Влияние эндогенного метаболизма и метаболизма поддержания на кинетику клеточного роста

Приведенные на рис. 7.8 данные для культуры А. aerogenes показывают, что при малых скоростях разведения концентрация клеток заметно снижается. Аналогичное поведение наблюдалось и в случае кормовых дрожжей Toruta utilis. Эту особенность, противоречащую модели Моно для хемостата, можно объяснить, если в модели учесть возможность эндогенного метаболизма.

Под эндогенным метаболизмом подразумеваются происходящие в клетке реакции, в которых расходуются клеточные вещества. Чтобы учесть этот эффект, дополним уравнение Моно слагаемым —k_ex:

Приведенные на рис. 7.9 экспериментальные данные хорошо согласуются с уравнением (7.24).

Наблюдаемая зависимость экономического коэффициента У от D также подтверждает справедливость уравнения (7.22) для скорости клеточного роста. Если скорость поглощения субстрата равна

Экспериментально показано, что для ряда микроорганизмов зависимость Y_x/s от D выражается именно таким уравнением.

Другая возможность, рассмотренная вкратце при обсуждении стехиометрии клеточного роста в разд. 5.10.1, заключается в параллельной утилизации субстрата как для клеточного роста, так и для других энергетических потребностей клетки (метаболизм поддержания). В этом случае скорость утилизации субстрата определяется выражением

Таким образом, мы получили точно такую же функциональную зависимость Yx/s от D, как и в случае модели эндогенного метаболизма [уравнение (7.26)].

Как показано на рис. 7.10, при высоких скоростях разведения поведение культуры клеток в проточном реакторе может существенно отклоняться от поведения, предсказываемого моделью Моно для хемостата. Здесь не только слишком велика ошибка в определении концентрации клеток вблизи точки вымывания, но и вся популяция клеток может существовать при скоростях разведения, значительно превышающих предсказываемую теорией критическую величину. Более того, по мере приближения D к критическому максимальному значению экономический коэффициент снижается. Одна из возможных причин этого несоответствия может заключаться в относительно высокой концентрации субстрата, характерной для высоких скоростей разведения. В таких условиях субстрат часто не ограничивает рост клеток, и составляющие популяцию клетки могут изменить характер метаболизма, выбрав какой-либо другой лимитирующий фактор среды.