметров т и У™

1.4. Проблема измерения параметров роста популяций 28 микроорганизмов

1.5. Вопросы исследования количественных характеристик 3 5 роста микробных популяций

2. Типовые характеристики роста микроорганизмов

2.1. Удельная скорость роста микробных популяций

2.2. Кинетика роста микроорганизмов сложного типа

2.3. Закономерности изменения экономического коэффициента 50 использования субстрата

2.3.1. Зависимость экономического коэффициента от скорости 50 роста микроорганизмов

2.3.2. Максимальная эффективность использования органических 53 соединений углерода

2.3.3. Особенности использования органических соединений углерода

2.4. Зависимости концентрации биомассы от скорости протока

3. Стехиометрия и кинетика роста культуры водородных бактерий

3.1. Теоретическое обоснование, методика и экспериментальные 73 результаты

3.2. Анализ поглощения газов водородными бактериями

3.3. Относительные коэффициенты поглощения газов

4. Стабильность роста микробных популяций при периодическом 94 и непрерывном культивировании

4.1. Бистабильные процессы роста микроорганизмов

4.1.1. Культура микроорганизмов в одноступенчатом хемостате

4.1.2. Периодические культуры с подпиткой субстратом

4.2. Механизм переключения в метаболизме клеток при 107 образовании продуктов неполного окисления субстрата (теория)

4.3. Множественность стационарных состояний при биодеградации 119 ароматических углеводородов (на примере фенола)

5. Биопленка и агрегаты клеток. Роль в кинетике окисления субстрата

5.1. Обоснование анализа на устойчивость процесса окисления 129 токсичных субстратов

5.2. Устойчивость эффективного использования токсичных 132 субстратов культурой микроорганизмов с биопленкой (теория)

5.3. Устойчивость эффективной биодеградации фенола в проточной 139 системе с биопленкой (эксперимент)

5.4. Флокуляция в сообществе бактерий и простейших

5.4.1. Устойчивая культура бактерий и простейших

5.4.2. Регуляция образования клеточных агрегатов в сообществе 144 бактерий и простейших

6. Жизнеспособность микроорганизмов в интенсивной культуре 151 6.1 Моделирование отмирания микроорганизмов в хемостате

6.2. Измерение жизнеспособности (популяций) микроорганизмов

6.3. Жизнеспособность и кинетика роста микроорганизмов

6.3.1. Роль среды

6.3.2. Жизнеспособности бактерий Escherichia coli 167 в интенсивной культуре

6.3.3. Регуляция скорости размножения бактерий 17 О

6.4. Условия максимальной скорости размножения микроорганизмов (молекулярно-биологический механизм) 7. Биологическая устойчивость или изменчивость культуры микроорганизмов

7.1. Генетическая и фенотипическая изменчивость микроорганизмов

7.2. Действие отбора на плазмиды при образовании клеточных 189 агрегатов

7.3. Устойчивость популяции плазмиднесущих микроорганизмов в неселектиных условиях при образовании клеточных агрегатов

7.4. Поддержание гетерогенной структуры популяции прототрофных и ауксотрофных бактерий

7.5. Формирование устойчивой смешанной культуры при деградации 203 фенола и нафталина

7.6. Количественная оценка неоднородности культуры бактерий при 207 деградации фенола в лабораторной и промышленной установках Заключение 211 Основные результаты и выводы 218 Литература

Введение Диссертация по биологии, на тему "Особенности кинетики роста популяций микроорганизмов"

Одно из первичных и основных свойств мельчайших живых клеток - рост и размножение микроорганизмов. В силу этого кинетика и стехиометрия роста микроорганизмов составляет основу количественного анализа микробиологических процессов.

Микробиологические процессы составляют суть, с одной стороны, многих промышленных технологий синтеза биомассы, биологически активных веществ, а с другой, стадии деструкции в природном круговороте веществ. Возрастающий вклад в валовый национальный продукт биотехнологии и острота проблем охраны окружающей среды требуют углубления знаний в области кинетики роста микроорганизмов. Наибольшие успехи получены при решении задач промышленной микробиологии, где адекватное представление и описание процесса на основе всеобъемлющих моделей может без заметных потерь сводиться к формальной аппроксимации. В этом случае при воспроизведении условий процесса с высокой вероятностью получается ожидаемый или прогнозируемый по расчету результат. Хотя неадекватность между модельными представлениями и реальными процессами ограничивает возможности использования потенциала микроорганизмов.

При наблюдении за процессами роста микроорганизмов и трансформации вещества в природных системах соблюсти условия воспроизведения параметров внешней среды трудно. Ограниченность наших знаний позволяет с большим основанием сказать, что теория роста популяций микроорганизмов, построенная на базе данных управляемого биосинтеза микроорганизмов и для решения прикладных задач, оказывается недостаточно глубоко проработанной, чтобы с таким же успехом решать экологические задачи [93].

При строгом рассмотрении экспериментальных данных не только природные, но и процессы в управляемых или контролируемых условиях существенно отличаются от прогноза, который дает его математическая модель (количественное описание). В связи с этим следует обратить внимание на сложный характер процесса размножения микроорганизмов [18, 91]. Один из реальных путей построения адекватного представления об этом явлении заключается в изучении областей существования микробных популяций с особыми типами роста популяций микроорганизмов. Модель роста популяции (математическая и физическая) должна быть поддержана детальным рассмотрением значимых, в смысле регуляторных свойств, физиолого-биохимических характеристик биологического объекта и отнесением его к определенному типу процессов роста микроорганизмов.

Цель работы - описание особенностей кинетики роста микроорганизмов, как динамических систем и на основе качественной теории роста микробных популяций, и экспериментальное обоснование теоретических выводов разработками биотехнологий интенсивного управляемого синтеза биомассы и очистки воды.

Для выделения областей особого поведения популяций микроорганизмов в настоящей работе проводится классификация характеристик их роста. Затем популяция с определенным типом роста рассматривается как динамическая система взаимодействующих организмов и среды (субстрата, продуктов его превращения или метаболитов и других переменных). Детализация на биохимическом и генетическом уровнях описания резко увеличивает сложность (размерность) анализируемой системы, что позволяет делать почти любые выводы. Поэтому для объяснения расхождения наблюдаемых и прогнозируемых результатов усложнение моделей проводится последовательно, рассматриваются различные биофизические механизмы регуляции плотности популяции микроорганизмов, независимо от формы записи функции размножения. Типизация и усложнение моделей роста микроорганизмов (в рамках универсальной модели Моно) и сопоставление их с найденными в соответствующей области примерами нетипичного поведения составляют методологическую основу исследования особенностей кинетики роста микробных популяций в настоящей работе.

Научная новизна.

1. Разработана теория бистабильного роста факультативных анаэробных микроорганизмов при лимитировании процесса углеродным субстратом и его неполном окислении.

2. Показано, что при образовании биопленки обрастания (пространственно неоднородная система) отличие кинетики роста агрегированных микроорганизмов от свободных приводит к появлению бистабильного режима деградации токсичного субстрата типа катастрофы сборки.

5. Показано, что достаточно полное количественное описание процесса управляемого биосинтеза микроорганизмов (водородных бактерий) может быть получено на основе стехиометрических показателей роста популяции по потреблению элементов энергетического и конструктивного метаболизма и построения относительных физиологических коэффициентов.

• интенсивного синтеза биомассы факультативных анаэробов; технология нашла применение в практике; теоретическое обоснование технологии позволяет решать задачу биосинтеза для различных объектов;

• интенсивной биодеградации смеси углеводородов; технология внедрена на промышленной установке биоочистки фенольных сточных вод; технология биодеградации поверхностно-активных веществ. Разработки используются в производстве, технологии интенсивной очистки воды защищены авторским свидетельством и патентом.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на III Всесоюзной конференции «Управляемый биосинтез и биофизика популяций» (Красноярск, 1973); Всесоюзном совещании «Управление биосинтезом водородных бактерий и других хемоавтотрофов» (Красноярск, 1976); II Международных симпозиумах «Рост микроорганизмов на С ¡-соединениях» (Пущино, 1977), «Cont. Cultivation of Microorganisms», (Прага, 1978); 1, 2 и 3 Всесоюзных совещаниях «Теория и практика непрерывного культивирования микроорганизмов» (Москва, 1973, 1978; Киев, 1981); 5, 6 и 7 съездах ВМО (Ереван, 1976; Рига, 1980; Алма-Ата, 1985) I и II Симпозиумах стран СЭВ «Биотехнология и биоинженерия» (СССР, 1978; ГДР, 1980); III Симпозиуме социалистических стран по биотехнологии (ЧССР, 1983); Международном симпозиуме по непрерывному культивированию (ЧССР, 1987); 4 съезде Всесоюзного об-ва прото-зоологов (Ленинград, 1987); Всесоюзных конференциях «Микробиология очистки воды» (Киев, 1982), «Математические методы в химии» (Грозный, 1985), «Управляемое культивирование микроорганизмов» (Пущино, 1986); «Микробиологические методы защиты окружающей среды» (Пущино, 1988), по биотехнологии и биофизике микробных популяций ( Алма-Ата, 1991); Международном симпозиуме «Interbiotech 90» (ЧССР, Братислава, 1990); конференции «Биотехнология защиты окружающей среды» по ГНТП «Новейшие методы биоинженерии» (Пущино, 1994); Международных конференциях «Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды» (Томск, 1995), «Микробное разнообразие: состояние, стратегия сохранения, экологические проблемы» (Пермь, 1996) и др.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 43 работах, в том числе в 1 монографии и защищены авторским свидетельством и патентом.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, основных результатов, списка цитированной литературы из 320 наименований и приложения (акты о внедрении). Диссертация изложена на стр. , в том числе 32 рисунка, 12 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Гуревич, Юрий Леонидович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Адекватность описания роста микроорганизмов с помощью формальной кинетики определяется точностью соответствия принятого кинетического механизма и биологических особенностей популяции в рассматриваемой области. На основании анализа экспериментальных данных предложена классификация роста популяций микроорганизмов, которая основана на выделении типичных характеристик в рамках модели Моно и ее модификаций. При рассмотрении популяции микроорганизмов как динамической системы, выделяются области существования особенностей кинетики роста популяций микроорганизмов, для которых характерно появление множественных стационарных состояний.

2. Дано теоретическое обоснование существования множественных стационарных состояний роста популяций микроорганизмов в процессах синтеза биомассы в непрерывных и полупериодических культурах с подпиткой источником углерода и энергии; основным механизмом регуляции переключения в соотношении аэробного и анаэробного процессов в клетках является конкуренция за субстрат между быстрыми и медленными процессами энергетического метаболизма клеток, плотностью популяции микроорганизмов.

3. Экспериментально и теоретически установлено, что пространственная неоднородность культуры, которая имеет место при образовании биопленки обрастания, служит причиной появления неизвестного ранее бистабильного состояния культуры, типа катастрофы сборки. Состояние биодеградации токсичного субстрата с высокими коэффициентами использования энергии субстрата и выхода биомассы становится стабильным, а при низких коэффициентах - метастабильным. Возможное использование этого явления -разработка установок и процессов деструкции токсичных веществ с повышенной устойчивостью к нагрузкам и сроком функционирования.

4. Показано, что образование взвешенных частиц в интенсивных культурах микроорганизмов и простейших инициируется последними, выделены попу-ляционные факторы, определяющие интенсивность этого процесса. Кинетика деструкции органического вещества при агрегировании клеток изменяется.

6. При экспериментальном исследовании роста Escherichia coli в интенсивной культуре обнаружена высокая скорость отмирания и лизиса бактерий. Скорость роста живых клеток соответственно увеличивается и достигает теоретически максимальных значений. Предложен молекулярно-биологический механизм получения максимально высоких удельных скоростей биосинтеза и роста бактерий.

7. Показано существование генетической структуры популяции типа прото-трофные - ауксотрофные клетки на минимальной среде за счет специфичного кинетического механизма - отмирания и лизиса части популяции.

9. Показано, что кинетика использования углекислоты допускает существование множественных состояний непрерывной культуры водородных бактерий. *

10.На основе представлений о существовании множественных стационарных состояний разработаны: технологии интенсивного синтеза биомассы бактерий при образовании продуктов неполного окисления субстрата и обратимого потребления; способ формирования функционально устойчивой смешанной культуры бактерий в открытой проточной системе (аэротенке) для деградации токсичных взаимозаменяемых углеродных соединений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проблема управления микробиологическими процессами и ограничения техногенного воздействия на окружающую среду одна из важнейших для общества. Решение ее строится на изучении стабильности и интенсивности микробиологических процессов в природных и искусственных системах. В общебиологическом плане это вопрос об изменчивости и эволюции микробных популяций и сообществ. В диссертационной работе исследованы объекты различного уровня сложности - популяции, смешанные культуры микроорганизмов, системы с трофическими связями.

Как физические системы они имеют динамику развития, которая характеризуется наличием множественных устойчивых и неустойчивых состояний (наблюдаемых или не наблюдаемых в экспериментах и других реальных условиях). Каждое состояние представляет собой конкретную метаболическую активность и скорость роста популяции, структур) сообщества и т.д. Таким образом, состояние биологического объекта, изменчивость популяций и сообществ связаны с переходом из одного в другое или его стабилизацией.

Как биологические системы популяции микроорганизмов характеризуются генетической структурой, которая подвержена постоянным изменениям, происходящим во взаимосвязи с внешней средой. Природа изменчивости молекулярная, однако доминирование и отбор тех или иных вариантов подчиняются популяционным закономерностям.

Методически исследование строится на сочетании экспериментального и теоретического анализа. Теоретический анализ возможных картин поведения микробных популяций включает представление их в виде динамических систем и качественном исследовании [2, 3, 23]. В биологии и, в частности, биофизике и микробиологии хорошо известны примеры применения качественной теории динамических систем [4, 59, 83, 114]. Однако до сих пор этот подход к изучению популяций микроорганизмов остается экзотичным.

Эксперимент ставится и/или аналитически подбираются данные для построения гипотез и их проверки. Все конкретные объекты изучения относились к разработке интенсивных биотехнологических процессов на базе максимально адекватных представлениях о механизмах регулирования (интенсивные культуры микробного синтеза, деструкция органического вещества в гомогенных и неоднородных по пространству условиях, оценки максимального выхода биомассы микроорганизмов и скорости роста).

При формализации представлений о процессе роста микроорганизмов и последующего витка экспериментального изучения не должна быть основной задача построения и использования «хорошей» универсальной модели. В значительной степени универсальна и модель Моно. Или, например, уравнение Ферхюльста имеет весьма общий вид и дает значительно упрощенное описание реальных объектов, но в определенных условиях (вблизи порога выживания) строго описывает рост микробной популяции [26]. Области адекватного моделирования роста микроорганизмов можно найти и для применения модели Моно. Усложнение моделей количественного описания роста микроорганизмов далеко не всегда отражает развитие теории роста микроорганизмов (см. анализ типов моделей в работах [20, 27] и др.). Важно для всех интересных (теоретически и практически) случаев найти модификацию, максимально отражающую истинные механизмы регулирования скорости микробиологического процесса (не только статистически наиболее близкое).

Исследование особенностей кинетики роста микробных популяции в интенсивных процессах микробного синтеза являлось основной задачей настоящей работы. В главах 1 и 2 кратко рассмотрены существующие представления о кинетике роста микроорганизмов и выделены типовые ситуации для микробиологического процесса. Последние и служат объектами детального исследования. Предлагается последовательное движение от применяемой модели процесса и биологических, биофизических представлений к конкретному «дополнению» или модификации кинетики процесса и анализу результата.

Таким образом, анализ роста микробных популяций имеет целью не статистически точное описание количественных данных, а выявление качественных особенностей их кинетики, значимых для микробиологического процесса. Именно с его помощью для исследуемого процесса устанавливается принадлежность к характерным типам поведения. К такому подходу побуждают следующие обстоятельства.

Во-первых, при необходимости работы со множеством объектов полезно и даже необходимо иметь их классификацию, а это связано с определением отличительных характеристик выделяемого класса объектов. Качественный анализ динамики микробных систем отвечает условиям решения задачи классификации.

Во-вторых, сложность исследуемого объекта - популяции микроорганизмов. - предопределяет существование особых типов поведения. С одной стороны, успехи в области их изучения недостаточно полно воспринимаются широким кругом биологов и в этом смысле незначительны. С другой, для обнаружения таковых не обязательна высокая статистическая точность описания процессов, достичь которую в (микро)биологических экспериментах трудно. Отсутствие корректных и единых методов измерения и, следовательно, трудность определения параметров функций удельной скорости роста ограничивает возможности портретного анализа, но в меньшей степени качественного.

В третьих, благодаря акценту на определение кинетических особенностей область исследования роста микроорганизмов расширяется, вплоть до больших систем, включая экологические. Кроме параметров удельной скорости роста и стехиометрических коэффициентов использования субстрата, рассматриваются отмирание микроорганизмов и агрегирование клеток в хлопья или биопленки, некоторые механизмы поддержания генетически неоднородных структур популяций и многовидовых смешанных культур.

В рамках существующих экспериментальных данных определены типы поведения микробных культур в открытых по веществу и энергии системах, выделены однозначные и неоднозначные характеристики роста. Показано, что при построении моделей конкретных процессов множественные и другие особые состояния можно найти с помощью определения действия принципа минимума в сложных системах.

В процессах синтеза биомассы микроорганизмов трудности определения кинетических параметров можно обойти, моделируя процесс на основе сте-хиометрических показателей роста. В остальном методологически анализ динамики роста популяции микроорганизмов не изменяется. Подход продемонстрирован на примере построения относительных физиологических характеристик роста водородных бактерий. Экспериментально показано, как находятся частные показатели процесса культивирования на примере водородных бактерий, как они систематизируются путем вычисления относительных характеристик. Дается обоснование нахождения относительных характеристик, инвариантных к ряду показателей процесса (концентрации биомассы, величинам газовых потоков).

Анализ устойчивости хемостатной культуры водородных бактерий показывает существование особой области роста популяции - устойчивый процесс при повышенных (ингибирующих) концентрациях углекислого газа в среде.

На экспериментальных объектах и теоретически показано существование бистабильных режимов для двух классов процессов роста и биосинтеза микроорганизмов - утилизация субстратов с образованием и обратимым потреблением продуктов его неполного окисления процессы деструкции токсичных органических соединений в пространственно неоднородной системе с образованием биопленки.

Теоретическое обоснование нестабильности процессов по признаку эффективности использования источника углерода и энергии дано впервые и служит основой для разработки управляемого интенсивного процесса синтеза биомассы при непрерывном и полупериодическом культивировании микроорганизмов. Качественное представление о характере поведения систем, об условиях появления бистабильных режимов, дает ключ для создания интенсивных процессов. Можно сказать, что разработаны теоретические основы интенсивных процессов микробного синтеза биомассы в полупериодическом и непрерывных режимах культивирования факультативных анаэробов, а также других микроорганизмов с подобным типом поведения. В частности, была разработана технология получения биомассы бактерий Escherichia coli с высокой производительностью (скорость протока 0,5 ч"1 при концентрации биомассы в культуре 30 г/л по сухому весу и коэффициенте использования глюкозы 0,6 г/г). Это не самый высокий результат в данном процессе, так как концентрации субстрата в питательной среде и биомассы на выходе не максимизировали. При этом жизнеспособность культуры бактерий не снижалась и ферменты основного обмена (например, аминоацилсинтетазы) имели высокую активность. Технология реализована в практике получения биомассы и бактериальных препаратов.

Представления о существовании множественных стационарных состояний при деградации смеси ароматических углеводородов построены на основе количественных данных по кинетическим характеристикам подготовительного метаболизма микроорганизмов и его энергетической эффективности. Они легли в основу разработки и реализации технологии очистки фенольных сточных вод коксохимического производства с помощью смешанной культуры микроорганизмов, которая имела значительный экологический эффект.

Пространственная неоднородность в культурах микроорганизмов является существенным фактором для кинетики роста и деструкции органического вещества, который также значим для процессов генетического обмена между микроорганизмами. В формировании селективных свойств среды участвует популяция микроорганизмов. Так, по данным рассмотренных здесь исследований сообщества бактерий и простейших можно предполагать наличие специфичного механизма влияния на кинетику деструкции органических веществ. В частности, в связи с формированием определенной пространственной структуры сообщества водных организмов (сочетание свободноплавающих и агрегированных в частицы взвеси клеток). Для этого рода объектов есть основания рассматривать стратегии оптимального поведения организмов [ 27, 82,116].

Источником другого рода нестабильности микробиологических процессов и изменчивости популяций микроорганизмов служит их генетическая неоднородность. Описаны популяционные механизмы поддержания и формирования гетерогенной структуры популяций и сообществ микроорганизмов.

Количественный анализ гибели и лизиса клеток, проведенный на примере энтеробактерий, в принципе меняет представления о кинетике размножения бактерий в популяциях. В плотной культуре скорость роста и деструкция органического вещества зависят от соотношения размножения, гибели и лизиса клеток. Удельные скорости роста и лизиса могут быть сопоставимы, тогда максимальная скорость роста обеспечивает всего 10 процентов клеток от общей численности. Анализ опубликованных данных показывает, что явление распространено довольно широко. В популяции существует связная система живых, отмерших и лизирующих клеток и, параллельно, прототрофные и аук-сотрофные клетки. Гибель части популяции бактерий увеличивает долю ауксо-трофных клеток на 3 порядка. То же самое можно сказать об агрегировании микроорганизмов и частоте переноса трансмиссивных плазмид, вероятно и в других вариантах переноса генов.

Определенного вида структура популяции размножающихся и лизирующих клеток, существование которой следует из рассмотренной задачи о жизнеспособности популяции бактерий, сосуществовании прототрофных и ауксо-трофных бактерий и максимальной удельной скорости роста, также говорит целесообразности рассмотрения стратегии оптимального поведения организмов. На примере интенсивной культуры бактерий продемонстрировано воздействие популяции на среду обитания, выражающееся в создании селективных условий отбора и выживания популяции в результате альтруистического поведения клеток, отмирающих и лизирующих. Отбор ауксотрофных форм бактерий и создание условий для очень высокой скорости роста идет в специфично организованной системе. Мы имеем, своего рода, самоорганизующуюся систему.

Экспериментальные исследования генетического обмена между взаимодействующими субпопуляциями или популяциями бактерий в агрегатах клеток целенаправленно еще не проводились. Перспективность их следует из проведенного здесь теоретического анализа и ряда прямых и косвенных экспериментальных данных о кинетике сохранения плазмидных клеток в неселективных условиях при наличии клеточных агрегатов. В частности, привлекается внимание к образованию в популяции не просто конъюгирующих пар, а больших агрегатов клеток. Для почвенных систем этот подход представляется необходимым.

Часть результатов имеет в некоторой степени дискуссионный характер, который естественно ожидать, прежде всего, для биологов и при исследовании кинетики роста микроорганизмов. Это необходимый элемент поиска, характеристика его актуальности и значимости.

Библиография Диссертация по биологии, доктора физико-математических наук, Гуревич, Юрий Леонидович, Красноярск

1. Айзатуллин Т.А., Лебедев В.Л., Хайлов K.M. Океан. Фронты, дисперсии, жизнь. Л:. Гидрометеоиздат, 1984. 192 с.

2. Андронов A.A., Леонтович Е.А., Гордон И.И., Майер А.Г. Качественная теория динамических систем на плоскости. М.: Наука, 1966. 568 с.

3. Андронов A.A., Леонтович Е.А., Гордон ИИ, Майер А.Г. Теория бифуркации динамических систем на плоскости. М.: Наука, 1967. 487 с.

4. Базыкин А.Д. Математическая биофизика взаимодействующих популяций. М.: Наука, 1985. 181 с.

5. Баснакьян И. А., Бирюков В. В., Крылов Ю. М. Математическое описание основных кинетических закономерностей процесса культивирования микроорганизмов // Итоги науки и техники. Микробиология. Т. 5. М.: Наука. ВИНИТИ, 1976, С. 5-75.

6. Бебякин Ю.И., Гуревич Ю.Л., Москвина О.И., Пименов И.В., Теремова М.И. Способ получения микробного ценоза для биологической очистки сточных вод углехимического производства. Авт. свид. № 1364608, С02 F 3/34//Б.И. 1988. № 1.

7. Бейли Дж., Оллис Д. Основы биохимической инженерии. М.: Мир, 1989. Т.1. 692 с.

8. Бейли Дж., Оллис Д. Основы биохимической инженерии. М.: Мир, 1989. Т.2. 590 с.• *

9. Белянин В. Н., Сидько Ф. Я., Тренкеншу А. П. Энергетика фотосинтези-рую-щей культуры микроводорослей. Новосибирск: Наука, 1980. 134 с.

10. Бирюков В.В. Нетрадиционные задачи управления процессами культивирования микроорганизмов, решаемые с применением ЭВМ. В кн.: Теория и практика непрерывного культивирования микроорганизмов, М.: Наука, 1980, с. 139-189.

11. Бирюков В.В., Кантере В.М. Оптимизация периодических процессов микробиологического синтеза. М.: Наука. 1985, 292 с.

12. Борисоглебская А.Н., Воронин А.М. Популяционные изменения штамма Pseudomonas putida BS А 202, содержащего плазмиду NPL-1, по особенности к катаболизму нафталина // Микробиология, Т. 52, № 2, С.301-306.

13. Босенко А. М., Лобунов В. С., Аношин В. М., Петроченко Л. В. Метаболиты в среде обитания культуры аспорогенных дрожжей Candida scottii. -В кн.: Механизмы регуляции развития бактериальных популяций. Свердловск, 1977. С. 39-47.

14. Браун В. Генетика бактерий. М.: Наука, 1968. 446 с.

15. Брильков А. В., Печуркин Н. С., Литвинов В. В. Субстратное ингибирова-ние и лимитирование роста Candida tropicalis фенолом в непрерывной хе-мостатной и pH-статной культуре // Микробиология. 1980. Т. 49. № 3. С. 466-472.

16. Вавилин В.А. Время оборота биомассы и деструкция органического вещества в системах биологической очистки. М.: Наука, 1986. 143 с.

17. Вавилин В.А., Васильев В.Б. Математическое моделирование процессов биологической очистки сточных вод активным илом.-М.:Наука,1979.119с.

18. Вальтер Р., Лампрехт И. Современные теории и уравнения роста. В кн. Термодинамика биологических процессов. Под ред. А.И.Зотина. М.: Наука, 1976. С. 98-113.

19. Варфоломеев С.Д., Калюжный С.В. Биотехнология. Кинетические основы микробиологических процессов. М.: Высш. шк. 296 с.

20. Васильев Н. Н., Амбросов В. А., Складнев А. А. Моделирование процессов микробиологического синтеза. М.: Лесная промышленность, 1975. 339 с.

21. Веденина И. Я., Романова А. К. Влияние кислорода на превращение рибу-лозо-1,5-дифосфата у водородной бактерии Hydrogenomonas eutropha // Микробиология. 1975. Т. 44. Вып. 6. С. 1116-1118.

22. Войтович Я. В., Грихутникова Г. П., Михайлов В. Н., Пономарев П. И. Автотрофное выращивание водородных бактерий в непрерывной культуре //Прикл. биохимия и микробиол. 1971. Т. 2. Вып. 2. С. 183-188.

23. Вольтер Б. В., Сальников И. Е. Устойчивость режимов работы химических реакторов. М.: Химия, 1972. 190 с.

24. Выгодский М. Я. Справочник по высшей математике. М.: Наука, 1975. 872 с.

25. Гололобов А. Д., Давидов Е. Р., Латышева Н. Н., Уваров И. П. Пути регуляции конструктивного и энергетического обмена у микроорганизмов. В кн.: Управление биосинтезом микроорганизмов. Красноярск, 1973. с. 16.

26. Горбань А.Н., Охонин В.А., Садовский М.Г., Хлебопрос Р.Г. Условия применимости простейшего уравнения динамики численности популяции // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем,-Л.: Гидрометеоиздат, 1985. Т.8. С.190-196.

27. Горбань А.Н., Хлебопрос Р.Г. Демон Дарвина. Идея оптимальности и естественный отбор. М.: Наука, 1988. 208 с.

28. Горбенко Ю.А. Экология и практическое значение морских микроорганизмов. Киев: Наукова Думка, 1990. 159 с.

29. Готтшалк Г. Метаболизм бактерий. М.: Мир, 1982. 310 с.

30. Гудвин Б. Аналитическая физиология клеток и развивающихся организмов.-М.: Мир, 1979. 287 с.

31. Гуревич Ю. Л. Непрерывное культивирование микроорганизмов как способ изучения динамики популяций в открытых системах. В кн.: Динамика микробных популяций в открытых системах. Красноярск, 1975. С. 3-20.

32. Гуревич Ю.Л. О зависимости кинетики роста микроорганизмов от условий внешней среды. В сб. Лимитирование и ингибирование процессов роста и микробиологического синтеза. Пущино, 1976. С. 74-81.

33. Гуревич Ю. Л. Перспективы использования смешанной культуры дрожжей и бактерий на сложном субстрате,- В кн.: Смешанные проточные культуры микроорганизмов. Новосибирск: Наука, 1981. С. 168-181.

34. Гуревич Ю.Л. Устойчивость и регуляция размножения в микробных популяциях. Новосибирск: Наука, 1984. 161 с.

35. Гуревич Ю.Л. Качественный анализ структуры гетерогенной популяции бактерий В сб.: Анализ роста популяций биофизическими методами. Новосибирск: Наука, 1984. С.22-31.

36. Гуревич Ю.Л., Ладыгина В.П. Образование биопленок обрастания и устойчивость биодеградации токсичных соединений в проточных системах // Проблемы экологического мониторинга экосистем. Л.: Гидрометеоиз-дат, 1986. Т.9. С.22-30.

37. Гуревич Ю.Л., Ладыгина В.П. Устойчивость пространственно-неоднородной непрерывной культуры инфузорий.- Современные проблемы протозоологии. Тез. докладов 4 съезда Всес. об-ва протозоологов. Л.: Наука, 1987. С. 37.

38. Гуревич Ю.Л., Ладыгина В.П., Мануковский Н.С., Теремова М.И. Очистка производственных сточных вод бактериальным сообществом. В сб.: Фундамент, и прикладные проблемы охраны окруж. среды. Т.З. Тез. докл. Межд. конф., 12-16 сент., 1995, Томск. С.87.

39. Гуревич Ю.Л., Ладыгина В.П., Теремова М.И. Деградация техногенных потоков вещества сообществом микроорганизмов и простейших. // Изв. РАН. Сер. биол. 1995. № 2. С. 226-230.

40. Гуревич Ю.Л., Ладыгина В.П., Хлебопрос Т.Р. Анализ нестабильности роста микробных популяций в проточных системах В сб.: Математические методы в химии (ММХ-5). Тез. докл., Грозный, 1985. С.60-61.

41. Гуревич Ю. Л., Марченкова Т. В., Нагирный С. В. Интенсивная культура Escherichia coli- В кн.: Биофизика микробов и биоинженерия. Л., 1976. С. 114-118.

42. Гуревич Ю. Л., Нагирный С. В. Модель роста микроорганизмов при инги-бировании продуктами метаболизма.- В кн.: Биофизика микробов и биоинженерия. Л., 1976. С. 109-113.

43. Гуревич Ю. Л., Нагирный С. В., Хлебопрос Т. Р. Зависимость экономического коэффициента от концентрации субстрата в периодической культуре микроорганизмов. В кн.: Динамика биологических систем. Вып. 1. Горький, 1977. С. 52—55.

44. Гуревич Ю. Л., Нагирный С. В., Хлебопрос Т. Р. Управление процессами культивирования микроорганизмов при образовании продуктов неполного окисления субстрата. В сб.: Биотехнология и биоинженерия. Т.1. Рига: Зинатне. 1978. С.43-45.

45. Гуревич Ю.Л., Пономарев П.И. Основные параметры управления культурой водородных бактерий при лимитировании роста газами. В кн. Хемосинтез в непрерывной культуре. Под ред. И.А.Терскова. - Новосибирск. Наука, 1978. С. 64-79.

46. Гуревич Ю. Л., Теремова М. И., Гладких О. Н. Оптимизация скорости роста Escherichia coli в логарифмической фазе периодической культуры.

47. В кн.: Управление биосинтезом микроорганизмов. Красноярск, 1973. С. 20-21.

48. Гуревич Ю. JL, Теремова М. И., Коцарь С. Г. Рост смешанной культуры бактерий на средах с фенолом. // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем,- JL: Гидрометеоиздат, 1983. Т.5. С. 122-126.

49. Гуревич Ю. JL, Теремова М. И., Латынцева A.B. Флокуляция бактериальных клеток в культуре с простейшими // Изв. РАН Сер. биол. 1998. (в печати).

50. Гуревич Ю.Л., Теремова М.И., Чимаров В.А., Швед B.C., Штейн А.Л. Повышение эффективности биологической очистки фенольных вод // Кокс и химия. 1989. № 1. С.51-52.

51. Дегерменджи А. Г. Проблема сосуществования взаимодействующих проточных популяций В кн.: Смешанные проточные культуры микроорганизмов. Новосибирск: Наука, 1981. С. 26-106.

52. Дегерменджи А. Г., Печуркин Н.С., Шкидченко А.Н. Аутостабилизация факторов, контролирующих роств биологических системах. Новосибирск: Наука, 198 . 139 с.

53. Домарадский И. В. О происхождении внехромосомных факторов на-следст-венности (плазмид) у бактерий // Журн. эволюц. биохим. и физиол.1979. Т. 15. №2. С. 113-115.

54. Дрозд Д. У., Линтон Дж. Д., Дауне Дж. и др. Энергетика роста метило-трофных бактерий В сб.: Рост микроорганизмов на Сi-соединениях. II Междунар. симп. 12-16 сент. 1977. Пущино, 1977. С. 92-95.

55. Ермоленко 3. М., Литвинов В. В., Колесниченко И. Ф., Самойленко В. А, Сохранение плазмид в клетках кишечной палочки при периодическом и непрерывном культивировании // Журн. микробиол., эиидемиол. и имму-нобиол. 1982. № 9. С. 64-68.

56. Заварзин Г. А. Фенотипическая систематика бактерий (пространство логических возможностей). М.: Наука, 1974. 143 с.

57. Заварзин Г. А. Водородные бактерии и карбоксидобактерии. М.: Наука. 1978. 205 с.

58. Иваницкий Г. Р., Кринский В. И., Сельков Е. Е. Математическая биофизика клетки. М.: Наука, 1978. 310 с.

59. Иванов В. Н. Энергетика роста микроорганизмов. Киев: Наукова думка, 1981. 139 с.

60. Иванов В. Н. Экзо- и эндотрофия клетки. Киев: Наук, думка, 1987. 102 с.

61. Иванов В. Н., Подгорский B.C. Энергетика метанол окисляющих дрожжей //Микробиология. 1977. Т. 46. вып. 2. С. 203-209.

62. Иванов В.Н., Угодчиков Г.А. Клеточный цикл микроорганизмов и гетерогенность их популяций. Киев: Наукова Думка, 1984. 279 с.

63. Иерусалимский Н. Д. Основы физиологии микробов. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 244 с.

64. Иерусалимский Н. Д. Принципы регулирования скорости роста микроорганизмов. В кн.: Управляемый биосинтез. М.: Наука, 1966. С. 5-18.

65. Иерусалимский Н. Д., Неронова Н. М. Количественная зависимость между концентрацией продуктов обмена и скоростью роста микроорганизмов // Докл. АН СССР. 1965. Т. 161. № 6. С. 1436-1440.

66. Карасевич Ю.Н. Основы селекции микроорганизмов, утилизирующих синтетические органические соединения. М.: Наука, 1982. 142. с.

67. Кафаров В. В., Винаров А. Ю., Гордеев JI. С. Моделирование биохимических реакторов. М.: Лесная промышленность, 1979. 342 с.

68. Корниш-Боуден Э. Основы ферментативной кинетики.-М.:Мир, 1979. 280 с.

69. Косак Л., Хейнару А. Генетическая и биохимическая нестабильность штаммов бактерий с плазмидами биодеградации, контролирующих окисление нафталина и салициловой кислоты // Учен, записки Тарт. ун-та, 1982. № 624. С.80-95.

70. Кувшинников В. Д., Воробьев А. В., Ерошин В. К., Минкевич И. Г. Изучение эффективности и удельной скорости роста дрожжей НашепШа ро1ушофЬа на метаноле при непрерывном культивировании // Прикл. био-хим. и микробиол. 1978. Т. 14. № 3. С. 366-372.

71. Кураиши М., (^хоучи X., Мацуда Н., Терао И. Исследование работы эр-лифтных ферментеров, созданных для производства белка одноклеточных на метаноле. // В сб.: Рост микроорганизмов на С1-соединениях. II Межд. симп. Пущино, 1977. С. 181-182.

72. Курганов Б.И. Физико-химические механизмы регуляции активности ферментов. 46-е Баховское чтение. М.: Наука, 1992. 62 с.

73. Ладыгина В.П., Гуревич Ю.Л., Теремова М.И. Влияние инфузорий на деградацию ароматических соединений//Цитология. 1992.Т.34. № .4.С.83-84.

74. Лозинов А. Б., Матяшова Р. Н., Еремина С. С., Трутко С. М. Критическая для микроорганизмов концентрация кислорода и ее изменение в зависимости от характера окислительного обмена // Изв. АН СССР. Сер. биол. 1975. №6. С. 820-826.

75. Лурье Ю.Ю., Рыбникова А.И. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.: Химия, 1984. 370. с.

76. Малашенко Ю. Р., Романовская В. А., Троценко Ю. А. Метанокисляющие микроорганизмы. -М.: Наука, 1978. 197 с.

77. Максимов В.И. Многофакторный эксперимент в биологии. М.: Изд-во МГУ, 1980. 278 с.

78. Манаков М. П. Стехиометрия и энергетика биосинтеза // Прикл. биохимия и микробиол. 1981. Т. 17. № 3. С. 375-379.

79. Мануковский Н.С., Бабкина Э.А., Гуревич Ю.Л., Теремова М.И. Деградация алкилсульфоната натрия в соленой воде смешанной культурой микроорганизмов В сб.: Биотехнология защиты окружающей среды. Тез.докл. 1994, Пущино, С. 40.

80. Маргалеф Р. Облик биосферы. М.: Наука, 1992. 214 с.

81. Марри Дж. Нелинейные дифференциальные уравнения в биологии. Лекции о моделях. М.: Мир, 1983. 397 с.

82. Методы общей бактериологии. Под ред. Герхардта Ф. М.: Мир, 1984. Т. 3. 265 с.

83. Марченкова Т. В., Гуревич Ю. Л. Жизнеспособность культуры кишечной палочки // Микробиология, 1976, т. 45, вып. 6, с. 1100-1102

84. Минкевич И. Г., Ерошин В. К. Закономерности внутриклеточного материально-энергетического баланса роста микроорганизмов // Усп. совр. биол., 1976. Т. 82. Вып. 1(4). С. 103-116.

85. Музыченко Л. А. Современное состояние теории и практики непрерывного культивирования. Новое в технике культивирования // Микробиологическая промышленность. 1980. № 2(98). С. 32-49.

86. Напрний С.В., Хлебопрос Т.Р., Гуревич Ю.Л. Модель росту перюдично1 культури MiKpoopram3MiB рот шпбуванш продуктами метабол1зму // Мшробюлопчний журн. 1977. Т. 34. Вып. 4. С.484-485.

87. Непрерывное культивирование микроорганизмов. Под ред. И.Малека и 3 Фенцля М.: Пищевая промышленность, 1968. 545 с.

88. Неронова Н. М., Анчурова А. И., Ибрагимова С. И., Иерусалимский Н. Д. Исследование закономерностей роста Propionibacterium shermanii методом остропроточных опытов //Микробиология. 1967. Т. 36. Вып. 2. С. 259-263.

89. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. Введение.-М: Мир,1990.344 с.

90. Ньюсхолм Э., Старт К. Регуляция метаболизма. М.: Мир, 1977. 407 с.

91. Паников Н.С. Кинетика роста микроорганизмов. М.: Наука, 1992. 311 с.

92. Паников Н. С., Асеева И. В., Чистякова И. К. Кинетика непрерывного роста дрожжевой культуры Debaryomyces formicarius в хемостате и проточных колонках с твердой фазой // Микробиология. 1980. Т. 49. Вып. 5. С. 794-803.

93. Паников Н. С., Бондаренко Т. Ф. Некоторые экспериментальные и теоретические подходы для изучения нестационарной кинетики роста микроорганизмов- Д.: Гидрометеоиздат, 1985. Т.8. С. 190-196.

94. Перт С. Дж. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. М.: Мир, 1978. 331 с.

95. Петрова Т. А., Шанидзе М. И. Динамика роста микроорганизмов при ин-гибировании промежуточным продуктом биосинтеза. В кн.: Лимитирование и ингибирование процессов роста и микробиологического синтеза. Пущино, 1976. С. 81-85.

96. Печуркин Н. С. Популяционная микробиология. Новосибирск: Наука, 1978. 277 с.

97. Печуркин Н. С., Гуревич Ю.Л. Популяционные основы управления процессами микробиологического синтеза,- В сб.: Теория и практика управляемого культивирования микроорганизмов. Ч. 1. Тез. III Всес. совещ. Киев: Наукова Думка, 1981. С. 21-23.

98. Печуркин Н. С., Позмогова И. Н., Терсков И. А. Регулирование процесса непрерывного культивирования Candida tropicalis 29-10 изменением рН-среды //Прикл. биохим. и микробиол. 1969. Т. 5. Вып. 2. С. 158-163.

99. Пономарев П. И., Гуревич Ю. Л. Интенсивность процесса непрерывного культивирования водородных бактерий. В сб. Управление биосинтезомводородных и других хемоавтотрофов. Тез. Всес. совещания 26-28 мая 1976. Красноярск, 1976. С. 62-64.

100. Пономарев П. И., Гуревич Ю. JI. Управление непрерывной культурой водородных бактерий. Там же, С. 65-67.

101. Пономарев П. И., Гуревич Ю. JI. Характеристики непрерывной культуры водородных бактерий в условиях лимитирования газами // Микробиология. 1977. Т. 46. Вып. 1. С. 22-28.

102. Пономарев П. И., Гуревич Ю. JI. Поглощение газов непрерывной культурой Hydrogenomonas eutropha Z-l. В сб.: Рост микроорганизмов на Сг соединениях. Тез. докл. ПМежд. симп., Пущино, 1977. С.199-201.

103. Пономарев П. И., Гуревич Ю. Л. Количественные характеристики роста водородных бактерий в непрерывной культуре. В сб. Биотехнология и биоинженерия. Т.1. Рига: Зинатне. 1978. С.119-121.

104. Производство белка на водороде. Новосибирск: Наука, 1981. 150 с.

105. Пшеничное Р. А., Ткаченко А. Г. Природа и направленность внутрипопу-ляционных сдвигов в бактериальных культурах как отражение меняющихся условий среды.- В кн.: Механизмы регуляции развития бактериальных популяций. Свердловск, 1977. С. 10-15.

106. Работнова И. Л. Исследование физиологического состояния микроорганизмов при непрерывном хемостатном культивировании // Итоги науки и техн. ВИНИТИ АН СССР. Микробиология. Т. 4. М., 1975, С. 5-51.

107. Работнова И. Л., Позмогова И. Н., Хемостатное культивирование и инги-бирование роста микроорганизмов. М.: Наука, 1979. 208 е.

108. Работнова И. Л., Позмогова И. Н., Баснакьян И. А. Хемостатное и периодическое культивирование при изучении физиологии микроорганизмов // Итоги науки и техн. ВИНИТИ АН СССР. Микробиология. Т.П. М., 1981. С.3-54.

109. Работнова И. Л. Некоторые данные о закономерностях роста микроорганизмов // Журн. общ. биол. 1972. Т. 33. № 5. С. 539-554.

110. Романова А. К. Регуляция автотрофной ассимиляции углекислоты при фотосинтезе и хемосинтезе // Успехи микробиологии. 1975. Вып. 10. С. 27-53.

111. Романовская В. А., Людвиченко Е. С., Крыштаб Т. П. и др. Роль экзогенной углекислоты и метаболизм метанокисляющих бактерий // Микробиология. 1980. Т. 49. Вып. 5. С. 687-694.

112. Романовский Ю. М., Степанова Н. В., Чернавский Д. С. Математическое моделирование в биофизике. М.: Наука, 1975. 343 с.

113. Садовская Г.М., Ладыгина В.П., Теремова М.И., Гуревич Ю.Л. Фактор нестабильности в процессе биодеградации сточных вод // Биотехнология. 1995. N 1-2. С. 47-49.

114. Садовский М.Г., Гуревич Ю.Л., Мануковский Н.С. Кинетика образования клеточных агрегатов в системах непрерывного культивирования // Динамика химических и биологических систем. Новосибирск: Наука. Сиб.отд-ние, 1989. С.213-230.

115. Самойленко В. А., Петрикевич С. Б. Влияние температуры на морфологию и скорость роста Candida utilis в лимитированных и нелимитирован-ных условиях культивирования // Микробиология. 1981. Т. 50. Вып 5. С. 873-877.

116. Семенова Л.П., Куранова Н.Ф., Градова Н.Б. Некоторые особенности по-пуляционных изменений дрожжей С. guillieromondii в условиях непрерывного культивирования // Микробиол. пром-сть. 1972. № 3(87). с. 10.

117. Силкин В.А., Золотухин Е.Ю., Бурдин К.С. Биотехнология морских макроводорослей. М.: Изд-во МГУ, 1992. 192 с.

118. Стент Г., Кэлиндар Р. Молекулярная генетика. М.: Мир, 1981. 646 с.

119. Терсков И. А., Гуревич Ю. JI. Особенности непрерывной культуры микроорганизмов как объекта управления В сб. Применение математических методов в микробиологии. Пущино, 1979. С. 51-63.

120. Ткаченко А. Г. О соотношении селективного и аутометаболического типов регуляции численности и структуры бактериальных популяций В кн.: Факторы развития бактериальных популяций. Свердловск, 1980. С. 75-84.

121. Томпсон Дж.М.Т. Неустойчивость и катастрофы в науке и технике. М.: Мир. 1985. 254 с.

122. Тренкеншу Р.П. Влияние организации «узкого места» метаболизма на кинетику ферментативного превращения субстрата // Молекулярная биология. 1988. Т. 22. № 6. С.1464-1472.

123. Трифонова И.Ю., Гуревич Ю.Л. Исследование процессов утилизации молочной сыворотки дрожжами Kluyveromyces marxianus var. lactis // Биотехнология. 1997. № 10. C.48-50.

124. Хельд В., Шландерер Г., Рейманн Д., Делльвег X. Характеристика роста и энергетика дрожжей, выращенных на метаноле В кн.: Рост микроорганизмов на Ci-соединениях. Тез. докл. II Межд. симп. (12-16 сент. 1997, Пущино). Пущино, 1977. С. 83-85.

125. Хесин Р.Б. Непостояноство генома. М.: Наука, 1984. 472 с.

126. Шафоростова Л. Д., Иванова И. И., Работнова И. Л. и др. Роль катаболи-ческих и анаболических процессов с неравномерным ростом Bacillus megaterium в экспоненциальной фазе роста // Микробиология. 1971. Т. 41. Вып. 1. С. 64-67.

127. Шафоростова Л. Д., Иванова И. И., Иерусалимский Н. Д. Влияние условий культивирования на рост Bacillus megaterium в хемостате // Прикл. биохимия и микробиол. 1969. Т. 5. С. 532-536.

128. Швинка Ю.Э. Энергетическая эффективность метаболизма бактерий // Успехи микробиологии. М.: Наука, 1992. С. 211-237.

129. Федорова Т. А. О расчете потребления энергетического субстрата водородными бактериями // Микробиология. 1973. Т. 42, Вып. 1. С. 160-162.

130. Эль-Регистан Г. И., Хохлова Ю. М., Дуда М. В., и др. Выявление и характеристика специфических ауторегуляторных факторов, синтезируемых про- и эукариотными микроорганизмами // Изв. АН СССР. Сер. биол. 1979. № 6. С. 869-876.

131. Эриксон JL, Ерошин В. К. Определение и использование коэффициентов выхода при производстве биомассы // Микробиологическая пром-сть. 1978. № 7. С. 3-8.

132. Яковлев С.В., Карюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. М:. Стройиздат, 1980. 199 с.

133. Achtman М. Mating aggregates in Escherichia culi conjugation // J. Bacteriol. 1975. V. 123. №2. P. 505-515.

134. Aiba S., Nagai S., Nishizawa Y., Onodera M. Energetic and nucleic analyses of a chemostatic culture of Azotobacter vinelandii // J. Gen. and Appl. Microbiol. 1967. V. 13. №1. P. 73-83.

135. Aiba S., Nagai S., Nishisawa Y. Fed batch culture of Saccharomyces cerevisiae: a perspective of computer control to enhance the productivity in baker's yeasts cultivation//Biotechnol. andBioeng. 1976. V. 18. № 7. P. 1001-1016.

136. Andersson L., Strandberg L., Haggstrom L., Enfors S.O. Modeling of high cell density fed batch cultivation // FEMS Microbiol Rev. 1994. V. 14. № 1. P. 39-44.

137. Andrews J. F. A mathematical model for the continuous culture of microorganisms utilizing inhibitory substrates // Biotechnol. and Bioeng. 1968. V. 10. № 6. P. 707-723.

138. Andrews K. J., Hegeman G. D. Selective disadvantage of nonfunctional protein synthesis in Escherichia coli // J. Mol. Evol. 1976. V. 8. P. 317-328.

139. Atkinson B. Consequences of aggregation. In: Microb. Adhezion and Aggreg., ed. K.C.Marshall, Dahlem Konf. 1984, Berlin, Geidelberg, N.T., Tokyo Springer-Verlag, P. 351-371.

140. Babel W. Bewertung von substraten fur das mikrobielle wachturn auf der grum-diage ihres kohlenstofiE/energie verthaltmisses // Z. allg. Mikrobiol. 1979. Bd 19. №9. P. 671-676.

141. Babel W., Müller R.H. Mixed utilization in microorganisms: biochemical aspects and energetics //J. Gen. Microbiol. 1985. V. 131 № 1 P.39-45.

142. Battat E., Goldberg I., Mateles R. I. Growth of Pseudomonas C on Ci compounds: continuous culture // Appl. Microbiol. 1974, V. 28. № 6. P. 906-911.

143. Bauer S., Shiloach J. Maximal exponential growth rate and yield of Escherichia coli obtainable in a bench-scale fermentor // Biotechnol. and Bioeng. 1974. V. 16. №7. P. 933-941.

144. Bauer S., Ziv E. Dense growth of aerobic bacteria in a bench scale fermentor //Biotechnol. and Bioeng. 1976. V. 18. № 1. P.81-94.

145. Bauer S. White M. D. Pilot scale exponential growth of Escherichia coli W to high cell concentration with temperature variation // Biotechnol. and Bioeng. 1976. V. 18. №6. P. 839-846.

146. Bergter F., Roth M. Bistabilitat der pyruvatproduction von Escherichia coli ML 30 in kontinuierlicher kultur // Z. allg. Mikrobiol. 1977. Bd 17. № 1. S. 3-6.

147. Bergter F., Schumann H., Koburger M. Abhängigkeit der spezifischen wachstums-rate von der ammoniumkonzentration bei Escherichia cli ML 30 // Z. allg. Mikrobiol. 1977. Bd 17. № 3. P. 183-189.

148. Betz A., Chance B. Phase relationship of glycolityc intermediates in yeast cells with oscillatory metabolic control // Arch. Biochem. and Biophysics, 1965. V. 109. №3. P. 585-594.

149. Borighem G., Vereecken J. Model of a chemostat utilizing phenol as inhibitory substrate //Ecol. Modelling. 1981. V. 12. № 2. P. 231-243.

150. Borzani W, Gregory R.E., Vairo M.L.R. Some observation on oscillatory changes in the growth rate of Saccharomyces cerevisiae in aerobic continuous undistorbed culture // Biotechnol. andBioeng. 1977. 19. № 9. P. 1363-1374.

151. Brooks J. D. Meers J. L. The effect of discontinuous methanol addition on the growth of a carbon-limited culture of Pseudomonas // J. Gen. Microbiol. 1973. V. 77. №2. P. 513-519.

152. Bryson V. Microbial selection. P. 2. The turbidostatic selector a device for automatic isolation of bacterial variants // Science. 1952. V. 117. p. 48-52.

153. Cane P.A., Williams P.A. The plasmid coded metabolism of naphthalene and 2-methylnaphthalene in Pseudomonas strains: phenotypic changes correlated with structural modification of the plasmid pWWO-1 // J. Gen. Microbiol. 1982. V.128. P.2281-2290.

154. Clark B., Holme W. H. Control of the sequential utilization of glucose and fructose by Escherichia coli // J. Gen. Microbiol. 1976. V. 95. № 2. P. 191-211.

155. Clark D. Y., Marr A. G. Studies on the repression of ß-galactosidase in Escherichia coli // Biochim. et Biophys. acta. 1964. V. 92. № 1. P. 85-98.

156. Chesbro W., Evans T., Eifert R. Very slow growth of Escherichia coli // J. Bac-teriol. 1979. V. 139. № 2. P. 625-638.

157. Cooney C. L., Wang H. Y., Daniel I. C. Computer-aided material balancing for prediction of fermentation parameters // Biotechnol. and Bioeng. 1977. V. 19. №1.P. 55-67.

158. Craig R. A., Clewell D. B. On the nature of bacterial sex pheromones in Streptococcus faecalis // Abstr. 79th Annu. Meet. Amer. Soc. Microbiol. Los Angeles, Calif. 1979.

159. Curds C.R. The ecology and role of protozoa in aerobic sewage treatment processes // Ann. Rev. Microbiol.1982. V. 36. P.27-48.

160. Domach M.M., Leung S.K., Cahn R.E., Cocks G.G., Shuler M.L. // Biotechnol. and Bioeng. 1984. V. 26. № 2. P. 203-216.

161. Droop M.R. The nutrient status of algae cells in continuous culture // J. Mar. Biol. Ass. U.K. 1974. 54. P. 825-855.

162. Drozd J. W., Linton J. L., Downs J., Stephenson R. J. An in situ assessment of the specific lysis rate in continuous cultures of Methylococcus sp. (NCIB 11083) grown on methane // FEMS Microbiol. Lett. 1978. V. 4. № 6. P. 311-314.

163. Dykhuizen D. Selection for tryptophan auxotrophs of Escherichia coli in glucose-limited chemostats as a test of the energy conservation hypothesis of evolution//Evolution (USA). 1978. V. 32. № 1. P. 125-150.

164. Dykhuizen D., Hartl D. Transport by the lactose permease of Escherichia coli as the basic of lactose killing // J. Bacterid. 1978. V. 135. № 3. P. 876-882.

165. Edlin G., Lin L., Bitner R. Reproductive fitness of PI, P2 and Mu lysogens of Escherichia coli // J. Virology. 1977. V. 21. № 2. P. 560-564.

166. Edwards V. H. The influence of high substrate concentration on microbial kinetics //Biotechnol. andBioeng. 1970. V. 12. № 5. P. 679-691.

167. Edwards V. H., Ko K. C., Balogh S. A. Dynamics and control of continuous microbial propagators to subject substrate inhibition // Biotechnol. and Bioeng. 1972. V. 14. №6. P. 939-974.

168. Eggeling L., Sahm H. Enhanced utilization-rate of methanol during growth on a mixed substrate: a continuous culture study with Hansenula polymorpha // Arch. Microbiol. 1981. V. 130. № 5. P. 362-365.

169. Egli Th., Kappeli 0., Fiechter A. Mixed substrate, growth of methylotrophic yeasts in chemostat culture: influence of the dilution rate on the utilization of a mixture glucose and methanol // Arch. Microbiol. 1982. V. 131. № 1. P. 8-13.

170. Ellwood D.C., Keovil C.W., March P.D., et al. Surface-associated growth // Phil. Trans. Roy. Soc. London. 1982. B297. № 1084. P. 517-532.

171. Erickson L. E., Kuvshinnikov V. D., Minkevich I. G., Eroshin V. K. Compari-sion of yield coefficients estimated from measurements of nitrogen, organic substrate, biomass and oxygen during yeast growth // J. Ferment. Technol. 1978. V 5. №5. P. 524-531.

172. Erickson L. E., Minkevich I. G., Eroshin V. K. Application of mass and energy balance regularities in fermentation // Biotechnol. and Bioeng. 1978. V. 20. № 10. P. 1595-1621.

173. Essener A., Roels J. A., Kossen N. W. F., Roosenburg J.W. H. Description of microbial growth behavior during the wash-out phase; determination of the maximum growth rate // Eur. J. Appl. Microbiol, and Biotechnol. 1981. V. 13. №3.P. 141-144.

174. Feist C. F., Hegeman G. D. Phenol and benzoate metabolism by Pseudomonas putida: regulation of tangential pathways // J. Bacterid. 1969. V. 100. № 2. P. 869-877.

175. Fiechter A. Continuous cultivation of yeasts // Meth. Cell. Biol. V. 11. 1975. P. 97-130.

176. Fletcher M., Marshall K.C. Are solid surfaces of ecological significance to aquatic bacterial? //Adv. Microb. Ecol. 1982. V. 6. P. 199-236.

177. Fredrickson A.G. Formulation of structured growth model // Biotechnol. and Bioeng. 1976. p. 1481.

178. Fujiwara M., Golovleva L.A., Saeki, Nozaki M., Hayaishi O. Extradiol cleavage of 3-substituted catechols by an intradiol dioxygenase, pyrocatechase from a pseudomonad // J. Biol. Chem. 1975. V. 250. № 13. P. 4848-4855.

179. Gilley J. W., Bungay H. R. Oscillatory growth rate responses of Saccharomyces cerevisiae in continuous culture // Biotechnol. and Bioeng. 1967. V. 9. № 4. \\ 617-622.

180. Goodwin D., Slater J. H. The influence of the growth environment on the stability of a drug resistance plasmid in Escherichia coli K 12 // J. Gen. Microbiol.1979. V. 111.№1.P. 201-210.

181. Gottschal J. C., Kuenen J. G. Mixotrophic growth of Thiobacillus A2 on acetate and thiosulfate as growth limiting substrates in the chemostat // Arch. Microbiol.1980. V. 126. № l.P. 33-42.

182. Gude H., Strohl W. R., Larkin J. M. Mixotrophic and heterotrophic growth of Beggiatoa alba in continuous culture // Arch. Microbiol. 1981. V. 129. № 5. P. 357-360.

183. Gurevich Yu. L., Ladygina V.P. The stability of biodégradation of toxic substrates in a chemostat with respect to cells attachment // 9th ISCC «Cont. Culture in biotechnol. and environment conservation», 1987. P.20.

184. Gurevich Y.L., Ladygina V.P. Effect of protozoa on bacterial degradation of aromatic hydrocarbons // Stud. Environ. Sci. 1991, 42, /Environ. Biotechnol./, P.147-153.

185. Gurevich Yu. L., Marchenkova T. V. Nagirnyi S.V. Viability and growth rate of Escherichia coli in continuous culture //In: Continuous cultivation of microorganisms. Proc. 7th Symp. Prague, July 10-14, 1978, Prague, 1980, P. 41-47.

186. Gurevich Yu. L., Nagirniy S. V., Khlebopros T. R. Stability of intensive processes of continuous microbial culture // In: 7th Int. Symp. Cont. Cultiv. Prague, July 10-14,1978. Abstr. of Papers. P. 32.

187. Gurevich Yu. L., Teremova M.I. Stability and kinetics of bacterial degradation of aromatic hydrocarbon 9th ISCC «Continuous culture in biotechnology and environment conservation», Books of Abstr. Hradec Kralove. Czeck.,1987, P.21.

188. Guthke R., Knorre W. A. Bistabilitat in model der mikrobiellen produktbildung // Z. allg. Mikrobiol. 1980. Bd 20. № 7. P. 441-447.

189. Hamzah R.V., Al-Baharna B.S. Catechol ring-cleavage in Pseudomonas cepacia: the simultaneous induction of ortho and meta pathways // Appl. Microbiol, and Biotechnol. 1994. v. 41. № 2. p. 250.

190. Hattori R. Growth of Escherichia coli on the surface of an anion-exchange resin in continuous flow system // J. Gen. and Appl. Microbiol. 1972. V. 18. № 5. P. 319-330.

191. Hattori R., Hattori T. Growth rate and molar growth yield of Escherichia coli adsorbed on an anion-exchange resin // J. Gen. and Appl. Microbiol. 1981. V. 27. № 4. P. 287-298.

192. Heinzle E., LafFerty R. M. A kinetic model for growth and synthesis of poly-ß-hydroxybutyric acid (PHB) in Alcaligenes eutrophus H-16 // Eur, J. Appl. Microbiol. and Biotechnol. 1980. V. 11. № 1. P. 8-16.

193. Hemplling W. P., Mainzer S. E. Effects of varying the carbon source limiting growth on yield and maintenance characteristics of Escherichia coli in continuous culture // J. Bacterid. 1975. V. 123. № 3. P. 1076-1087.

194. Herbert D. Some principles of continuous culture // In: Recent progress in mi-crobiol. Stockholm, 1959. P. 381-396.

195. Herbert D. Stoichiometric aspects of microbial growth // In: Continuous culture 6: Applications and New Filds. L., 1976. P. 1-28.

196. Herbert D., Kornberg H. L. Glucose transport as rate limiting stop in the growth of Escherichia coli on glucose // Biochem. J. 1976. V. 156. № 2. P. 477-480.

197. Hill S., Drozd J. W., Postgate J. R. Environmental effects on the growth of nitrogen-fixing bacteria // J. Appl. Chem. and Biotechnol. 1972. V. 22. № 4. P. 541-551.

198. Hill G. A., Robinson C. W. Substrate inhibition kinetics phenol degradation by Pseudomonas putida//Biotechnol. andBioeng. 1975. V. 17. № 11. P. 1599-1615.

199. Hilliger M., Muller P. J. Stability of Streptomyces hydroscopicus IMET JA 6599 under different cultivation conditions in the chemostat // Z. allg. Mikrobiol. 1980. Bd 20. № 4. P. 265-269.

200. Ho K. P., Payne W. J. Assimilation efficiency and energy contents of prototrophic bacteria//Biotechnol. andBioeng. 1979. V. 21. № 5. P. 787-802.

201. Hofle M.G. Glucose uptake of Cytophaga johnsonae studied in batch and chemostat culture // Arch. Microbiol. 1982. V. 133. № 4. P. 289-294.

202. Hofle M.G. Long-term changes in chemostat cultures of Cytophaga johnsonae // Appl. and Environ. Microbiol. 1983. V. 46. № 5. p. 1045-1053.

203. Hospodka I. Oxygen-absorption rate-controlled feeding of substrate into aerobic microbial cultures //Biotechnol. andBioeng. 1966. V. 8. N 1. P. 117-134.

204. Howell J. A., Chi C. T., Pawlowsky U. Effect of wall growth on scale-up problems and dynamic operating characteristics of the biological reactor // Biotechnol. andBioeng. 1972. V. 14. № 2. P. 253-265.

205. Hsu E. Y., Vaughn R. H. Production and catabolite repression of the constitutive polygalactyronic acid transaliminase Aeromonas liquefaciens // J. Bacteriol. 1969. V.98. № 1. P.172-181.

206. Jain V. K. Relationship between energy metabolism and growth. 1. Glucose dependence of the exponential growth rate of Saccharomyces cerevisiae // Arch. Microbiol. 1970. V. 72. № 3. p. 252-259.

207. Jannasch H. W., Mateles R. 1. Experimental bacterial ecology in continuous culture//Adv. Microbial. Physiology. 1974. V. 11. P. 165-212.

208. Jones B.F., Stanier R.Y. Regulation of the p-ketoadipate pathway in Alcaligenes eutrophus // J. Bacteriol. 1971. V.107. № 2. P. 474-485.

209. Jones G. L., Jansen F., McKay A. J. Substrate inhibition of the growth of Bacterium NCIB 8250 by phenol // J. Gen. Microbiol. 1973. V.74. P. 139-148.

210. Jones K.H., Trudgill P.W., Hopper D.J. Evidence of two pathways for the metabolism of phenol by Aspergillus fumigatus // Arch. Microbiol. 1995. V.163. № 3. P.176-181.

211. Klemperer R. M. M., Ismail N. T. A. J., Brown M. R. W. Effect of R plasmid RPI on the nutritional requirements of Escherichia coli in batch culture // J. Gen Microbiol. 1979. V. 115. № 2. P. 325-331.

212. Knorre W. A., Bergter F., Simon Z. Multistability in metabolic systems // Stud. Biophysica. 1975. Bd 49. № 2. P. 81-89.

213. Koch A. L. Evolution of antibiotic resistance gene function // Microbiol. Rev. 1981. V. 45. №2. P. 355-378.

214. Kodama T., Igarashi Y., Minoda Y. Material balance and efficiency of energy conversion for the autotrophic growth of a hydrogen bacterium // Agr. Biol. Chem. 1975. V. 39. № 1. P. 83-87.

215. Koga S., Humphrey A.E. Study on dynamic behavior of the chemostat system // Biotechnol. andBioeng. 1967. v.9. P.375-386.

216. Korz D.J. Entwicklung von prozessstrategien zuz kultivierung von Escherichia coli zu hohen zelldichten // Diss. Dok. Ing., Fak fur Brauw., Lebensmitteltechn. und Milchwiss. Techn/ Univ. München, 173 p.

217. Kuhn H., Friederich U., Fiechter A. Defined minimal medium for a thermophilic Bacillus sp. developed by a chemostat pulse and shift technique // Eur. J. Appl. and Biotechnol. 1979 V.6. № 4. P. 341-349.

218. Lamanna C. Studies on endogenous metabolism in bacteriology // Ann. N Y Acad. Sei. 1963. V. 102. № 3. P. 517-520.

219. La Motta E.J. Kinetics of growth and substrate uptake in a biological film system // Appl. and Environ. Microbiol. 1976. V. 31. № 2. P. 286-293.

220. Landwall P., Holme T. Removal of inhibitors of bacterial growth by dialysis culture // J. Gen. Microbiol. 1977. V. 103. № 2. P. 345-352.

221. Landwall P., Holme T. Influence of glucose and dissolved oxygen concentrations on yields of Escherichia coli B in dialysis culture // Ibid. P. 353-358.

222. Larsen D.H., Dimmick R.L. Attacment and growth of bacteria on surfaces of continuous culture vessels // J. Bacterid. 1964. 88. № 5. P.1380-1387.

223. Lazar J.G., Ross J. Changes in mean concentration, phase shift, and dissipation in a forced oscillatory reaction // Science. V.247. P. 189-192.

224. Lee S. E., Humphrey A. E. Use of continuous culture techniques for determining the growth kinetics of a cellulolytic thermoactinomyces sp. // Biotechnol. and Bioeng. 1979. V. 21. № 7. P. 1277-1288.

225. Leefeldt R. H., Matin A. Growth and physiology of Thiobacillus novellus under nutrient limited mixotrophic conditions // J. Bacterid. 1980. V.142. P.645-650.

226. Levin B. R., Stewart F. M., Rice V. A. The kinetics of conjugative plasmid transmission: fit of a simple mass action model // Plasmid. 1979. № 2. p. 247-260.

227. Leuenberger H. G. W. Cultivation of Saccharomyces cerevisiae in continuous culture // Arch. Microbiol. 1972. V. 83. № 4. P. 347-358.

228. Lin L., Bitner R., Edlin G. Increased reproductive fitnes of Escherichia coli lambda lysogens // J. Virology. 1977. V. 21. № 2. P. 554-559.

229. Linton J. U., Buckee J. C. Interactions in a methane-utilizing mixed bacterial culture in a chemostat // J. Gen. Microbiol. 1977. V. 101. № 2. P. 219-225.

230. Linton J. D., Griffits K., Gregory M. The effect of glucose and formate on the yield and respiration of a chemostat culture of Beneckea natrigenes // Arch. Microbiol. 1981. V. 129. № 2. P. 119-122.

231. Linton J. D., Stephenson R. J. A preliminary study on growth yields in relation to the carbon and energy content of various organic growth substrates // FEMS Microbiol. Lett. 1978. V.3. № 2. P. 95-98.

232. Madron F. Material-balance calculation of fermentation process // Biotechnol. and Bioeng. 1979. V. 21. № 8. P. 1487-1490.

233. Mallette M. F. Validity of the concept of energy of maintenance // Ann. N. Y. Acad. Sci. 1963. V. 102. № 3. P. 521-535.

234. Manian S.S., Ward F.B. The effect of growth rate on the viability of Bacillus stearothermophilus //FEMS Microbiol. Lett. 1983. V. 18. P. 161-165.

235. Manukovski N.S., Teremova M.I., Gurevich Y.L., Pan'kova I.M. Phenol and naphthalene degradation by mixed culture of microorganisms // Stud. Environ. Sci. 1991. 42. /Environ. Biotechnol./. P. 155-163.

236. Marr A. G., Nilson E. H., Clark D. J. The maintenance requirement of Escherichia coli // Ann. N. Y. Acad. Sci. 1963. V. 102. № 3. P. 536-548.

237. Martin G. A., Hempfling W. P. A method for the regulation of microbial population density during continuous culture at high growth rates // Arch. Microbiol. 1976. V. 107. №1. P. 41-47.

238. Mason T. G., Slater J. H. Competition between on Escherichia coli tyrosine auxotroph and a prototrophic revertant in glucose- and tyrosine-limited chemo-stats // Antonie van Leeuwenhoek. 1979. V. 45. № 2. P. 253-263.

239. Matsche N. F., Andrews J. F. A mathematical model for the continuous cultivation of thermophilic microorganisms // Biotechnol. and Bioeng. Symp. 1973. № 4. P. 1. P. 77-90.

240. Mayberry W. R., Prochazka G. J., Payne W. J. Growth yields of bacteria on selected organic compounds //Appl. Microbiol. 1967. V. 15. № 6. P. 1332-1338.

241. McQuillen K. Lysis resulting from metabolic disturbance // J. Gen. Microbiol. 1958. V.18. P. 498-512.

242. Mell H., Bronder M., Kroger A. Cell yields of Vibrio succinogenes growing with formate and fumarate as sole carbon and energy sources in chemostat culture // Arch. Microbiol. 1982. № 3. P.224 228.

243. Meyer J.S., Marcus M.D. Inhibitory interactions of aromatic organics during microbial degradation // Environ. Toxicol, and Chem. 1976. V.3. P.583-587.

244. Minkevich I. G., Eroshin V. K. Productivity and heat generation of fermentation under oxygen limitation // Fol. Microbiol. 1973. V. 18. № 5. P. 376-385.

245. Mizobuchi T., Monta S., Yano T. Stability and phase plane analyses of continuous phenol biodégradation: a simple case // J. Ferment. Technol. 1980. V. 58. № 1. P. 33-38.

246. Monod J. La technique de culture continue. Theorie et applications // Ann. Inst. Pasteur. 1950. V. 79. P. 390-410.

247. Muller P. J., von Frommannsliausen B., Schutz H. Regulation of ammonia assimilation in ammonia-limited chemostat cultures of Escherichia coli ML-30: evidence of bistability // Z. allg. Mikrobiol. 1981. Bd 21. № 5. P. 361-372.

248. Muller P. J., von Frommannshausen B. Bistability in the glucose and energy metabolism of ammonia-limited chemostat of Escherichia coli ML 30 // Z. allg. Microbiol. 1982. Bd 22. № 3. P. 185-190.

249. Murray K., Williams P.A. Role of catechol and the methylcatehols as inducers of aromatic metabolism in Pseudomonas putida // J. Bacteriol. 1974. V.l 17. № 3. P. 1153-1157.

250. Nagai S., Aiba S. Reassesment of maintenance and energy uncoupling in the growth of Azotobacter vinelandii//J. Gen. Microbiol. 1972 V. 73. № 3. P. 531-538.

251. Nakano M. M., Ozawa K., Ogawara H. Possible involvement of a plasmid in arginine auxotrophic mutation of Streptomyces kasugaensis // J. Bacteriol. 1980. V. 143. №3. P. 1501-1503.

252. Namdari H., Cabelli V.J. The suicide phenomenon in motile aeromonads // Appl. and Environ. Microbiol. 1989. V. 55. № 3. P.543-547.

253. Navarro J.M., Durand G. Modifications de la croissance de Saccharomyces uvarum par immobilisation sur support solide // C.r. Acad. Sei. 1980. D290. № 6. P.453-456.

254. Neijssel O. M., Tempest D. W. Production of gluconic acid and 2-ketogluconic acid by Klebsiella aerogenes NCTC 418 // Arch. Microbiol. 1975. V. 105. № 2. P. 183-185.

255. Neijssel O. M., Tempest D. W. Bioenergetic aspects of aerobic growth of Klebsiella aerogenes NCTC 418 in carbon-limited and carbon sufficient che-mostat culture // Arch. Microbiol. 1976. V. 107. № 2. P. 215-221.

256. Neijssel O. M., Tempest D. W. The role of energy-spilling reactions in the growth of Klebsiella aerogenes NCTC 418 in aerobic chemostat culture // Arch. Microbiol. 1976. V. 110. № 3. P. 305-311.

257. Neijssel O. M., Tempest D. W. The physiology of metabolite over production. - In: Microbial Technology: Current State, Future Prospects. 29 Symp. Soc. Gen. Microbiol. Cambridge, 1979. P. 53-82.

258. Noack U., Roth M., Muller G., Undisz K. Genetic instability of industrial Streptomyces and E. coli strains during continuous cultivation In: 2 Symp. der Sozialist. Lander uber Biotechnol. Leipzig. 2-5. 12. 1980. Leipzig, 1980. P. 10.

259. Nobuochi M., Masanobu A., Yoshiyuki A. Isolation, identification and several characteristics of luminous bacteria // J. Gen. and Appl. Microbiol. 1979. V. 25. № 6. P. 387-396.

260. Nortrop 1. H. The proportion of tetramycin resistant mutants in B. megaterium cultures// J. Gen. Physiol. 1957. V. 41. № 1. P. 131-141.

261. Novick A., Szilard L. Experiments with the chemostat on spontaneous mutations of bacteria // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1950. V. 36. P. 708-719.

262. Nyholm N. A mathematical model for microbial growth under limitation by conservative substrates // Biotechnol. and Bioeng. 1976. № 8. P. 1043-1056.

263. Nyholm N. Kinetics of phosphate limited algal growth // Biotechnol. and Bioeng. 1977. V. 19. № 4. P. 467-492.

264. Ogawa T., Aiba S. Bioenergetic analysis of mixotrophic growth in Chlorella vulgaris and Scenedesmus acutus // Biotechnol. and Bioeng. 1981. V. 23. № 5. P.1121-1132.

265. Okada W., Fukuda H., Morikawa H. Kinetic expressions of ethanol production rate and ethanol consumption rate in baker's yeast cultivation // J. Ferment. Technol. 1981. V. 59. № 2. P. 103-109.

266. Oltmann L.E., Schoenmaker G.S., Reijenders W.N.M., Stouthamer A.H. Modification of the pH-auxostat culture method for the mass cultivation of bacteria//Biotechnol. andBioeng. 1978. V.20. № 6. P.921-925.

267. Parades Lopez O., Cainargo-Rubio E., Ornelas-Vale A. Influence of specific growth rate on biomass yield, productivity, and composition of Candida utilis in batch and continuous culture // Appl. and Environ, Microbiol. 1976 V. 31. № 4. P. 487-491.

268. Pawlowsky U., Howell J. A., Chi C. T. Mixed culture biooxidation of phenol. III. Existence of multiple steady states in continuous culture with wall growth // Biotechnol. andBioeng. 1973. V. 15. № 5. P. 905-916.

269. Payne W. J. Energy yields and growth heterotrophs // Ann. Rev. Microbiol. 1970. V. 24. P. 17-52.

270. Pazlarova J., Fend Z. Conditions of continuous a-amylase production by Bacillus subtilis // In: Continuous cultivation of microorganisms. Proc. 7th Symp. Prague, July 10-14,1978. Prague, 1980. P. 759-768.

271. Peringer P., Blachere H.T. Modeling and optimal control of baker's yeast production in repeated fed-batch culture // Biotechnol. and Bioeng. 1979. № 9. P.205-213.

272. Pirt S. J. The maintenance energy of bacteria in growing culture // Proc. Roy. Soc. 1975. B163. № 994. P. 224-231.

273. Pirt S.J. Maintenance energy: a general model for energy-limited and energy-sufficient growth // Arch. Microbiol. 1982. V. 133. № 4. P.300-302.

274. Polakis E. S., Bartley W., Meek G. A. Changes in the activities of respiratory enzymes during the aerobic growth of yeast on different carbon sources // Bio-chem. J. 1965. V. 97. № 1. P. 298.

275. Ramkrishna D., Frederickson A.G., Tsuchiya H.M. Dynamics of microbial propagation: Models considering inhibitors and variable cell composition // Biotechnol. and Bioeng. 1967. № 2. P. 129-170.

276. Rickard P. A. D., Moss F. J., Phillips D., Mok T. C. K. The effects of glucose and oxygen on the cytocromes and metabolic activity of yeast batch cultures. 2. Candida utilis // Biotechnol. and Bioeng. 1971. V. 13. № 2. P. 169-184.

277. Robra K. H., Lafferty R. M., Schlegel H. G. Die gasversorgung von wasserstoffbakterien in submerskultur // Zbl. Bakteriol. 1972. Abt 2. Bd 127. № 7-8. P. 649-664.

278. Roels J. A. Bioengineering reports: application of macroscopic principles to mi-crobiol metabolism // // Biotechnol. and Bioeng. 1980. № 22. P. 2457-2514.

279. Roth M., Noack D. Genetic stability of differentiated functions in Streptomyces hydroscopicus in relation to conditions of continuous culture // J. Gen. Microbiol. 1982. V. 128. № 1. P. 107-114.

280. Schulze K. L., Lipe R. S. Relationship between substrate concentration, growth rate and respiration rate of Escherichia coli in continuous culture // Arch. Mikro-biol. 1964. Bd 48. № 8. P. 1-28.

281. Shaforostova L. D., Ivanova I. I. e. a. Growth of microorganisms during exponential phase //Biotechnol. and Bioeng. Symp. 1973. № 4. P. 1. P. 175-187.

282. Shehata T. E., Marr A. G. Effect of nutrient concentration no the growth of Escherichia coli // J. Bacteriol. 1971. V. 107. № 1. P. 210-216.

283. Sikyta B., Fencl Z. Continuous production of enzyme // In: Continuous culture 6: Applications and New Fields. L., 1976. P. 158-169.

284. Silver J. S., Mateles R. I. Control of mixed-substrate utilization in continuous cultures of Escherichia coli // J. Bacteriol. 1969. V. 97. № 2. P. 535-543.

285. Simkins S., Alexander M. Nonlinear estimation of the parameters of Monod kinetics that best describe mineralization of several substrate concentrations by dissimilar bacterial densities // Appl. and Environ. Microbiol. 1985. V.50. № 44. P.816-824

286. Sinclair C.G., Topiwala H.H. Model or continuous culture which considers the viability concept//Biotechnol. andBioeng. 1970. V. 12. № 6. P. 1069-1070.

287. Sokol W., Howell J. A. Kinetics of phenol oxidation by washed cells // Biotechnol. and Bioeng. 1981. V. 23. № 9. P. 2039-2049.

288. Solomon B. O., Erickson L. E., Hess J. E., Yang S. S. Maximum likelihood estimation of growth yields // Biotechnol. and Bioeng. 1982. №3. P. 633-649.

289. Standing C. N., Fredrickson A.G., Tsuchiya H. M. Batch and continuous culture transient for two substrate systems // Appl. Microbiol. 1972. №2. P. 354-359.

290. Stewart F. M., Levin B. R. The population biology of bacterial plasmids: a priori conditions for the existense of conjugationally transmitted factors // Genetics. 1977. V. 87. №2. P. 209-228.

291. Stouthamer A. H., Bettenhaussen C. W. Determination of the efficiency of oxidative phosphorylation in continuous cultures of Aerobacter aerogenes // Arch. Microbiol. 1975. V. 102. № 3. P. 187-192.

292. Stouthamer A. H., Bettenhaussen C. W. // Arch. Microbiol. 1976. V. 111. № 1. P. 21-23.

293. Strudsbolm K., Damgaard J., Emborg C. Application of statistical experimental designs in computer simulations of run-away fermentations // Bioprocess Eng. 1992. V. 3.№3-4. P. 113-119.

294. Toda K., Yabe I., Yamagata T. Kinetics of biphasic growth of yeast in continuous and fed-batch cultures // Biotechnol. and Bioeng. 1980. V. 22. № 9. P. 1805-1827.

295. Tseng M. M. C., Wayman M. Kinetics of yeast growth: inhibition-threshold substrate concentrations // Can. J. Microbiol. 1975. V. 21. № 7. P. 994-1003.

296. Van Liere L., Mur L. R. Growth kinetics of Oscillatoria agardhii Gomont in continuous culture, limited in its growth by the light energy supply // J. Gen. Microbiol. 1979. V. 115. № 1. P. 153-160.

297. Van Uden N., Madeira-Lopes A. Yield and maintenance relations of yeast growth in the chomostat of superoplimal temperature // Biotechnol. and Bioeng. 1976. V. 18. №6. P. 791-804.

298. Wang H. Y., Cooney C. L., Daniel 1. T. Computer-aided baker's yeast fermentation//Biotechnol. and Bioeng. 1977. V. 19. № 1. P. 69-86.

299. Watson T. G. Effects of sodium chloride on steady stale growth and metabolism of Saccharomyces cerevisiae // J. Gen. Microbiol. V. 64. № 1. P. 91-99.

300. Weigand W.A., Lim H.C., Creagan C.C., Mohler R.D. Optimization of repeated fed-batch reaction for maximum cell productivity // Biotechnol. and Bioeng. Symp. 1979. № 9. P. 335-348.

301. Whate P., Aborheg S., Hong E., Rogers P.L. Microprocessor control of respiratory quotient // Biotechnol. and Bioeng. 1978. V. 20. № 9. P. 1459-1463.

302. Whiting P.H., Midley M., Dawes E.A. The role of glucose limitation in the regulation of the transport of glucose, gluconate and 2-oxogluconate and of glucose metabolism in Pseudomod\nas aeruginosa // J. Gen. Microbiol. 1976. V. 92. № 2. P.304-310.

303. Williams P. H. Novel iron uptake system specified by Col V plasmids: an important component in the virulence of strains of Escherichia coli // Infec. and Immunol. 1979. V. 26. № 3. P. 925-932.

304. Wood A. P., Kelly D. P. Mixotrophic growth of Thiobacillus A2 in chemostat culture on formate and glucose // J. Gen. Microbiol. 1981. V. 125. № 1. P. 55-62.

305. Yamane T., Hirano S. Semi-batch culture of microorganisms with constant fed of substrate. A mathematical simulation// J. Ferment Technol. 1977. № 2. P.156-165.

306. Yamane T., Sado E., Takamatsu T. Start-up of chemostat: application of fed-batch culture // Biotechnol. and Bioeng. 1979. V. 21. № 1. P. 111-129.

307. Yamane T., Tsukano M. Effect of several substrate feeding modes on production of extracellular a-amylase by fed-batch culture of Bacillus megaterium. // J. Ferment. Technol. 1977. V. 55. № 3. P. 233-242.

308. Yang R. D., Humphrey A. E. Dynamic and steady state studies of phenol biodégradation in pure and mixed cultures // Biotechnol. and Bioeng. 1975. V. 17. № 8. P. 1211-1235.

309. Yang R.Y.K., Su J. Improvement of chemostat performance via nonlinear oscillations. Part 1: Operating strategy // Bioprocess Eng. 1993.V. 9. P. 97-102.

310. Yano T., Kobayashi T., Shimizu S. Fed-batch culture of methanol-ulilizing bacterium with DO-stat // J. Ferment, Technol. 1978. V. 56. № 4. p. 416-420.

311. Yano T., Koga S. Dynamics behavior of the chemostat subject to substrate inhibition//Biotechnol. and Bioeng. 1969. V. 11. № 1. P. 139-153.

312. Zines D.O., Rogers P. L. A chemostat study of ethanol inhibition // Biotechnol. and Bioeng. 1971. V. 13. № 2. P. 293-308.

313. Ztind P., Lebek G. Generation time-prolonging R-plasmids: correlation between increases in the generation time-of E. coli caused by R-plasmids and their molecular size // Plasmid. 1980. V. 3. № 1. P. 65-69.

314. Zwieterig M.H., Jongenburger I., Rombouts F.M., K. van't Riet. Modeling of the bacterial growth curve // Appl. and Environ. Microbiol. 1990. V. 56. № 6. P.1875-1881.

315. Postgate J.R. Viability measurements and survival of microbes under minimum stress//Adv/Microbiol. Physiol. 1967. V.l. P. 1-23.

Информация о работе

Гуревич, Юрий Леонидович
доктора физико-математических наук
Красноярск, 1998
ВАК 03.00.02

Диссертация

Особенности кинетики роста популяций микроорганизмов - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы