In che modo i batteri sopravvivono alla liofilizzazione?

Ho svolto alcune ricerche nell’area, quindi penso di poter fornire alcune informazioni, ma molto molto brevemente. Si può guardare nel libro: “Freeze-injury in bacteria” e ci sono alcune riviste di ricerca e di ricerca, anche se sono state pubblicate abbastanza tempo fa.

Uno deve avere familiarità con alcuni termini, come: nucleazione del ghiaccio, formazione di cristalli di ghiaccio, crioprotettori, stato vitreo, stato amorfo, danno cellulare, lesioni reversibili, ecc. Li potete trovare nel dizionario. Per rispondere in breve, userò semplicemente quei termini.

  1. Ovviamente per la liofilizzazione, è necessario congelare le celle prima di sospenderle in una soluzione. Il congelamento può essere effettuato mediante congelamento lento o congelamento rapido.
  2. Lesioni da congelamento: quando le cellule sono congelate, l’acqua delle cellule inizia a congelarsi a strati. Nel congelamento lento (come all’interno di un congelatore) che porta alla formazione di cristalli di ghiaccio, questi cristalli, con i loro spigoli vivi, danneggiano le strutture cellulari e le macromolecole (parete, membrana, principalmente). Quando l’acqua inizia a congelare, con il processo di congelamento lento, il pH all’interno della cellula cade, influenzando le strutture secondarie e terziarie e le loro funzioni biologiche (proteine, acidi nucleici, principalmente). Il livello del livello di lesioni varia, rendendo le cellule: morte, ferite o normali.
  3. Se congelato velocemente (come nella CO2 solida o nell’azoto liquido), l’acqua cellulare si congela istantaneamente, formando uno stato vetroso o vitreo, impedendo qualsiasi danno alle cellule dovuto alla nucleazione del ghiaccio o alla caduta del pH. Quindi più cellule rimarranno normali, con ancora alcuni morti e feriti.
  4. Le cellule congelate vengono quindi essiccate sotto vuoto, in modo che l’acqua evapori per sublimazione. Comunque più veloce è il tasso di sublimazione, migliore è la sopravvivenza.
  5. Diverse tecniche sono impiegate per ridurre la morte e le lesioni durante il congelamento, durante l’asciugatura e durante la successiva manipolazione. Alcuni sono:

un. Utilizzare cellule che sono in fase stazionaria di crescita in un mezzo tamponato (per ridurre l’esposizione all’acido prodotto dalla cellula).

b. Raccogli e sospendi le cellule in una soluzione contenente crioprotettori (come Glicerolo) per ridurre l’acqua libera per ridurre la nucleazione del ghiaccio.

c. Mantenere la sospensione cellulare per 30- o più, affinché le cellule regolino la bassa temperatura che aiuta a secernere le proteine ​​cellulari per proteggere le cellule (Ray and Bhunia: Microbilogia alimentare fondamentale, 5a ed. Taylor e Francis).

d. Congelare velocemente a strati in modo che non si formino cristalli di ghiaccio.

e. Liofilizzare sotto alto vuoto per una rapida sublimazione completa dell’acqua.

f. Reidratare velocemente, preferibilmente a una temperatura leggermente calda.

Riassumere:

I batteri sopravvivono alla liofilizzazione riducendo le lesioni durante il congelamento, l’essiccazione e la reidratazione utilizzando diversi metodi protettivi.

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bene questa è la differenza che hanno con gli esseri umani e altri organismi. Quando le situazioni non sono favorevoli, alcuni batteri si convertono in spore dormienti. Queste spore sono molto forti e hanno il minimo metabolismo e possono sopravvivere per molti anni. Una volta che la situazione diventa favorevole alla loro crescita si trasformano in fase vegetativa e iniziano a riprodursi.

Le spore sono molto resistenti al caldo o al freddo e quindi sopravvivono alla liofilizzazione.

Se qualcuno sta intenzionalmente congelando / preservando una coltura batterica, cioè un ricercatore, li congeliamo in una sospensione contenente glicerolo. Il glicerolo previene la formazione di cristalli di ghiaccio che altrimenti sarebbero presenti e perforare la cellula distruggendola. Inoltre, molti microrganismi non batterici come il lievito generano “spore” che sono super-resistenti a condizioni difficili e una volta che le condizioni sono più favorevoli rientreranno nel ciclo cellulare e si propagheranno.

Il loro DNA non si separa e viene circondato da materiale cellulare che lo protegge.

Un animale più grande, il Tardigrado, può sopravvivere ai viaggi spaziali e alle temperature estremamente basse formando strati di materiale che circondano il loro DNA e quando si scongelano scoprono semplicemente il loro DNA e iniziano a camminare.