Citometria a flusso per analisi microbica di attuabilità del bioreattore

I bioreattori microbici sono ampiamente usati per trattamento delle acque reflue e le impostazioni differenti del reattore sono state introdotte per conservare la biomassa microbica mentre scaricano l'acqua pulita. La conservazione dei microbi nel bioreattore è cruciale, poichè il periodo start-up di un reattore senza biofilm preformato può essere parecchi mesi.

bioreattoreCredito di immagine: FOTOGRIN/Shutterstock.com

Se un bioreattore non può essere funzionato continuamente, tuttavia, lo stoccaggio dei biofilms stabiliti sarebbe altamente utile per un riavvio successivo del reattore. I ricercatori dalla Cina e dal Canada hanno citometria a flusso recentemente utilizzata per dimostrare con le macchie fluorescenti delle celle morte che lo stoccaggio del biofilm a °C 4 è la cosa migliore da mantenere l'attuabilità del biofilm.

Questa ricerca è stata pubblicata nella ricerca idrica del giornale.

L'acqua di scarico dalle famiglie e dalle varie industrie è ricca in carbonio ed azoto organici, entrambe le sostanze nutrienti importanti per i microrganismi. Tuttavia, questo implica che l'acqua di scarico non possa essere scaricata nell'ambiente.

Se le quantità elevate delle sostanze nutrienti organiche raggiungono nelle acque di superficie, come i fiumi ed i laghi, causano l'eutrofizzazione che può piombo ai blumi d'alghe ed alla forte crescita microbica. Ciò può rendere le acque di superficie anossiche e nuvolose, circostanze che sono letali per gli organismi acquatici quali il pesce ed i vari impianti.

Per impedire tali blumi, l'acqua di scarico le comunità umane è pulita negli impianti dell'acqua di scarico, di modo che soltanto l'acqua pulita è scaricata all'ambiente. Poichè i microbi sono molto efficienti nel prendere le sostanze nutrienti organiche dell'azoto e del carbonio, gli impianti dell'acqua di scarico sono normalmente bioreattori, in cui un trattamento microbico controllato dentro una camera del reattore consuma le sostanze nutrienti, piuttosto che un blumo incontrollato in acque di superficie.

La conservazione dei microbi dentro il reattore, quindi, diventa importante, mentre sono richiesti per la funzione del reattore e non si svilupperanno nell'acqua scaricata.

Un esempio di tali bioreattori microbici è reattori della denitrificazione, in cui i microbi convertono l'azoto da acqua di scarico in diazoto del gas (n)2, che può sfuggire a nell'aria ambientale poiché N2 è la componente principale dell'aria. Per conservare i microrganismi, i trattamenti del reattore sono stati destinati in modo che i microrganismi si sviluppassero in biofilms che possono essere conservati facilmente tramite filtrazione.

Tuttavia, poiché i microbi saranno sospesi simultaneamente bene dentro l'acqua di scarico, i tipi di reattore quale il bioreattore del letto mobile (MBBR) sono stati sviluppati, dove i biofilms microbici stanno sviluppando sulle particelle solide che possono essere sospese mescolandosi mentre facilitano la conservazione del microbo durante lo scarico dell'acqua efluenta pulita.

Una volta che un biofilm microbico si è sviluppato sulle particelle di MBBR, queste particelle sono riciclate normalmente, poichè un MBBR-biofilm stabilito può riattivare il trattamento delle acque subito dopo che una nuova serie di acqua di scarico si aggiunge.

Tuttavia, se il bioreattore deve temporaneamente essere fermato, quale a manutenzione prova, un metodo di stoccaggio per le biofilm-particelle sarebbe desiderabile in moda da potere rimettere in moto i reattori più velocemente.

Un gruppo di ricerca dalla Cina e dal Canada, piombo dal Dott. Ji Li (università di Jiangnan ed istituto universitario di Jiangsu), ora ha dimostrato che uno stoccaggio di 4 °C è ottimale per i biofilms della denitrificazione ed è dimostrato da citometria a flusso che minimizza la morte delle celle dentro il biofilm.

Tenendo i biofilms microbici vivi

I ricercatori hanno ricevuto le particelle di MBBR con i biofilms di denitrificazione da un impianto di trattamento delle acque reflue. I campioni sono stati memorizzati a 4°C, a °C 20 °C o -20 per cinque mesi, dopo di che ai biofilms dove disintegrati. Le celle individualizzate fluorescente sono state macchiate con una macchia commerciale per le celle morte e sono state contate da citometria a flusso.

Ulteriormente, gli scienziati hanno usato i biofilms memorizzati per iniziare sui bioreattori a livello di laboratorio per correlare i loro risultati di citometria a flusso con attività reale della denitrificazione nel reattore.

Gli scienziati hanno dimostrato che la sopravvivenza delle celle era più alta nei biofilms memorizzati a 4 °C. Il più alta sopravvivenza ha correlato con un'più alta tariffa della denitrificazione dopo la rimessa in moto del reattore con i biofilms. Poichè è concepibile che i biofilms microbici sopravvivono a meglio a più basso, ma al congelamento, le temperature, questo metodo di citometria a flusso possono diventare utili da riflettere i biofilms memorizzati per i bioreattori industriali.

Cominciando su un bioreattore può essere costoso; un metodo facile per valutare l'attuabilità del biofilm in anticipo può abbassare la probabilità di venire a mancare o di ritardo delle partenze del reattore.

Sorgente

Riattivazione di Wang S et al. ed applicazione su scala pilota fi lm del catione del fi di denitri di deposito a lungo termine di bio- basato sul cytometry del ow del fl. Ricerca idrica 2019, 148, 368-377; DOI: 10.1016/j.watres.2018.10.072.

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Last Updated: Nov 13, 2019

Christian Zerfaß, Ph.D.

Written by

Christian Zerfaß, Ph.D.

Christian is an enthusiastic life scientist who wants to understand the world around us. He was awarded a Ph.D. in Protein Biochemistry from Johannes Gutenberg University in Mainz, Germany, in 2015, after which he moved to Warwick University in the UK to become a post-doctoral researcher in Synthetic Biology.

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