Математическое моделирование кривых роста штамма Escherichia coli — продуцента рекомбинантного белка β-галактозидазы

Методом кинетического анализа кривых роста на основе применения логистической функции Ферхюльста определены некоторые ростовые показатели, характеризующие физиологическую активность штамма Е. coli, экспрессирующего рекомбинантный белок (β-галактозидазу под контролем С1857 гена. Рассчитаны критически...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2004
Main Authors:	Мойса, Л.Н., Чиляков, В.А.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 2004
Series:	Біополімери і клітина
Subjects:	Молекулярна та клітинна біотехнології
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/157216
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Математическое моделирование кривых роста штамма Escherichia coli — продуцента рекомбинантного белка β-галактозидазы / Л.Н. Мойса, В.А. Чиляков // Біополімери і клітина. — 2004. — Т. 20, № 6. — С. 524-529. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-157216
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1572162025-02-23T17:24:39Z Математическое моделирование кривых роста штамма Escherichia coli — продуцента рекомбинантного белка β-галактозидазы Математичне моделювання кривих росту штаму Escherichia coli – продуцента рекомбінантного білка β-галактозидази The modeling of the growth curve of the Escherichia coli strain produsing the recombinant β-galactosidase protein Мойса, Л.Н. Чиляков, В.А. Молекулярна та клітинна біотехнології Методом кинетического анализа кривых роста на основе применения логистической функции Ферхюльста определены некоторые ростовые показатели, характеризующие физиологическую активность штамма Е. coli, экспрессирующего рекомбинантный белок (β-галактозидазу под контролем С1857 гена. Рассчитаны критические точки роста, отражающие переломные моменты в развитии микробной популяции: переход возрастающей скорости роста в убывающую (точка перегиба кривой роста —Te), фаза максимального ускорения роста (точка Т1) и фаза отрица тельного ускорения (замедления) роста (точка Т2). Данный метод позволяет прогнозировать оптимальные условия для экспрессии клонированного гена с учетом фазы роста бактериальной культуры. Методом кінетичного аналізу кривих росту із застосуванням логістичної функції Ферхюльста визначено деякі показники росту, що характеризують фізіологічну активність штаму Е. coli, який експресує рекомбінантний білок β-галактозидазу під контролем С1857 гена. Розраховано критичні точки росту, що відбивають переломні моменти у розвитку мікробної популяції: перехід зростаючої швидкості росту у спадаючу (точка перегину кривої росту — Те), фаза максимального прискорення росту (точка Т1) і фаза від'ємного прискорення (уповільнення) росту (точка Т2). Цей метод дозволяє прогнозувати оптимальні умови для експресії клонованого гена з урахуванням фази розвитку бактеріальної культури. A kinetics analysis method of growth curves based on the Verhulst logistic function has been used to determine the some growth parameters describing physiological activity of an E. coli strain expressing a recombinant β-galactosidase protein controlled by C1857 gene. The several growth points critical for microbial population development such as transition of increasing growth speed to the decreasing one (the inflection point of the curve – Te), the maximal growth acceleration phase (the point T1), the negative growth acceleration (slowing) phase (the point T2) have been calculated. This approach allows the prediction of the optimal conditions for the cloned gene expression in any age of the culture growth. Авторы выражают глубокую признательность В. М. Крикунцу за консультативную помощь при проведении математической обработки результатов исследований. 2004 Article Математическое моделирование кривых роста штамма Escherichia coli — продуцента рекомбинантного белка β-галактозидазы / Л.Н. Мойса, В.А. Чиляков // Біополімери і клітина. — 2004. — Т. 20, № 6. — С. 524-529. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.0006D3 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/157216 57.083.1:579.243:519.24 ru Біополімери і клітина application/pdf Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Молекулярна та клітинна біотехнології Молекулярна та клітинна біотехнології
spellingShingle	Молекулярна та клітинна біотехнології Молекулярна та клітинна біотехнології Мойса, Л.Н. Чиляков, В.А. Математическое моделирование кривых роста штамма Escherichia coli — продуцента рекомбинантного белка β-галактозидазы Біополімери і клітина
description	Методом кинетического анализа кривых роста на основе применения логистической функции Ферхюльста определены некоторые ростовые показатели, характеризующие физиологическую активность штамма Е. coli, экспрессирующего рекомбинантный белок (β-галактозидазу под контролем С1857 гена. Рассчитаны критические точки роста, отражающие переломные моменты в развитии микробной популяции: переход возрастающей скорости роста в убывающую (точка перегиба кривой роста —Te), фаза максимального ускорения роста (точка Т1) и фаза отрица тельного ускорения (замедления) роста (точка Т2). Данный метод позволяет прогнозировать оптимальные условия для экспрессии клонированного гена с учетом фазы роста бактериальной культуры.
format	Article
author	Мойса, Л.Н. Чиляков, В.А.
author_facet	Мойса, Л.Н. Чиляков, В.А.
author_sort	Мойса, Л.Н.
title	Математическое моделирование кривых роста штамма Escherichia coli — продуцента рекомбинантного белка β-галактозидазы
title_short	Математическое моделирование кривых роста штамма Escherichia coli — продуцента рекомбинантного белка β-галактозидазы
title_full	Математическое моделирование кривых роста штамма Escherichia coli — продуцента рекомбинантного белка β-галактозидазы
title_fullStr	Математическое моделирование кривых роста штамма Escherichia coli — продуцента рекомбинантного белка β-галактозидазы
title_full_unstemmed	Математическое моделирование кривых роста штамма Escherichia coli — продуцента рекомбинантного белка β-галактозидазы
title_sort	математическое моделирование кривых роста штамма escherichia coli — продуцента рекомбинантного белка β-галактозидазы
publisher	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
publishDate	2004
topic_facet	Молекулярна та клітинна біотехнології
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/157216
citation_txt	Математическое моделирование кривых роста штамма Escherichia coli — продуцента рекомбинантного белка β-галактозидазы / Л.Н. Мойса, В.А. Чиляков // Біополімери і клітина. — 2004. — Т. 20, № 6. — С. 524-529. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
series	Біополімери і клітина
work_keys_str_mv	AT mojsaln matematičeskoemodelirovaniekrivyhrostaštammaescherichiacoliproducentarekombinantnogobelkabgalaktozidazy AT čilâkovva matematičeskoemodelirovaniekrivyhrostaštammaescherichiacoliproducentarekombinantnogobelkabgalaktozidazy AT mojsaln matematičnemodelûvannâkrivihrostuštamuescherichiacoliproducentarekombínantnogobílkabgalaktozidazi AT čilâkovva matematičnemodelûvannâkrivihrostuštamuescherichiacoliproducentarekombínantnogobílkabgalaktozidazi AT mojsaln themodelingofthegrowthcurveoftheescherichiacolistrainprodusingtherecombinantbgalactosidaseprotein AT čilâkovva themodelingofthegrowthcurveoftheescherichiacolistrainprodusingtherecombinantbgalactosidaseprotein
first_indexed	2025-11-24T02:43:59Z
last_indexed	2025-11-24T02:43:59Z
_version_	1849637983274139648
fulltext	I S S N 0233-7657. Біополімери і клітина. 2004. Т. 20. № 6 МОЛЕКУЛЯРНА І КЛІТИННА БІОТЕХНОЛОГІЇ Математическое моделирование кривых роста штамма Escherichia coli — продуцента рекомбинантного белка /3-галактозидазы Л. Н. Мойса, В. А. Чиляков НПК «Диапроф Мед» Ул. Светлицкого, 35, Киев, 04123 , Украина Методом кинетического анализа кривых роста на основе применения логистической функции Ферхюльста определены некоторые ростовые показатели, характеризующие физиологическую активность штамма Е. coli, экспрессирующего рекомбинантный белок ($-галактозид азу под контролем С1857 гена. Рассчитаны критические точки роста, отражающие переломные моменты в развитии микробной популяции: переход возрастающей скорости роста в убывающую (точка перегиба кривой роста —Tt), фаза максимального ускорения роста (точка Т\) и фаза отрица тельного ускорения (замедления) роста (точка Тг). Данный метод позволяет прогнозировать оптимальные условия для экспрессии клонированного гена с учетом фазы роста бактериальной культуры Введение. Рекомбинантные белки про- и эукариот- ного происхождения широко используются в совре менной биотехнологии для получения ценных им мунобиологических препаратов. В разработанных на основе иммуноферментно- го анализа диагностических тест-системах произ водства Н П К «Диапроф Мед» в качестве антигенов, сорбируемых на поверхности твердофазного носи теля, применяют рекомбинантные полипептиды, представляющие собой продукты экспрессии кло нированных фрагментов вирусных или бактериаль ных геномов в клетках Е. coli. При этом целевой продукт может накапливаться как в растворимой форме, так и в виде нерастворимых телец включе ний, дальнейшие выделение и очистка которых осуществляются с помощью специальных физико- химических методов. Хорошо известно, что у многих штаммов-про дуцентов наблюдается значительное снижение ско рости роста. Это объясняется тем, что большая часть материальных и энергетических ресурсов © Л. Н. МОЙСА, В. А. ЧИЛЯКОВ, 2004 центрального метаболизма клетки расходуется на производство совершенно ненужного, а иногда и токсичного для самих бактерий чужеродного белка. Поэтому в различных генно-инженерных конструк циях продуцентов используют регулируемые про моторы, позволяющие максимально зарепрессиро- вать транскрипцию целевого гена до определенной стадии развития микроорганизмов, а затем прово дится индукция биосинтеза заданного вещества [1] . Эффективность микробного синтеза в значи тельной мере зависит от того, насколько удачно подобраны условия для экспрессии, среди которых важную роль играет физиологическое состояние бактериальных клеток. В специальной литературе хорошо изучены и описаны фазы роста микробных популяций. Для количественной характеристики физиологической активности используют такие кинетические пока затели, как удельная скорость роста и отмирания бактериальных клеток, среднее время генерации и т. д. [2] . В условиях промышленного получения клеточной биомассы широкое распространение пол учил метод математического моделирования, по- 524 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КРИВЫХ РОСТА ШТАММА Е. COLI зволяющий установить закономерности ростовых процессов и определить влияние факторов внешней среды [3, 4 ] . Такой подход представляет особый интерес при изучении динамики роста продуцентов в контролируемой индуцибельными промоторами экспрессирующей системе Е. coli [5 ] . Цель настоящей работы состояла в том, чтобы на модели штамма Е. coli ITG-1 — продуцента рекомбинантного белка /?-галактозидазы — опреде лить кинетические показатели роста, позволяющие оценить физиологический статус клеток в течение полного цикла развития бактериальной популяции в условиях производственного культивирования. В задачи наших исследований входило: 1) по добрать адекватную математическую модель для описания кривых роста штамма Е. coli I T G - 1 ; 2) изучить влияние фазы роста и начальной концент рации клеток инокулята на динамику роста проду цента. Материалы и методы. В качестве реципиента использовали штамм Е. coli рор213б [F~ supE44 hsdR17 mcr/C mcrB+ endAJ thi-J aroB mal-cI857X (PR) А ] , который был трансформирован рекомби- нантной плазмидой рЕХ, содержащей фрагмент гена lacZ, кодирующего аминокислотную последо вательность N-концевого участка /?-галактозидазы. Транскрипция целевого гена находится под контролем промотора фага Я (PR) и регулируется связыванием термолабильного clts857 белка-ре- прессора с оператором [6 ]. Получение компетентных клеток Е. coli pop 2136 и трансформацию проводили по стандартной схеме [7] . Смесь клеток высевали на селективную агаризованную среду LB, содержащую ампициллин в конечной концентрации 50 мкг /мл . Резистент ность к антибиотику обеспечивается геном /?-лакта- мазы (Ыа) в экспрессирующем векторе. Плазмидосодержащие клоны-трансформанты использовали для приготовления посевного матери ала. Ночную культуру Е. coli ITG-1 выращивали в колбах объемом 1 л , содержащих по 250 мл бульо на LB с добавлением ампициллина до конечной концентрации 200 м к г / м л . Культивирование проводили в течение 16— 18 ч при температуре 32 °С в режиме интенсивного перемешивания (200 об /мин) . Для производственного накопления биомассы использовали 20-л ферментеры, содержащие по 9 л питательной среды следующего состава: минималь ная солевая среда М9 с добавлением 10 г / л гидро- лизата казеина , 5 г / л дрожжевого экстракта, 10 г / л глюкозы и ампициллина в конечной кон центрации 200 м к г / м л . Посевной материал вноси ли в ферментер и продолжали выращивать культу ру при температуре 32 °С в условиях интенсивного перемешивания (300 об /мин) и аэрации (5 л /мин) при контролируемом значении рН (7,2—7,4). Че рез определенные промежутки времени отбирали пробы бактериальной суспензии и измеряли опти ческую плотность культуры на спектрофотометре фирмы «Рпаппасіа» (Швеция) при длине волны 600 нм. Результаты и обсуждение. Полученные в ходе опытов кривые зависимости оптической плотности клеток штамма Е. coli ITG-1 от времени имели характерную для роста микроорганизмов s-образ- ную (сигмоидную) форму (рис. 1). В литературе представлено большое количество динамических моделей, используемых для описания сигмоидных кривых. Среди них хорошо известна логистическая функция Ферхюльста, отличающаяся сравнительно небольшим количеством параметров с достаточно ясным математическим и биологическим смыслом. Существует несколько форм аналитического выра жения этой функции [8—10] . Для аппроксимации эмпирических кривых роста нами была использова на функция Ферхюльста следующего вида: 1 + 10 a + / J i (1) где х — оптическая плотность бактерий, О П 6 0 0 ; t — время роста культуры, ч; А — верхняя асимптота ф у н к ц и и (максимальное з н а ч е н и е оптической плотности); С — нижний предел, с которого начи нается рост функции (начальная оптическая плот ность); а и /3 — кинетические параметры, опреде ляющие наклон, точку перегиба и форму логисти ческой кривой. Показатели а и f3 вычисляли из линейной анаморфозы, получаемой логарифмированием фун кции Ферхюльста: М - с ig - 1 =a+p-t. (2) х-С Из выражения (2) следует, что зависимость л, і (А-С Л между переменными У = lg Х_ Q - 1 и * описы вается уравнением прямолинейной регрессии (рис. 2) . Критерием для оценки линейности связи слу жит коэффициент детерминации R2 [11 ]. Для тео ретической линии регрессии рассчитывали ошибку отклонения от регрессии (sxt) и отграничивали 525 МОЙСА Л. Н., ЧИЛЯКОВ В. А. Рис. 1. Кривые роста штамма Escherichia coli ITG-1 в зависимости от фазы роста (а, б) и начальной концентрации клеток иноку- лята (в, г). Экспериментальные данные (то чки) аппроксимированы по модели логисти ч е с к о й ф у н к ц и и Ф е р х ю л ь с т а : А - С х ~ ТЛЛП + С (кривая 7) , где С и 1 + 1 0 а р 1 А — нижняя и верхняя асимптоты функ ции; а и р — показатели, определяющие поведение функции. Значения кинетических параметров для графиков: а — А~ 7,80, С - - 0 ,60 , а - 0 ,83868, /3 - - 0 , 5 1 0 2 1 ; 6 - А - - 6 ,35, С - 1,35, « - 1,373349, р = - 0 , 97652 ; в — А" 7 , 4 5 , С - 1,15, а - 1,766999, Р - - 0 , 8 5 0 2 0 2 ; г —А - 6 ,15, С - 1 , 8 0 , а - - 1,37272, р = - 0 , 9 3 2 4 3 . По оси ординат (справа) — величины абсолютной ( ^ , кри вая 2) и удельной (и, кривая 3) скоростей роста. Стрелками указаны критические точ ки роста бактерий: перегиб логистической кривой (стрелка внизу под кривой 7), точка Те(хе; te)\ фаза максимального ускорения ро ста, точка Т] (JCJ; t\) и фаза отрицательного ускорения (замедления) роста, точка Ті ІХі\ 2> (стрелки слева и справа от точки переги ба над кривой 7) Время роста бактерий, ч Рис. 2. Линейные анаморфозы логистиче ской функции Ферхюльста для определения кинетических параметров а и р кривых роста штамма Escherichia coli ITG-1, пред ставленных на рис. 1. Точки на графике — экспериментальные данные; сплошные ли н и и — т е о р е т и ч е с к и е л и н и и регрессии (А-С y = ig де — С 1 по t. Пунктирные линии отграничивает 95 %-ю доверительную зону регрессии. R2 — коэффициент детермина ции. Адекватность аппроксимационной мо дели соответствует 1 % -му уровню значимо сти критерия Фишера (F-тест) 526 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КРИВЫХ РОСТА ШТАММА Е. COLI Рис. 3. Зависимость ускорения роста штамма Е. coli ITG-1 от времени культивирования. Тх, Те и Т2 — критические точки роста те же, что и на логистической кривой, рассчитанной по модели функции Ферхюльста (рис. 1, график в) доверительный интервал для 5 %-го уровня значи мости [12]. Степень адекватности аппроксимаци- онной модели оценивали с помощью критерия Фи шера [13]. Характерной особенностью кривых сигмоидно- го типа является наличие точки перегиба, отража ющей момент перехода возрастающей скорости ро ста в убывающую. Для ее определения необходимо рассчитать первую и вторую производные функции (1). Первую производную функции Ферхюльста, представляющую собой абсолютную скорость роста бактериальной популяции, находили по формуле dx , л _ 1 / ч 10" + / г ' dt dx, = -(А- C f f ln lO , , , i n f l ^ v . (3) '(1 + 10 a + p r ) График функции ~^(0 имеет один экстремум (максимум), соответствующий максимальному зна- значении аргумента t = te, где te = - -к (при чению абсолютной скорости роста бактерий при a условии t > 0 показатели а > О и /? < 0). Вторую производную функции (1), характери зующую ускорение роста культуры, определяли из выражения d2x_ ( А ^ А » п 1 0 ) 2 1 0 я + П 1 ~ Ю ^ ^ ш W { Л С ) (1 + ю в + "-у ' ( ) График этой функции (рис. 3) имеет два экс тремума —- максимум (в точке Т,) при значении аргумента t - 1 { и минимум (в точке Т 2 ) при значении аргумента t = t2l а при t = te функция равна нулю, что является достаточным условием существования точки перегиба на графике основ ной функции [14] . Для определения значений аргументов tx и t2) соответствующих двум точкам перегиба на графике функции первой производной ~jj(t)> рассчитывали третью производную функции Ферхюльста и при выполнении условия (fx d? 0 получали следующие выражения: lg(+VT + 2 ) - a = l g ( - ^ J + 2 ) - a (5) Наиболее хорошо известным кинетическим па раметром, характеризующим динамику роста мик роорганизмов, является относительная (удельная) dx -і ~ скорость роста \А• - -jj • х . Эта величина отражает прирост биомассы dx в единицу времени dt, отне сенной к единице растущей биомассы х ( ч - 1 ) . В микробиологических исследованиях при опи сании динамики роста бактериальных популяций выделяют несколько стадий, соответствующих оп ределенной физиологической активности клеток [8] . Вычисление координат критических точек Т, ( Я р , ) , Т2 (х2; t2) и точки перегиба Те (хе; t) на логистической кривой позволяет четко разграни чить во времени основные фазы роста штамма-про дуцента. Так , подготовительный период, включаю щий лаг-фазу и фазу ускорения роста, наблюдается от момента внесения культуры инокулята в фер ментер при t = 0 и продолжается до момента време ни t = t{, где ускорение роста бактерий достигает своего максимального значения; почти линейный рост клеток (экспоненциальная фаза) длится в течение интервала времени от t = tx до точки пере гиба кривой при t = te; затем наступает фаза замед ления роста — промежуток времени от точки t = te до момента времени t - 1 2 , которому соответствует максимальное значение отрицательного ускорения (замедления) роста культуры. Хорошо известно, что фаза роста и начальная концентрация клеток посевного материала могут оказывать существенное влияние как на продолжи- 527 МОЙСА Л Н., ЧИЛЯКОВ В. А. Кинетические показатели физиологической активности иітамма Е. coli ITG-1, рассчитанные по аппроксимационной модели — логистической функции Ферхюльста П р и м е ч а н и е. Т \| , Т е , Т 2 — критические точки на кривой роста штамма продуцента Е. coli I T G - 1 ; х — оптическая плотность культуры; xQ — оптическая плотность бактерий в момент времени / = 0; t — время роста культуры, ч; t\ - te — продолжительность экспоненциальной ф а з ы роста; dx/dt — абсолютная скорость роста, О Е / ч ; р0 — удельная скорость роста бактерий в момент времени t = 0; / ^ m a x — максимальная удельная скорость роста. тельность цикла культивирования, так и на уро вень микробного синтеза целевого белка [15, 16] . Из данных, представленных в таблице, видно, что в случае засева в ферментер инокулята, нахо дящегося в экспоненциальной фазе развития (гра фик а), наблюдалась хорошо выраженная тенден ция к снижению кинетических показателей — аб- dx солютной (-^) и удельной (ju) скоростей роста по сравнению с культурой в фазе замедления роста (график б). Однако при использования физиологи чески более активных клеток практически в два раза увеличивалась продолжительность экспонен циальной фазы роста и на 1 о. е. повышался выход биомассы в точке максимального замедления роста (Т2). В графической форме эти закономерности хорошо отражают профили абсолютной (кривая 2) и удельной (кривая 3) скоростей роста на рис. 1 (графики а и б). Увеличение посевной дозы инокулята (х0) при водило к снижению показателей абсолютной и удельной скоростей роста штамма Е. coli ITG-1 (таблица, графики б и г) и сокращению продолжи тельности экспоненциальной фазы (t{ - Q роста. При этом уменьшался и выход биомассы в крити ческой точке Т2 (рис. 1, графики б и г). Определение кинетических показателей в экс поненциальной фазе роста представляет особый интерес для характеристики физиологического со стояния бактериальных популяций. Как следует из графиков, представленных на рис. 1, наивысшее значение удельной скорости роста (^ т а х ) наблюда ется на участке экспоненциального роста, т. е. в диапазоне критических точек роста от Т] до Те (кривая 3). Величина абсолютной скорости роста (кривая 2) достигает своего максимального значе ния (-jj) в точке перегиба логистической кривой. Полученные результаты свидетельствуют так же о том, что наиболее высокий выход биомассы штамма Е. coli ITG-1 получен в таких условиях культивирования, которые характеризовались наи большей продолжительностью экспоненциальной фазы роста (1,121 ч) и наивысшим показателем величины абсолютной скорости роста (3,083 ОЕ/ч) . В первом случае при засеве в ферментер применя ли культуру на стадии экспоненциального роста (рис. 1, а) , а во втором — наиболее низкую на чальную концентрацию клеток инокулята (рис. 1, в). В заключение необходимо отметить, что сигмо- идные кривые логистического типа широко исполь зуют для описания различных процессов роста как на уровне микро- [8, 17—19] , так и макроорганиз мов [10, 20, 21 ], что хорошо согласуется с резуль татами наших исследований. Универсальный ха рактер модели логистической функции дает основа ние предположить, что использованный метод, позволяющий определить кинетические параметры физиологической активности бактериальных кле ток Е. coli в цикле периодического культивирова ния, может найти применение для оценки ростовых свойств и других штаммов-продуцентов, у которых транскрипция клонированного фрагмента ДНК на ходится под контролем индуцибельных промоторов. Такой подход в сопоставлении с данными о выходе биомассы или накоплении рекомбинантного белка 528 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КРИВЫХ РОСТА ШТАММА Е. COLI позволяет целенаправленно подбирать оптималь ные условия для экспрессии клонированного гена с учетом фазы роста культуры. Авторы выражают глубокую признательность В. М. Крикунцу за консультативную помощь при проведении математической обработки результатов исследований. L. N. Moisa, V. A. Chiljakov The modeling of a growth curve of the Escherichia coli strain producing recombinant /З-galactosidase protein Summary A kinetics analysis method of growth curves based on the Verhulst logistic function has been used to determine some growth parameters describing physiological activity of an E. coli strain expressing a recombinant ft-galactosidase protein controlled by С1857 gene. The several growth points critical for microbial population development such as transition of increasing growth speed to the decreasing one (the inflection point of the curve — Tt), the maximal growth acceleration phase (the point T{), the negative growth acceleration (slowing) phase (the point T2) have been calculated. This approach provides the prediction of optimal conditions for the cloned gene expression in any age of the culture growth. JI. M. Мойса, В. О. Чиляков Математичне моделювання кривих росту штаму Escherichia coli — продуцента рекомбінантного білка /?-галактозидази Резюме Методом кінетичного аналізу кривих росту із застосуванням логістичної функції Ферхюльста визначено деякі показники росту, що характеризують фізіологічну активність штаму Е. coli, який експресує рекомбінантний білок fi-галактозидазу під контролем С1857 гена. Розраховано критичні точки росту, що відбивають переломні моменти у розвитку мікробної попу ляції: перехід зростаючої швидкості росту у спадаючу (точка перегину кривої росту — Те), фаза максимального прискорення росту (точка Т{) і фаза від'ємного прискорення (уповіль нення) росту (точка Т2). Цей метод дозволяє прогнозувати оптимальні умови для експресії клонованого гена з урахуван ням фази розвитку бактеріальної культури. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Х.Машко С. В., Скороходова А. Ю., Зименков Д В., Ми чурина Т. А., Гавриков А. В., Беневоленский М. С , Киверо А. Д, Каташкина Ж. И., Дорошенко В. Г., Бирюкова И. В., Дебабов В. Г. Использование метаболической регу ляции для оптимизации экспрессии генов в бактериальных клетках — новое направление биотехнологии XXI века / / Биотехнология.—2002.—№ 4.—С. 3—14. 2. Печуркин Я. С. Популяционная микробиология / Под ред. И. И. Гительзон.—Новосибирск: Наука, 1978.—278 с. 3. Pinchuk R. J., Brown W. A., Hoghes S. M., Cooper D. G. Modeling of biological processes using self-суcling fermentation and genetic algorithms / / Biotechnol. and Bioengin.—2000.— 67, N 1.—P. 19—24. 4. Berkholz R., Rohling D., Guthke R. Data and knowledge based experimental design for fermentation process optimiza tion / / Enzyme and Microb. Technol .—2000.—N 27.— P. 784—788. 5. Cubarsi R., Corchero J. L, Vila P., Villaverde A. Numerical techniques and mathematical modelling for CI857-controlled gene expression and cell growth in recombinant E. coli II IMA J. Math. Appl. Med. Bio l .—1998.—15, N 3 .—P. 257—278 6. Stanley К. K., Luzio J. P. Construction of a new family of high efficiency bacterial expression vectors: identification of cDNA clones coding for human liver proteins / / The EMBO J — 1984.—3, N 6.—P. 1429—1434. 7. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Молекулярное кло нирование.—М.: Мир, 1984 .—479 с. 8. Печуркин Я. С , Терское И. А. Анализ кинетики роста и эволюции микробных популяций (в управляемых усло виях) / Под. ред. И. И. Гительзон.—Новосибирск: Наука, 1975.—216 с. 9. Zwietering М. Я . , Jongenburger I., Rombouts F. М., Van't Riet К. Modeling of the bacterial growth curve / / Appl. and Environ. Microbiol.—1990.—56, N 6.—P. 1875—1881. 10. Плохинский Я. А. Биометрия.—M.: Изд-во Моск. ун-та, 1970.—367 с. 11. Иберла К. Факторный анализ / Пер. с нем. В. М. Ива новой.—М.: Статистика, 1980.—398 с. 12. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований).—М.: Агропромиздат, 1985.—351 с. 13. Robinson J. A. Approaches and limits to modeling micro biological processes / / Proc. 4th Int. symp. on Microb. Ecol. / Eds F. Megusar, M. Gantar.—Ljubljana: Slovene Soc. Micro biol., 1986.—P. 20—29. 14. Выгодский M. Я. Справочник по высшей математике.—M.: Гос. изд-во тех.-теор. лит-ры, 1957.—783 с. 15. Баснакьян И. А. Культивирование микроорганизмов с заданными свойствами.—М.: Медицина, 1992.—192 с. 16. Лебедев Л. Р., Зернов Ю. П., Кривопалова Г. Я , Каншина А. В., Литовченко Л. Л., Пустошилова Я. М. Опти мизация процесса биосинтеза гранулоцитарного колоние- стимулирующего фактора при культивировании реком- бинантного штамма Escherichia coli SG 200-50/pGGf8 / / Биотехнология.—1998.—№ 2.—С. 4 4 — 5 1 . 17. Yano Y., Oguma Т., Nagata H., Sasaki S. Application of logistic growth model to pharmacodynamic analysis of in vitro bactericidal kinetics / / Pharm. Sci .—1998.—87, N 10.— P. 1177—1183. 18. Rochet M. J., Flandrois J. P. Bacterial strain characterization using mathematical modelling of growth / / Zentralbl. Bak- teriol .—1989.—271, N 1.—P. 2—10. 19. Peleg M. Modeling microbial population with the original and modified version of the continuous and discrete logistic equa tions / / Crit. Rev. Food Sci. Nutr.—1977.—37, N 5.— P. 471—490. 20. Васильев Б. P., Звонцова Я . А., Савинов И. П., Шмидт В. М. Математический анализ роста листьев / / Бот. журн.— 1973.—58, № 9.—С. 1294—1301 . 21. Крикунець В. М., Мойса Л. М., Дубовенко Є. К., Малин- ська С. М., Чечельницька Л. М. Співвідношення кривих росту сої та динаміки ацетиленвідновної активності коре невих бульбочок в онтогенезі рослини / / Физиология и биохимия культур, растений.—1995 .—27, № 1 — 2 . — С. 11—19. УДК 57.083.1:579.243:519.24 Надійшла до редакції 15.09.03 529

Математическое моделирование кривых роста штамма Escherichia coli — продуцента рекомбинантного белка β-галактозидазы

Institution

Similar Items