Name: a novel bioreactor for high density cultivation of diverse microbial communities
Uploaded: 2015-12-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 13 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Novel Bioreactor for High Density Cultivation of Diverse Microbial Communities at JoVE.com

The authors would like to acknowledge Aspen Walker at the University of Pennsylvania for her assistance in reactor maintenance and sample collection.

1. אסיפת כור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסדרים את רכיבי הכור לפי סכמטי באיור 1. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את הכור (R) על צלחת ערבוב, מוסיף בר ומערבבים לכור. מניחים את מיכל המיחזור (RT) ליד הצלחת ומערבבים וכור, כך שיציאת שפכים (למעלה) של הטנק מכוונת לקצה ספסל המעבדה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את מיכל הפסולת (W) מתחת לנמל שפכים (למעלה) של טנק המיחזור (RT). מניחים את מיכל ההזנה (FT) בסמוך לטנק המיחזור (RT). הערה: יש טנק ההזנה בהספק כולל של 5 ל &#39; </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אבטח את הכור (R) נגד מפנה עם עמדה ומהדקים בגודל מתאים. כמו כן, להבטיח את טנק המיחזור (RT) כדי למנוע תנועה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס צינור משאבת peristaltic ניאופרן במחזור (משאבה) ולהאכיל את ראשי משאבה (משאבה ב &#39;). עיין בטבלת חומרים למפרטי צינורות נוספים. התקן את ראשי המשאבה על כונני משאבה עם provi הברגיםטוליפ אין עם כונני המשאבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חיבור צינורות של משאבה ליציאות בכור ומכל המיחזור. הכנס את הקצה של הצינור של המשאבה B לתוך טנק ההזנה ומכל המיחזור. חבר את יציאת כור העליונה למכל המיחזור עם צינורות. החל מלחציים לצינורות בנמלי הכור. הערה: קהילות פוטוסינתזה עשויות ליהנות מתאורה מלאכותית הניתנת על ידי מנורות. </li></ol> 2. הכנת פתרונות מניות, פתרונות influent / הזנה, ואצות Inoculant <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את פתרון מניות מינרלים. להוסיף את הדברים הבאים בבקבוק נפח 1 ליטר עם 500 מיליליטר של מים ללא יונים: סודיום ביקרבונט 200 גרם, אשלגן monobasic 40 גרם, מגנזיום סולפט 4 g, כלוריד Ferric 4 g, סידן כלורי 4 g, כלוריד נחושת 1 גרם, קובלט 1 גרם hexahydrate כלוריד, hexahydrate כלוריד ניקל 1 גרם, heptahydrate סולפט אבץ 1 גרם. להוסיף 400 מיליליטר נוסף של מים ללא יונים. מערבולת בכוח כדי לעודד את פירוקה של מלחים. diss הבאolution של מלחים, להוסיף מים ללא יונים להביא את הנפח הכולל של פתרון ל1 ל &#39; </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את פתרון מניות אמוניה. בבקבוק נפח 1 ליטר, לפזר 38.214 גרם אמוניום כלוריד בכ 900 מיליליטר של מים ללא יונים. לאחר פירוק, להוסיף מים ללא יונים להביא את הנפח הכולל של עד 1,000 מיליליטר. הערה: 1 מיליליטר של פתרון מניות בדילול מלא לL 1 מניב L 10 מ&quot;ג -1 NH 4 + -N פתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את פתרון המניות חנקה. בבקבוק נפח 1 ליטר, לפזר 72.413 גרם של אשלגן חנקה בכ 900 מיליליטר של מים ללא יונים. לאחר פירוק, להוסיף מים ללא יונים להביא את הנפח הכולל של עד 1,000 מיליליטר. הערה: 1 מיליליטר של פתרון מניות בדילול מלא לL 1 מניבה L 10 מ&quot;ג -1 NO 3 - -N פתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן הזנה / פתרון influent. כדי להפוך פתרון הזנה המכיל 20 מ&quot;ג L -1 NH L 4 + ו-N 20 מ&quot;ג -1 NO 3 - -N, לדלל 2 מיליליטר שלפתרון mmonia מניות ו -2 מיליליטר של פתרון מניות חנקה להיקף כולל 1 ליטר. לפני הדילול, להוסיף 0.5 מיליליטר פתרון מינרלים / L של פתרון שנעשים. הכן 5 L של influent בסך להתחיל את הכור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את inoculant האצות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף נפח גדול (לפחות 10 ליטר) של מים מגוף מים המכילים אצות כגון נחל או בריכה. לאפשר האצות להתיישב על ידי השארת דגימות מים באין מפריעות במשך 24 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למזוג וזורקים (לא אצות מכילות) ברורות מים בחלק העליון של הדגימות, עוזב השעיה אצות מרוכזת בתוך בקבוקי המדגם. מערבבים את ההשעיה אצות מכל הדגימות לתוך מכולה אחת ולחזור על ההתיישבות וצעדי decanting. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את ביומסה בתוך המדגם המרוכז. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייבש מסנן אבק נייר (מסנן 0.45 מיקרומטר MCE ואקום) ואלומיניום שוקל O סירה / N בתנור שנקבע ל 103 מעלות צלזיוס לאחר מגניב למטה בתא ייבוש למשך 30 דקות ב RT למדוד את שיתוףmbined ההמוני של המסנן ולשקול סירה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסנן אבק 20 מיליליטר של השעיה אצות מרוכזת ולהחזיר את המסנן ולשקול סירה לתנור לייבוש O / N. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד את המסה בשילוב של המסנן ולשקול סירה. לחשב את הצפיפות ביומסה בתוך המדגם המרוכז. הערה: הנפח הכולל של דגימת מים שחוקרים יצטרכו לאסוף יהיו תלוי בגוף המים מקור. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. זריעה והחל הכור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 750 מיליליטר של תמיסת הזנה לכור. מלא את מיכל המיחזור עם 500 מיליליטר של תמיסת הזנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש פיפטה ארוכה כדי להוסיף השעיה לחסן המכילה 1.5 גרם של אצות בחלקו התחתון של הכור בעדינות. לאפשר הבידוד ליישב לתחתית של הכור, להבטיח זאת על ידי תצפית ויזואלית, לפני שתמשיך לשלב הבא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שהתאים התיישבו, להסיר את מהדק הצינור ולהפעיל משאבה לקצב זרימה איטית (10 revolutioדקות NS -1 / 38 מיליליטר דקות -1). האוויר שנלכד בצינור יגורש לכור. הערה: התוספת של 750 מיליליטר לכור תמנע כל ביומסה המופרעת על ידי המשאבה מלעזוב את הכור. לסחוט את צינורות כדי להבטיח שכל האוויר כבר גורש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוסיף בהדרגה פתרון הזנה למכל המיחזור כפתרון נשאב לתוך הכור. המשך בנוסף עד ששני הכור ומכל המיחזור הם ביכולת ומתחיל בשפכים כדי לצאת מטנק המיחזור דרך היציאה העליונה. הערה: הנפח של פתרון הזנה שיש להוסיף למכל המיחזור ישתנה עם הנפח של inoculant הוסיף לכור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים את פתרון ההזנה שנותר למכל ההזנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את משאבת המיחזור (משאבה) ל -19 דקות מהפכות -1, הקמת קצב זרימת מחזור של 72.5 מיליליטר דקות -1. שים לב לאצות מתחילות לופט מהחלק התחתון של הכור. שימוש בדרגות בכור, לקבוע דו האצותגובה אזור omass. ודא כי הגובה קבוע לפני שתמשיך לשלב הבא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את צלחת הערבוב במהירות נמוכה מאוד; הגדרה של 1 או 2 היא מתאימה כדי להתחיל. בר הערבוב יסייע בlofting ביומסה נוספת, אך ערבוב אגרסיווי יגרום אצות לעזוב את הכור, להיכנס לטנק המיחזור, ולהשאיר בשפכים. הגדר ערבוב מהיר בהגדרת צורך להקים גבול אצות ברור בתוך הכור (איור 2 א); האזור ביומסה אצות צריך להיות כ 10-15 סנטימטר בגובה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל משאבת ההזנה לאחר התבוננות גבול ברור בין תקע האצות ונוזל הכור. הגדר את המשאבה ל -25 מהפכות דקות -1, הקמת קצב זרימה של 1.5 מיליליטר דקות -1. שים לב ליציאת כור נוזל יציאת שפכים בשל כוח הכבידה ועקירה שנגרם על ידי זרם influent הנכנס. </li></ol> אוסף דוגמאות 4. וניתוח <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע פרי פעילות איסוף דגימהאו לביצוע תחזוקה במערכת הכור. לאסוף 20 מיליליטר של דגימות שפכים וinfluent יומיות. לאסוף דגימות שפכים מתוך טנק המיחזור. לאסוף דגימות influent ישירות ממכל ההזנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגימות מסנן אבק כדי להסיר מוצקים מרחפות לפני אחסון וניתוח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחסן את influent ודגימות שפכים ב -20 ° C עד לניתוח נוסף. להגביל את מספר מחזורי הפשרת הקפאת דגימות נתון. במידת הצורך, ניתן לפצל דגימות לתוך aliquots כדי לשמור על שלמות מדגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע ניתוח מדגם לחנק, ניטריט, ואמוניה באמצעות טכניקות סטנדרטי 17. הערה: המחברים מנוצלים יון כרומטוגרפיה (IC) כדי לייצר את התוצאות שהוצגו במסמך זה. עיין בטבלת חומרים למפרט. </li></ol>

<ol>
	<li>Sales, C. M., Shieh, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+of+an+aerobic/anaerobic+hybrid+bioreactor+under+the+nitrogen+deficient+and+low+F/M+conditions.">Performance of an aerobic/anaerobic hybrid bioreactor under the nitrogen deficient and low F/M conditions.</a> Water Res. 40 (7), 1442-1448 (2006).</li><li>Nootong, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Performance and kinetic evaluations of a novel bioreactor system in the low-oxygen/low-fluid shear reaction environments. , 3225514 (2006).</li><li>Nootong, K., Shieh, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+an+upflow+bioreactor+system+for+nitrogen+removal+via+autotrophic+nitrification+and+denitrification.">Analysis of an upflow bioreactor system for nitrogen removal via autotrophic nitrification and denitrification.</a> Bioresour Technol. 99 (14), 6292-6298 (2008).</li><li>Ramanathan, G., Sales, C. M., Shieh, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+autotrophic+denitrification+and+nitrification+in+a+low-oxygen+reaction+environment.">Simultaneous autotrophic denitrification and nitrification in a low-oxygen reaction environment.</a> Water Sci Technol. 70 (4), 729-735 (2014).</li><li>Rittmann, B. E., McCarty, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Environmental Biotechnology: Principles and Applications. , (2001).</li><li>Tchobanoglous, G., Burton, F. L., Stensel, H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Wastewater Engineering: Treatment and Reuse. , (2002).</li><li>Palm, J. C., Jenkins, D., Parker, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+between+Organic+Loading,+Dissolved-Oxygen+Concentration+and+Sludge+Settleability+in+the+Completely-Mixed+Activated-Sludge+Process.">Relationship between Organic Loading, Dissolved-Oxygen Concentration and Sludge Settleability in the Completely-Mixed Activated-Sludge Process.</a> Journal Water Pollution Control Federation. 52 (10), 2484-2506 (1980).</li><li>Jenkins, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+a+Comprehensive+Model+of+Activated-Sludge+Bulking+and+Foaming.">Towards a Comprehensive Model of Activated-Sludge Bulking and Foaming.</a> Water Science and Technology. 25 (6), 215-230 (1992).</li><li>Shieh, W., Keenan, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+5+Advances+in+Biochemical+Engineering/Biotechnology.">Ch. 5 Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology.</a> Bioproducts. 33, 131-169 (1986).</li><li>Shieh, W. K., Li, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+and+Kinetics+of+Aerated+Fluidized-Bed+Biofilm+Reactor.">Performance and Kinetics of Aerated Fluidized-Bed Biofilm Reactor.</a> Journal of Environmental Engineering-Asce. 115 (1), 65-79 (1989).</li><li>Alvarez-Vazquez, H., Jefferson, B., Judd, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Membrane+bioreactors+vs+conventional+biological+treatment+of+landfill+leachate:+a+brief+review.">Membrane bioreactors vs conventional biological treatment of landfill leachate: a brief review.</a> Journal of Chemical Technology &amp; Biotechnology. 79 (10), 1043-1049 (2004).</li><li>Fenu, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activated+sludge+model+(ASM)+based+modelling+of+membrane+bioreactor+(MBR)+processes:+a+critical+review+with+special+regard+to+MBR+specificities.">Activated sludge model (ASM) based modelling of membrane bioreactor (MBR) processes: a critical review with special regard to MBR specificities.</a> Water Res. 44 (15), 4272-4294 (2010).</li><li>Liu, Y., Tay, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+essential+role+of+hydrodynamic+shear+force+in+the+formation+of+biofilm+and+granular+sludge.">The essential role of hydrodynamic shear force in the formation of biofilm and granular sludge.</a> Water Res. 36 (7), 1653-1665 (2002).</li><li>Chudoba, J., Grau, P., Ottov&#225;, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+activated-sludge+filamentous+bulking-II.+Selection+of+microorganisms+by+means+of+a+selector.">Control of activated-sludge filamentous bulking-II. Selection of microorganisms by means of a selector.</a> Water Research. 7 (10), 1389-1406 (1973).</li><li>Christenson, L., Sims, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+and+harvesting+of+microalgae+for+wastewater+treatment,+biofuels,+and+bioproducts.">Production and harvesting of microalgae for wastewater treatment, biofuels, and bioproducts.</a> Biotechnol Adv. 29 (6), 686-702 (2011).</li><li>Henderson, R., Parsons, S. A., Jefferson, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+impact+of+algal+properties+and+pre-oxidation+on+solid-liquid+separation+of+algae.">The impact of algal properties and pre-oxidation on solid-liquid separation of algae.</a> Water Res. 42 (8-9), 8-9 (2008).</li><li>Jackson, P. E., Meyers, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Encyclopedia of Analytical Chemistry. , (2000).</li><li>Wilkinson, G. N., Rogers, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Symbolic+descriptions+of+factorial+models+for+analysis+of+variance.">Symbolic descriptions of factorial models for analysis of variance.</a> Applied Statistics. 22, 392-399 (1973).</li><li>Chambers, J. M., Chambers, J. M., Hastie, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+4.">Ch. 4.</a> Statistical Models in S. , (1992).</li><li>R Core Team. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> R: A Language and Environment for Statistical Computing. , (2015).</li><li>Ramanathan, G., Sales, C. M., Shieh, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Apendix:Simultaneous+autotrophic+denitrification+and+nitrification+in+a+low-oxygen+reaction+environment.">Apendix:Simultaneous autotrophic denitrification and nitrification in a low-oxygen reaction environment.</a> Water Science &amp; Technology. 70 (4), 729-735 (2014).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Wastewater Management Fact Sheet - Energy Conservation. 832F06024, 1-7 (2006).</li><li>Curtis, T. P., Mitchell, R., Gu, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch+13.">Ch 13.</a> Environmental Biotechnology. , (2010).</li><li>Asada, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=THE+WATER-WATER+CYCLE+IN+CHLOROPLASTS:+Scavenging+of+Active+Oxygens+and+Dissipation+of+Excess+Photons.">THE WATER-WATER CYCLE IN CHLOROPLASTS: Scavenging of Active Oxygens and Dissipation of Excess Photons.</a> Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol. 50, 601-639 (1999).</li><li>Mullineaux, P., Karpinski, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signal+transduction+in+response+to+excess+light:+getting+out+of+the+chloroplast.">Signal transduction in response to excess light: getting out of the chloroplast.</a> Curr Opin Plant Biol. 5 (1), 43-48 (2002).</li><li>Mallick, N., Mohn, F. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactive+oxygen+species:+response+of+algal+cells.">Reactive oxygen species: response of algal cells.</a> Journal of Plant Physiology. 157 (2), 183-193 (2000).</li><li>Fridovich, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+toxicity:+a+radical+explanation.">Oxygen toxicity: a radical explanation.</a> J Exp Biol. 201 ((Pt 8)), 1203-1209 (1998).</li><li>Doyle, S. M., Diamond, M., McCabe, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chloroplast+and+reactive+oxygen+species+involvement+in+apoptotic-like+programmed+cell+death+in+Arabidopsis+suspension+cultures.">Chloroplast and reactive oxygen species involvement in apoptotic-like programmed cell death in Arabidopsis suspension cultures.</a> J Exp Bot. 61 (2), 473-482 (2010).</li><li>Eisma, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suspended-matter+particle+size+in+some+West-European+estuaries;+part+II:+A+review+on+floc+formation+and+break-up.">Suspended-matter particle size in some West-European estuaries; part II: A review on floc formation and break-up.</a> Netherlands Journal of Sea Research. 28 (3), 215-220 (1991).</li><li>Thomas, D. N., Judd, S. J., Fawcett, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flocculation+modelling:+A+review.">Flocculation modelling: A review.</a> Water Research. 33 (7), 1579-1592 (1999).</li><li>Harris, R. H., Mitchell, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+polymers+in+microbial+aggregation.">The role of polymers in microbial aggregation.</a> Annu Rev Microbiol. 27, 27-50 (1973).</li><li>Raszka, A., Chorvatova, M., Wanner, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+and+significance+of+extracellular+polymers+in+activated+sludge.">The role and significance of extracellular polymers in activated sludge.</a> Part I: Literature review. Acta Hydrochimica Et Hydrobiologica. 34 (5), 411-424 (2006).</li><li>Lakaniemi, A. M., Intihar, V. M., Tuovinen, O. H., Puhakka, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+Dunaliella+tertiolecta+and+associated+bacteria+in+photobioreactors.">Growth of Dunaliella tertiolecta and associated bacteria in photobioreactors.</a> J Ind Microbiol Biotechnol. 39 (9), 1357-1365 (2012).</li><li>Lakaniemi, A. M., Intihar, V. M., Tuovinen, O. H., Puhakka, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+Chlorella+vulgaris+and+associated+bacteria+in+photobioreactors.">Growth of Chlorella vulgaris and associated bacteria in photobioreactors.</a> Microb Biotechnol. 5 (1), 69-78 (2012).</li><li>Natrah, F. M. I., Bossier, P., Sorgeloos, P., Yusoff, F. M., Defoirdt, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Significance+of+microalgal-bacterial+interactions+for+aquaculture.">Significance of microalgal-bacterial interactions for aquaculture.</a> Reviews in Aquaculture. 6 (1), 48-61 (2014).</li><li>Dittami, S. M., Eveillard, D., Tonon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+metabolic+approach+to+study+algal-bacterial+interactions+in+changing+environments.">A metabolic approach to study algal-bacterial interactions in changing environments.</a> Mol Ecol. 23 (7), 1656-1660 (2014).</li><li>Watanabe, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Symbiotic+association+in+Chlorella+culture.">Symbiotic association in Chlorella culture.</a> FEMS Microbiol Ecol. 51 (2), 187-196 (2005).</li><li>Burke, C., Thomas, T., Lewis, M., Steinberg, P., Kjelleberg, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composition,+uniqueness+and+variability+of+the+epiphytic+bacterial+community+of+the+green+alga+Ulva+australis.">Composition, uniqueness and variability of the epiphytic bacterial community of the green alga Ulva australis.</a> ISME J. 5 (4), 590-600 (2011).</li><li>Krohn-Molt, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metagenome+survey+of+a+multispecies+and+alga-associated+biofilm+revealed+key+elements+of+bacterial-algal+interactions+in+photobioreactors.">Metagenome survey of a multispecies and alga-associated biofilm revealed key elements of bacterial-algal interactions in photobioreactors.</a> Appl Environ Microbiol. 79 (20), 6196-6206 (2013).</li><li>Cooper, E. D., Bentlage, B., Gibbons, T. R., Bachvaroff, T. R., Delwiche, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metatranscriptome+profiling+of+a+harmful+algal+bloom.">Metatranscriptome profiling of a harmful algal bloom.</a> Harmful Algae. 37, 75-83 (2014).</li></ol>

The authors have nothing to disclose and declare that they have no competing financial interests.

סעיף זה יתחיל בדיון על וריאציות פרוטוקול הדרושות כדי לטפל בבעיות תפעוליות אפשריות, כמו גם שימוש בקהילות חיידקים שונות. נקודות החוזק של עיצוב כור זה יידון, כולל היכולת למשול שליטה של ​​שטף חמצן ויצירת flocs צפיפות הגבוהה בתוך הכור. אתגרים נוכחיים ואפיקים אפשריים של חקי...

שפכים עירוניים מטופל בדרך כלל בתהליכי בוצה משופעלת על מנת להפחית את המוצקים מרחפים (SS), ביקוש ביולוגי חמצן (BOD), חנקן אורגני ואי-אורגני, ותוכן זרחן 5,6. תהליך הבוצה משופעלת, אמצעי טיפול בשפכים המשני, כרוך החמצון של פחמן אורגני בטנק אוורור מלא במשקאות מעורבים של שפכים נכנסים ומיקרואורגניזם heterotrophic הממוחזר (המכונה בוצה משופעלת נפוץ) 5-7. המשקאות המעורבים ואז נכנס לטהור גדול יחסית (טנק יישוב) שבו הבוצה מסתפקת באוסף קל יותר, או כדי להיות מסולק או ממוחזר חזרה לטנק האוורור, ואילו בשפכים הבהירו, שטופלו יכולים להמשיך טיפול או חיטוי שיישונים לפני ששוחרר ל מים מקבלים 5-7. הפרדה יעילה של הקולחים ומוצקים (בוצה) בלטהור המשני היא חיונית לתפקוד התקין של היהמערכת טיפול tewater, כמו כל בוצה משופעלת ממשיכה מעבר לclarifiers תגדיל את BOD ואס-האס ב5-8 בשפכים. מספר התהליכים ביולוגיים חלופיים קיימים לטיפול שניוני בשפכים, אשר להפחית או לבטל את הצורך בטנקי הבהרה גדולים, כוללים מצורף צמיחה כורים (biofilm), bioreactors הקרום (MBRs), וכורים גרעיניים בוצה. בכורים biofilm, ההיווצרות של biofilms, שבו מיקרואורגניזמים באופן טבעי הכולל ולצרף כשכבת על משטח מוצק, מאפשר לשימור ביומסה והצטברות ללא הצורך בטנק הבהרה. כורי biofilm ניתן לסווג לשלושה סוגים: כורי מיטה ארוזה, כורי מיטה מרחף, ומסתובבים קבלנים ביולוגיים. כורי מיטה ארוזים, כגון מסננים מטפטפים ומגדלים ביולוגיים, לנצל משטח מוצק צמיחה נייחת 5,6. כורי מיטה מרחף (FBRs) תלויים בקובץ המצורף של מיקרואורגניזמים לחלקיקים,כגון חול, גרגירי פחם פעילים (GAC), או חרוזי זכוכית, אשר נשמרים בהשעיה על ידי קצב זרימה כלפי מעלה גבוה 9,10. כורים ביולוגיים מסתובבים תלויים בbiofilms נוצר על התקשורת מחוברת לפיר מסתובב המאפשרת biofilm להיחשף לסירוגין לאוויר ומטופלת הנוזל 5,6. MBRs להשתמש ביחידות סינון קרום, או בתוך (התצורה השקועה) bioreactor או חיצוני באמצעות מחזור (תצורת צד-זרם) 5,11. הקרומים לשמש כדי להשיג הפרדה טובה של ביומסה וחלקיקים מוצקים מ11,12 הנוזל שטופל. כורים גרעיניים הם בוצת כורי upflow בי ההיווצרות של גרגרים מאוד צפופים ויישוב היטב של מיקרואורגניזמים מתרחשת כאשר הם נחשפים לאוויר upflow השטחי גבוה מהירויות 13. כחלופה נוספת לתהליך הבוצה משופעלת, מערכת כור upflow רומן, התקשר עכשיו bioreactor צפיפות גבוהה (HDBR), היה designeד ונבנה על ידי מכירות וShieh (2006) ללמוד הסרת COD על ידי בוצה משופעלת מזרמים פסולת סינתטיות בתנאי F / M נמוכים שידועים כי הם גורמים להיווצרות בוצת יישוב עניה (כלומר, בוצת bulking) 1,7,14. מערכת HDBR מנוצלת שונה כורי מיטה מרחף, כי בדרך כלל מורכב מכור upflow ומכל מחזור חיצוני. כורי מיטה מרחף מופעלים בדרך כלל עם ספיקות זרם מחזור גבוהות מספיק כדי לשמור על תשתית צמיחת biofilm המושעית אבל נמוכות מספיק כדי שהמצע מכוסה biofilm נשמר. שלא כמו כורי מיטה מרחף, HDBR מתואר במכירות וShieh (2006) המשמש ספיקות זרם מחזור נמוכות יחסית אשר, יחד עם אוורור חיצוני, מנעו שיבוש אזור ביומסה נוצר בתוך הכור 1. מחקרים נוספים הראו את יכולתו של עיצוב כור זה לטפל בהצלחה במגוון רחב של נתיבי חנקן באמצעות ניטיריפיקציה / denitrifying חיידקי 3,4. בכל העגילIES ההיווצרות של אזור יציב, צפוף ביומסה בHDBR ביטלה את הצורך בתהליך / שקיעה חיצונית הפתתה 1-4. כפי שאנו מדווחים כאן, השימוש בHDBR לגדול תרבויות צפופות גם נבדק בתצורת photobioreactor (PBR) לגידול של אצות. אנו דנים את היתרונות וחסרונות של מערכת כור הרומן הזה לטיפוח אצות והפוטנציאל שלה להתגבר על מכשול גדול במסחור של דלק ביולוגי אצות הקשורים קציר ביומסה (כלומר, הפרדה מוצקה נוזל טוב 15,16). הפרוטוקול הבא מתאר את הצעדים הדרושים כדי להרכיב, הפעלה, מדגם מ, ולשמור על HDBR עם אצות כקהילת החיידקים של עניין. שינויים בפרוטוקול ההפעלה ותפעול של תרבויות heterotrophic וניטיריפיקציה / denitrifying יהיו גם ציינו. לבסוף, יתרונות כלליים, חסרונות, ונעלמים של עיצוב כור הרומן הזה יהיו מודגשים.

<table><tbody><tr><td>Aeration stone</td><td>Alita</td><td>AS-3015C</td><td></td></tr><tr><td>Aerator</td><td>Top Fin</td><td>Air-1000</td><td></td></tr><tr><td>Ammonium chloride</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A9434</td><td></td></tr><tr><td>Anion analysis column</td><td>Shodex</td><td>IC SI-52 4E</td><td></td></tr><tr><td>Beaker (600 ml)</td><td>Corning Pyrex</td><td>1000-600</td><td>Used as mixing vessel (MV). Addition of hose barbs at the bottom and 500 ml levels. Outside diameter of hose barbs 3/8&quot;.</td></tr><tr><td>Calcium chloride</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C5670</td><td></td></tr><tr><td>Cation analysis column</td><td>Shodex</td><td>IC YS-50</td><td></td></tr><tr><td>Cobalt chloride hexahydrate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C8661</td><td></td></tr><tr><td>Copper chloride</td><td>Sigma Aldrich</td><td>222011</td><td></td></tr><tr><td>Ferric chloride</td><td>Sigma Aldrich</td><td>157740</td><td></td></tr><tr><td>Filter (vacuum)</td><td>Fisherbrand</td><td>09-719-2E</td><td>0.45 &amp;#956;m membrane filter, MCE, 47&amp;nbsp;mm diameter</td></tr><tr><td>Graduated cylinder (1,000 ml)</td><td>Corning Pyrex</td><td>3025-1L</td><td>Used as reactor vessel (R). Addition of hose barbs at bottom, 500 ml, and 1 L levels. Outside diameter of hose barbs 3/8&quot;.</td></tr><tr><td>HPLC/IC</td><td>Shimadzu</td><td>Prominence</td><td></td></tr><tr><td>Magnesium sulfate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>M2643</td><td></td></tr><tr><td>Masterflex L/S variable speed drive</td><td>Masterflex</td><td>07553-50</td><td>Drive for recycle and feed pumps (2 needed)</td></tr><tr><td>Nickel chloride hexahydrate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>N6136</td><td></td></tr><tr><td>Potassium nitrate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P8291</td><td></td></tr><tr><td>(Monobasic) Potassium phosphate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P5655</td><td></td></tr><tr><td>Pump head</td><td>Masterflex</td><td>07018-20</td><td>Recycle pump head</td></tr><tr><td>Pump head</td><td>Masterflex</td><td>07013-20</td><td>Feed pump head</td></tr><tr><td>Pump tubing</td><td>Masterflex</td><td>6404-18</td><td>Recycle pump tubing</td></tr><tr><td>Pump tubing</td><td>Masterflex</td><td>6404-13</td><td>Feed pump tubing</td></tr><tr><td>Sodium bicarbonate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S5761</td><td></td></tr><tr><td>Zinc sulfate heptahydrate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Z0251</td><td></td></tr></tbody></table>

a novel bioreactor for high density cultivation of diverse microbial communities

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Past studies have evaluated the performance of the reactor for the removal of COD1 and nitrogen species2-4 by heterotrophic and chemoautotrophic bacteria, respectively. The HDBR design eliminates the requirement for external flocculation/sedimentation processes while still yielding effluent containing low suspended solids. In this study, the HDBR is applied as a photobioreactor (PBR) in order to characterize the nitrogen removal characteristics of an algae-based photosynthetic microbial community. As previously reported for this HDBR design, a stable biomass zone was established with a clear delineation between the biologically active portion of the reactor and the recycling reactor fluid, which resulted in a low suspended solid effluent. The algal community in the HDBR was observed to remove 18.4% of total nitrogen species in the influent. Varying NH4+ and NO3- concentrations in the feed did not have an effect on NH4+ removal (n=44, p=0.993 and n=44, p=0.610 respectively) while NH4+ feed concentration was found to be negatively related with NO3- removal (n=44, p=0.000) and NO3- feed concentration was found to be positively correlated with NO3- removal (n=44, p=0.000). Consistent removal of NH4+, combined with the accumulation of oxidized nitrogen species at high NH4+ fluxes indicates the presence of ammonia- and nitrite-oxidizing bacteria within the microbial community.

HDBR שימש לטפח אצות על פני כמה יחסים של ריכוזי האמוניה influent וחנק, תוך שמירה על תוכן חנקן כללי בהזנה ב 40 מ&quot;ג -NL -1. Influent ודגימות שפכים נלקחו יומית; דגימות צפיפות ביומסה נלקחו בתחילת וסוף כל מצב. הכור לקח על 3-5 ימים בממוצע להגיע לשיווי משקל מצב יציב לאחר התנאים השתנו. ?...

Watch this Scientific Journal Video about A Novel Bioreactor for High Density Cultivation of Diverse Microbial Communities at JoVE.com

A Novel Bioreactor for High Density Cultivation of Diverse Microbial Communities

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Here, the HDBR is successfully applied in a photobioreactor (PBR) configuration for the study of nitrogen metabolism by a mixed high density algal community.

Bioreactor רומן לטיפוח צפיפות גבוה של קהילות חיידקים מגוונות

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Past ...

a-novel-bioreactor-for-high-density-cultivation-diverse-microbial

Research

JoVE Journal

Bioengineering

17.0K Views.  Drexel University. A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Here, the HDBR is successfully applied in a photobioreactor (PBR) configuration for the study of nitrogen metabolism by a mixed high density algal community.

Video: A Novel Bioreactor for High Density Cultivation of Diverse Microbial Communities

Microfluidic Picoliter Bioreactor for Microbial Single-cell Analysis: Fabrication, System Setup, and Operation

In this protocol the fabrication, experimental setup and basic operation of the recently introduced microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) is described in detail. The PLBR can be utilized for the analysis of single bacteria and microcolonies to investigate biotechnological and microbiological related questions concerning, e.g.&#160;cell growth, morphology, stress response, and metabolite or protein production on single-cell level. The device features continuous media flow enabling constant environmental conditions for perturbation studies, but in addition allows fast medium changes as well as oscillating conditions to mimic any desired environmental situation. To fabricate the single use devices, a silicon wafer containing sub micrometer sized SU-8 structures served as the replication mold for rapid polydimethylsiloxane casting. Chips were cut, assembled, connected, and set up onto a high resolution and fully automated microscope suited for time-lapse imaging, a powerful tool for spatio-temporal cell analysis. Here, the biotechnological platform organism Corynebacterium glutamicum&#160;was seeded into the PLBR and cell growth and intracellular fluorescence were followed over several hours unraveling time dependent population heterogeneity on single-cell level, not possible with conventional analysis methods such as flow cytometry. Besides insights into device fabrication, furthermore, the preparation of the preculture, loading, trapping of bacteria, and the PLBR cultivation of single cells and colonies is demonstrated. These devices will add a new dimension in microbiological research to analyze time dependent phenomena of single bacteria under tight environmental control. Due to the simple and relatively short fabrication process the technology can be easily adapted at any microfluidics lab and simply tailored towards specific needs.

In this protocol the fabrication, setup and basic operation of a microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) for single-cell analysis of prokaryotic microorganisms is introduced. Industrially relevant microorganisms were analyzed as proof of principle allowing insights into growth rate, morphology, and phenotypic heterogeneity over certain time periods, hardly possible with conventional methods.

In this protocol the fabrication, experimental setup and basic operation of the recently introduced microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) is described ...

Operation of a Benchtop Bioreactor

Fermentation systems are used to provide an optimal growth environment for many different types of cell cultures. The ability afforded by fermentors to carefully control temperature, pH, and dissolved oxygen concentrations in particular makes them essential to efficient large scale growth and expression of fermentation products. This video will briefly describe the advantages of the fermentor over the shake flask. It will also identify key components of a typical benchtop fermentation system and give basic instruction on setup of the vessel and calibration of its probes. The viewer will be familiarized with the sterilization process and shown how to inoculate the growth medium in the vessel with culture. Basic concepts of operation, sampling, and harvesting will also be demonstrated. Simple data analysis and system cleanup will also be discussed.

Fermentors are used to increase culture yield and productivity of bioengineered cells. After screening multiple microbial or animal cell culture candidates in shake flasks, the next logical step is to increase the selected culture&#x2019;s biomass with the fermentor. This video demonstrates the setup and operation of a typical benchtop bioreactor system.

מבצע של Bioreactor Benchtop

Fermentation systems are used to provide an optimal growth environment for many different types of cell cultures. The ability afforded by fermentors to ...

Microalgae Cultivation and Biomass Quantification in a Bench-Scale Photobioreactor with Corrosive Flue Gases

Photobioreactors are illuminated cultivation systems for experiments on phototrophic microorganisms. These systems provide a sterile environment for microalgal cultivation with temperature, pH, and gas composition and flow rate control. At bench-scale, photobioreactors are advantageous to researchers studying microalgal properties, productivity, and growth optimization. At industrial scales, photobioreactors can maintain product purity and improve production efficiency. The video describes the preparation and use of a bench-scale photobioreactor for microalgal cultivation, including the safe use of corrosive gas inputs, and details relevant biomass measurements and biomass productivity calculations. Specifically, the video illustrates microalgal culture storage and preparation for inoculation, photobioreactor assembly and sterilization, biomass concentration measurements, and a logistic model for microalgal biomass productivity with rate calculations including maximum and overall biomass productivities. Additionally, since there is growing interest in experiments to cultivate microalgae using simulated or real waste gas emissions, the video will cover the photobioreactor equipment adaptations necessary to work with corrosive gases and discuss safe sampling in such scenarios.

Bench-scale, axenic cultivation facilitates microalgal characterization and productivity optimization before subsequent process scale-up. Photobioreactors provide the necessary control for reliable and reproducible microalgal experiments and can be adapted to safely cultivate microalgae with the corrosive gases (CO2, SO2, NO2) from municipal or industrial combustion emissions.

מיקרואצות וטיפוח ביומסה ביופיקציה בפוטובילקטור הספסל עם גזים בארובה מאכל

Photobioreactors are illuminated cultivation systems for experiments on phototrophic microorganisms. These systems provide a sterile environment for ...

Environment

Cultivation of Mammalian Cells Using a Single-use Pneumatic Bioreactor System

Recent advances in mammalian, insect, and stem cell cultivation and scale-up have created tremendous opportunities for new therapeutics and personalized medicine innovations. However, translating these advances into therapeutic applications will require in vitro systems that allow for robust, flexible, and cost effective bioreactor systems. There are several bioreactor systems currently utilized in research and commercial settings; however, many of these systems are not optimal for establishing, expanding, and monitoring the growth of different cell types. The culture parameters most challenging to control in these systems include, minimizing hydrodynamic shear, preventing nutrient gradient formation, establishing uniform culture medium aeration, preventing microbial contamination, and monitoring and adjusting culture conditions in real-time. Using a pneumatic single-use bioreactor system, we demonstrate the assembly and operation of this novel bioreactor for mammalian cells grown on micro-carriers. This bioreactor system eliminates many of the challenges associated with currently available systems by minimizing hydrodynamic shear and nutrient gradient formation, and allowing for uniform culture medium aeration. Moreover, the bioreactor&#8217;s software allows for remote real-time monitoring and adjusting of the bioreactor run parameters. This bioreactor system also has tremendous potential for scale-up of adherent and suspension mammalian cells for production of a variety therapeutic proteins, monoclonal antibodies, stem cells, biosimilars, and vaccines.

Using a pneumatic bioreactor, we demonstrate the assembly, operation, and performance of this single-use bioreactor system for the growth of mammalian cells.

טיפוח של תאי יונקים באמצעות מערכת פניאומטיים Bioreactor יחיד שימוש

Recent advances in mammalian, insect, and stem cell cultivation and scale-up have created tremendous opportunities for new therapeutics and personalized ...

סימולציה של שיטה אנאירובית באתרו לגידול מיקרובים סביבתיים

A Set of In Situ Informed Simulated Medium Formats for Culturing Environmentally Acquired Anaerobic Microorganisms

Culture-dependent research of anaerobic microorganisms rests upon methodological competence. These methods must create and maintain suitable growth conditions (e.g., pH and carbon sources) for anaerobic microorganisms while also allowing samples to be extracted without compromising the artificial environment. To this end, methods that are informed by and simulate an in situ environment can be of great aid in culturing microorganisms from that environment. Here, we outline an in situ informed and simulated anaerobic method for culturing terrestrial surface and subsurface microorganisms, emphasizing anaerobic sample collection with minimal perturbation. This protocol details the production of a customizable anaerobic liquid medium, and the environmental&#160;acquisition and in vitro growth of anaerobic microorganisms. The protocol also covers critical components of an anaerobic bioreactor used for environmental simulations of sediment and anaerobic liquid media for environmentally acquired cultures. We have included preliminary Next Generation Sequencing data from a maintained microbiome over the lifespan of a bioreactor where the active culture dynamically adjusted in response to an experimental carbon source.

מחבר זרקור: חשיפת המסתורין של מיקרואורגניזמים אנאירוביים יבשתיים בסביבות לא ממופות על ידי תרבית באתרו

The focus of this paper is to detail best practices for making media for fastidious anaerobic microorganisms acquired from an environment. These methods help manage anaerobic cultures and can be applied to support the growth of elusive uncultured microorganisms, the "microbial dark matter."

קבוצה של פורמטים מדומים מדומים באתרם לטיפוח מיקרואורגניזמים אנאירוביים שנרכשו בסביבה

Culture-dependent research of anaerobic microorganisms rests upon methodological competence. These methods must create and maintain suitable growth ...

Generic Protocol for Optimization of Heterologous Protein Production Using Automated Microbioreactor Technology

A core business in industrial biotechnology using microbial production cell factories is the iterative process of strain engineering and optimization of bioprocess conditions. One important aspect is the improvement of cultivation medium to provide an optimal environment for microbial formation of the product of interest. It is well accepted that the media composition can dramatically influence overall bioprocess performance. Nutrition medium optimization is known to improve recombinant protein production with microbial systems and thus, this is a rewarding step in bioprocess development. However, very often standard media recipes are taken from literature, since tailor-made design of the cultivation medium is a tedious task that demands microbioreactor technology for sufficient cultivation throughput, fast product analytics, as well as support by lab robotics to enable reliability in liquid handling steps. Furthermore, advanced mathematical methods are required for rationally analyzing measurement data and efficiently designing parallel experiments such as to achieve optimal information content.
The generic nature of the presented protocol allows for easy adaption to different lab equipment, other expression hosts, and target proteins of interest, as well as further bioprocess parameters. Moreover, other optimization objectives like protein production rate, specific yield, or product quality can be chosen to fit the scope of other optimization studies. The applied Kriging Toolbox (KriKit) is a general tool for Design of Experiments (DOE) that contributes to improved holistic bioprocess optimization. It also supports multi-objective optimization which can be important in optimizing both upstream and downstream processes.

This manuscript describes a generic approach for tailor-made design of microbial cultivation media. This is enabled by an iterative workflow combining Kriging-based experimental design and microbioreactor technology for sufficient cultivation throughput, which is supported by lab robotics to increase reliability and speed in liquid handling media preparation.

פרוטוקול גנרי עבור אופטימיזציה של ייצור החלבון Heterologous באמצעות טכנולוגיית Microbioreactor אוטומטיות

A core business in industrial biotechnology using microbial production cell factories is the iterative process of strain engineering and optimization of ...

Use of High-Throughput Automated Microbioreactor System for Production of Model IgG1 in CHO Cells

Automated microscale bioreactors (15 mL) can be a useful tool for cell culture engineers. They facilitate the simultaneous execution of a wide variety of experimental conditions while minimizing potential process variability. Applications of this approach include: clone screening, temperature and pH shifts,&#160;media and supplement optimization. Furthermore, the small reactor volumes are conducive to large Design of Experiments that investigate a wide range of conditions. This allows upstream processes to be significantly optimized before scale-up where experimentation is more limited in scope due to time and economic constraints. Automated microscale bioreactor systems offer various advantages over traditional small scale cell culture units, such as shake flasks or spinner flasks. However, during pilot scale process development&#160;significant care must be taken to ensure that these advantages are realized. When run with care, the system can enable high level automation, can be programmed to run DOE&#39;s with a higher number of variables&#160;and can reduce sampling time when integrated with a nutrient analyzer or cell counter. Integration of the expert-derived heuristics presented here, with current automated microscale bioreactor experiments can minimize common pitfalls that hinder meaningful results. In the extreme, failure to adhere to the principles laid out here can lead to equipment damage that requires expensive repairs. Furthermore, the microbioreactor systems have small culture volumes&#160;making characterization of cell culture conditions difficult. The number and amount of samples taken in-process in batch mode culture is limited as operating volumes cannot fall below 10 mL. This method will discuss the benefits and drawbacks of microscale bioreactor systems.

A detailed protocol for the concurrent operation of 48 parallel cell cultures under varied conditions in a microbioreactor system is presented. Cell culture process, harvest and subsequent antibody titer analysis are described.

השימוש תפוקה גבוהה אוטומטית Microbioreactor מערכת לייצור של מודל IgG1 בתאים צ'ו

Automated microscale bioreactors (15 mL) can be a useful tool for cell culture engineers. They facilitate the simultaneous execution of a wide variety of ...

Process Optimization using High Throughput Automated Micro-Bioreactors in Chinese Hamster Ovary Cell Cultivation

Optimization of bioprocesses to increase the yield of desired products is of importance in the biopharmaceutical industry. This can be achieved by strain selection and by developing bioprocess parameters. Shake flasks have been used for this purpose. They, however, lack the capability to control the process parameters such as pH and dissolved oxygen (DO). This limitation can be overcome with the help of an automated micro-bioreactor. These bioreactors mimic cultivation at a larger scale. One of the major advantages of this system is the integration of the Design of Experiment (DOE) in the software. This integration enables establishing a design where multiple process parameters can be varied simultaneously. The critical process parameters and optimum bioprocess conditions can be analyzed within the software. The focus of the work presented here is to introduce the user to the steps involved in process design in the software and incorporation of the DOE within the cultivation run.

Here, we present a detailed procedure to run a Design of Experiment in an automated micro-bioreactor followed by cell harvest and protein quantification using a Protein A column.

מיטוב תהליכים באמצעות תפוקה גבוהה מיקרו-Bioreactors שחקנים בסינית טיפוח תא שחלה אוגר

Optimization of bioprocesses to increase the yield of desired products is of importance in the biopharmaceutical industry. This can be achieved by strain ...

Bioreactor רומן לטיפוח צפיפות גבוה של קהילות חיידקים מגוונות

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

Microfluidic Picoliter Bioreactor for Microbial Single-cell Analysis: Fabrication, System Setup, and Operation

מבצע של Bioreactor Benchtop

מיקרואצות וטיפוח ביומסה ביופיקציה בפוטובילקטור הספסל עם גזים בארובה מאכל

טיפוח של תאי יונקים באמצעות מערכת פניאומטיים Bioreactor יחיד שימוש

קבוצה של פורמטים מדומים מדומים באתרם לטיפוח מיקרואורגניזמים אנאירוביים שנרכשו בסביבה

קבוצה של פורמטים מדומים מדומים באתרם לטיפוח מיקרואורגניזמים אנאירוביים שנרכשו בסביבה

קבוצה של פורמטים מדומים מדומים באתרם לטיפוח מיקרואורגניזמים אנאירוביים שנרכשו בסביבה

פרוטוקול גנרי עבור אופטימיזציה של ייצור החלבון Heterologous באמצעות טכנולוגיית Microbioreactor אוטומטיות

השימוש תפוקה גבוהה אוטומטית Microbioreactor מערכת לייצור של מודל IgG1 בתאים צ'ו

מיטוב תהליכים באמצעות תפוקה גבוהה מיקרו-Bioreactors שחקנים בסינית טיפוח תא שחלה אוגר