ケモスタットは、細胞および微生物の培養に使用するデバイスまたは装置です。これはバイオリアクターとも呼ばれ、湖、沈殿池、処理池などの水生環境を実験的に再現する能力があります。
それは一般に、滅菌された材料が入る入口と、一般に栄養素であるプロセスから生じる材料が出る出口とを備えたコンテナー（サイズは、使用が工業用か実験室かによって異なります）として記述されます。とりわけ廃棄物、無菌物質、微生物。
ケモスタットの図。撮影、編集：CGraham2332
1950年に科学者のジャック・モノー、アーロン・ノビック、レオ・シラードによって独立してほぼ同時に発見され、発表されました。モノードは単独で作用し、それをバクテリオファージと呼びました。 。
チェモスタットの機能
ケモスタットは、成長を制限し、同時に過剰な生産、代謝産物、その他の物質などの培養の一部を除去する単一の栄養素を含む培地を絶えず添加することを特徴としています。この除去は常に新しい材料で置き換えられ、安定したバランスを実現しています。
これらの条件下で、微生物培養物が発生する速度は、それが希釈される速度に等しい。一定の定義された環境で安定した状態に到達できるため、これは他の栽培方法と比較して重要です。
もう1つの重要な特徴は、ケモスタットを使用して、培養中の個体の体積、溶存酸素、栄養素の量、pHなどの物理的、化学的、生物学的変数を制御できることです。
メソッドの原理
この方法は、不連続またはバッチ培養（最も単純な液体培養）と同様の方法で最初から生育する微生物の集団で構成されています。母集団が増加した場合、回収された培養物が使用されたかどうかにかかわらず、追加された培養液と同様の培養液を同時に回収する必要があります。
このように、ケモスタットでは、前の段落で一部説明したように、新鮮な培地の継続的な添加と培養の排除を使用して希釈が行われます。残りが過剰に存在している間、単一の栄養素が容器の成長を制限する責任があります。
この単一の成長制限栄養素は、実験を開発する人によって事前に決定されており、任意の栄養素であることができ、多くの場合、培養中の種に依存します。
歴史
微生物のバッチ培養は数世紀前にさかのぼります（ビールやその他の飲料の醸造）。ただし、連作は比較的新しいものです。一部の微生物学者は、継続的な栽培の始まりを有名なロシアの微生物学者セルゲイヴィノグラツキーに帰因させています。
Vinogradskiは、独自の設計のデバイス（Vinogradskiカラム）で硫化還元細菌の増殖を研究しました。研究中、彼はこれらのバクテリアの食物として一滴の硫化水素をカラムに供給しました。
継続的な栽培について話すときは、3つのキャラクター、ジャックモノド、アーロンノビック、レオシラードについて話す必要があります。モノーは有名な生物学者であり、1965年にノーベル賞を受賞しました。
この研究者（Monod）は、パスツール研究所の一部でありながら、1931年から1950年の間に多くのテスト、計算、および分析を開発しました。
1950年、彼の名を冠した方程式に基づいて、微生物の培養を継続的に可能にする装置のモデルを設計し、それをバクテリオファージと呼びました。
一方、科学者ノビック（物理学者）とシラード（化学者）は、1943年にマンハッタン計画（原子爆弾）に取り組んでいる間に会いました。数年後、彼らはバクテリアの成長に関心を示し始め、1947年に彼らは協力してこれを利用しました。
複数のテストと分析を経て、Monickの計算（Monodの方程式）に基づいたNovickとSzilardも、1950年に、ケモスタットと呼ばれる微生物の連続培養のモデルを考案しました。これは、現在まで維持されている名前です。 。しかし、3つすべてが発明に貢献しています。
用途
適応生物学と進化
この微生物の連続培養システムによって提供されるツールは、生態学者や進化論者が、成長速度が細胞のプロセスや代謝にどのように影響するか、選択圧や遺伝子発現をどのように制御するかを研究するために使用されます。
それらは、制御された条件下でケモスタットの数十から数百世代を評価および維持した後にこれを可能にします。
酵母のアンモニウム毒性の分析に使用される2つのケモスタット。撮影、編集：（画像：マイトレーヤダナム）
細胞生物学
ケモスタットに関連する事実上すべての研究は、分子生物学、進化論など、細胞生物学に関連しています。
ただし、具体的には、この生物学のブランチでケモスタットを使用すると、研究対象集団の代謝プロセスを理解するために必要な数学的モデルの開発を可能にする貴重な情報が得られます。
分子生物学
過去10年以上、微生物遺伝子の分子分析におけるケモスタットの使用への関心が高まっています。培養法は、微生物培養の包括的または体系的な分析のための情報の取得を容易にします。
この分野でのケモスタットの研究により、ゲノム全体でのDNA転写分析が可能になるだけでなく、遺伝子発現の定量化や、酵母Saccharomyces cerevisiaeなどの生物の特定の遺伝子の変異の特定も可能になります。
豊かな文化
これらの研究は、19世紀の終わりからBeijerinckとVinogradskiの作品で不連続なシステムを使用して行われていましたが、前世紀の60年代には、ケモスタットを使用して継続的な文化で行われ始めました。
これらの研究は、さまざまな種類の微生物（一般的にはバクテリア）を収穫するための培地の濃縮で構成されています。また、特定の種の不在を特定したり、培地で観察することが非常に少ないかほとんど不可能である種の存在を検出したりするためにも使用されます。ナチュラル。
オープン連続システム（ケモスタット）での濃縮培養は、主に栄養要求性菌や抗生物質などの薬剤に対して耐性になる可能性のある変異菌培養菌の開発にも使用されます。
エタノール製造
産業の観点から、バイオ燃料の使用と生産はますます一般的になっています。この場合、それはグラム陰性菌Zymomonas mobilisからのエタノールの生産です。
プロセスでは、いくつかの大きな連続ケモスタットが使用され、嫌気性条件下でエタノールに変換されるように、グルコースと他の糖の一定の濃度に維持されます。
参考文献
- チェモスタット：理想的な連続攪拌タンク反応器。回収元：biorreactores.tripod。
- ケモスタット。から回復：en.wikipedia.org。
- N. Ziv、NJ Brandt、およびD. Gresham（2013）。微生物システム生物学におけるケモスタットの使用。視覚化された実験のジャーナル。
- A. Novick&L. Szilard（1950）。ケモスタットの説明。理科。
- J. Monod（1949）。細菌培養の成長微生物学の年次レビュー。
- D.グレシャム&J.ホン（2015）ケモスタットにおける適応進化の機能基盤。FEMS微生物学レビュー。
- HG Schlegel、およびHW Jannasch（1967）。濃縮文化。微生物学の年次レビュー。
- J.ティエリー（2016）。多相分散システム理論の紹介。（編）スプリンガーネイチャー。210ページ