Noslēdzies projekts mikrobioloģijā

Nesen noslēdzies projekts “Modulāra ar masas plūsmas kontrolieriem aprīkota gāzes analizatora izmantošana augu un mikroorganismu biotehnoloģijā” ar mērķi būtiski pilnveidot Latvijas Universitātes (LU) biotehnoloģiju novirziena analītisko kapacitāti. Par projekta norisi pastāstīja LU Bioloģijas fakultātes doktorantūras studente Elza Kaktiņa. Elza izstrādā savu promocijas darbu Mikrobioloģijas un Biotehnoloģijas katedrā, nodarbojoties ar augu dediferencēto šūnu biotehnoloģiju. LU fonda finansētā projekta ietvaros iegādāto gāzes analizatoru Elza izmanto gan savas doktorantūras eksperimentālajā darbā, gan arī Eiropas Reģionālās attīstības fonda (ERAF) projektā “Jauni no Zymomonas mobilis iegūti antimikrobiālie peptīdi pielietojumam ādas un mīksto audu infekciju terapijā”.

1. Kā radās ideja pieteikties projektam?

Ideja radās, saskaroties ar nepieciešamību pēc šādām iekārtām sava doktordarba pētnieciskās daļas izstrādes laikā, saprotot, ka līdz tam pieejamie resursi limitē precīzu datu iegūšanas iespējas, kas, savukārt, īpaši nepieciešamas dažādu darba gaitā izvirzītu hipotēžu validēšanai. Paralēli konsultējoties ar sava darba vadītāju un LU Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas institūta (MBI) pētnieku Dr. Reini Rutki, konstatējām, ka ar masas plūsmas kontrolieriem aprīkots gāzes analizators dotu būtisku pienesumu ne tikai mana darba, bet arī daudzu citu projektu un studiju darbu īstenošanā.

2. Vai Jūs varētu paskaidrot, kas ir modulārais ar masas plūsmas kontrolieriem aprīkots gāzes analizators? 

Tā ir iekārta, kas sastāv no atsevišķiem moduļiem: trīs masas plūsmas kontrolieriem precīzai gāzu plūsmas kontrolei, un gāzu analizatora, kuri var tikt savstarpēji apvienoti vienā sistēmā. Paralēli iekārtai pieslēgts arī dators, kas satur konkrētajām ierīcēm paredzētās programmatūras datu ierakstīšanai.

3. Kāpēc tieši šī iekārta un kādas ir iekārtas priekšrocības?

Gāzu analizators ir obligāti nepieciešama analītiskā iekārta, bez kuras pilnvērtīga biotehnoloģiskā mērogošanas procesa īstenošana nav iespējama, jo nozīmīgāko gāzu (O₂ un CO₂) kvantificēšana ir kritiski svarīga kā procesa vadībā, tā arī gala masas bilances vienādojuma izveidē. Līdz šim nedz LU Bioloģijas fakultātes, nedz LU MBI rīcībā šāds gāzu analizators nebija pieejams.

Bez tam ar modulāriem masas plūsmas kontrolieriem papildus aprīkotu gāzu analizatoru ir iespējams ne tikai novērtēt gāzu proporcionālo sastāvu, bet arī kvantificēt procesos producētos/patērētos gāzu daudzumus. Izvēlētie masas plūsmas kontrolieri ir paredzēti ļoti mazu plūsmu iestatīšanai, kas ļauj vadīt procesus ar nelielu kultivēšanas tilpumu un lēnu metabolisma ātrumu, kas ir īpaši būtiski augu šūnu kultūru optimizēšanā. Šobrīd institūta rīcībā esošie Sartorius “Biostat Q plus” neliela tilpuma bioreaktori oriģināli ir aprīkoti tikai ar analogiem rotometriem, kas neļauj precīzi iestatīt gāzu padevi, savukārt, pievienojot modulāros masas plūsmas kontrolierus, tas ir iespējams.

4. Kādos pētījumos to parasti izmanto?

Gāzes analizatoru izmanto, piemēram, lai precīzi noteiktu laiku, kad producenta kultūrā būtu jāveic mērķgēna indukcija, ir jāpārliecinās par oglekļa substrāta (glikoze, glicerīna) pilnīgu patēriņu, ko tieši ļauj veikt gāzu analizatora CO₂ detektors. Principā gāzu analizatora izmantošana normāli notiek visos mērogošanas un ražošanas procesos biotehnoloģijā, kur nepieciešams uzraudzīt procesa gaitu, nosakot izmaiņas gāzu patēriņā un producēšanā. Dažādu gāzu (arī metāna un H₂) koncentrāciju izmaiņas bioreaktorā var kalpot kā indikators procesa novirzēm, kā arī apstākļu, piemēram, temperatūras, pH, barības vielu piegādes un aerācijas, optimizēšanai, gala rezultātā uzlabojot ražotā produkta iznākumus un kvalitāti.

Mikroorganismu pētniecībā gāzu analīze fermentācijas procesa laikā palīdz iegūt datus par šo organismu vielmaiņas aktivitāti un efektivitāti, kas īpaši būtiski producentu celmu atlasei. Augu šūnu biotehnoloģijā CO₂ un O₂ proporcijai kultivēšanas procesā ir nozīmīga loma biomasas un sekundāro metabolītu producēšanā. Atsevišķi lietojot modulāros masas plūsmas kontrolierus, ir iespējams veidot precīzus gāzu maisījumus, kas ir potenciāli pielietojami augu kultūru optimizācijas procesos.

Šādi masas plūsmas kontrolieri tiek plaši izmantoti ne tikai biotehnoloģijā, bet arī farmācijā, pārtikas un materiālrūpniecībā, kā arī daudzās citās pētniecības un tehnoloģiju nozarēs, kur nepieciešama īpaši precīza gāzu plūsmu kontrole.

5. Kā gāzes analizatoru ir plānots pielietot biotehnoloģijas pētījumos? Kādi eksperimenti jau ir veikti?

Līdz šim par LU fonda līdzekļiem iegādātā iekārta ir sekmīgi pielietota manas doktorantūras pētnieciskās daļas eksperimentos, kur raksturota gāzapmaiņa dažādos augu dediferencēto šūnu kultivēšanas apstākļos, kā arī optimizējot Z. mobilis šūnu biomasas ražošanu bioreaktoros iepriekš minētā ERAF projekta ietvaros.

Vienlaikus iekārtas tiek un tiks pielietotas zinātnisko pētījumu izstrādē, kuru rezultāti tiek atspoguļoti citējamos zinātniskos izdevumos ar vidējo impakta faktoru virs puses no nozares vidējā rādītāja.

Latvijas Universitātes fonds jau kopš 2004. gada nodrošina iespēju mecenātiem un sadarbības partneriem investēt Latvijas nākotnē, atbalstot gan LU, gan citas vadošās Latvijas augstskolas. LU fonda prioritātes ir atbalstīt izcilākos studentus, pētniekus un viņu vadītos projektus un pētījumus, veicināt modernas mācību vides izveidi, kā arī nodrošināt universitātes ēku būvi un rekonstrukciju.