علم الاحياء المجهرية الصناعية

المختبر الاول : المقدمـــــــــة
علم الاحياء المجهرية الصناعية : هو العلم الذي يهتم باستغلال الاحياء المجهرية وانظمتها الحياتية ( Biosystems ) في المجالات الصناعية المختلفة ..
تلعب الاحياء المجهرية دورا هاما في الكثير من الصناعات واصبحت احدى اهم الركائز في الاقتصاد العالمي والانتاج السنوي تقدر بملايين الدولارات , كما انها تعد مصانع كيميائية مصغرة حيث لها القدرة على تحويل المواد الاولية الى مركبات هامة جديدة , وفي النصف الثاني من القرن العشرين تطورت صناعات تدخل الاحياء المجهرية فيها من بينها الاغذية مثل الخبز ومنتجات الالبان, المشروبات الكحولية , المواد الصيدلانية مثل الفيتامينات والبروتينات والحوامض العضوية وغيرها , ومن الاحياء التي لها دور في هذه الصناعات bacteria ,yeast, fungi , actinomycetes .
من الاسباب التي ادت الى استخدام الاحياء المجهرية في الصناعة هي :
1- سرعة نموها .
2- بساطة احتياجاتها الغذائية وامكانية استخدام اوساط زرعية تمثل مخلفات زراعية او صناعية قليلة الكلفة .
3- امكانية توفير الظروف الملائمة لها .
4- التنوع الكبير في العمليات الايضية وانتاجها للعديد من المواد التي يمكن الاستفادة منها في المجالات المطلوبة .
5- امكانية اجراء التحويرات الوراثية لتحسين انتاجها .
6- لاتحتاج الى حيز كبير كما في الحيوان والنبات .

متطلبات الصناعة المايكروبية :

1- الكائن الحي المجهري : يجب ان يكون ذو انتاجية عالية , سريع النمو وغير مرضي .
2- الوسط : يجب ان تكون المواد الاولية الخام متوفرة بكميات كبيرة ورخيصة مثل مخلفات الصناعات الغذائية والاخشاب والورق .
3- المنتوج : ويقصد به الناتج ويجب ان تتوفر طرق فعالة لعزله وتنقيته من الخليط المستخدم لانتاجه لانه يحتوي على العديد من المواد الاولية والنواتج العرضية والاحياء المجهرية .

المركبات الرئيسية التي تنتجها الاحياء المجهرية :
1- خلايا الاحياء المجهرية كمصدر بروتين لتغذية الانسان وعلف للحيوان .
2- جزيئات كبيرة من الانزيمات لها دور في التحولات الايضية .
3- مركبات اولية فعالة ذات احجام جزيئية صغيرة تكون اساسية لنمو الاحياء المجهرية .
4- مركبات ثانوية فعالة ذات احجام جزيئية صغيرة لا تكون اساسية لنمو الاحياء المجهرية .
** كما يمكن تقسيم المركبات الصناعية المجهرية حسب تسويقها الى :
1- مواد كيميائية صيدلانية مثل المضادات الحياتية والستيرويدات والانسولين والانترفيرون المنتجة بواسطة البكتريا المعدلة وراثيا .
2- مركبات كيميائية مثل المذيبات والانزيمات .
3- مشروبات كحولية .
4- اللقاحات مثل انتاج مستضدات مناعية .
5- اغذية مساعدة مثل انتاج الخمائر والبكتريا والطحالب للبروتين والعناصر الغذائية العضوية لاغناء الاغذية والاعلاف .
6- مواد حافظة للجلود والاخشاب والمعادن من التلف الذي تسببه انواع اخرى من الاحياء .

خطوات عزل الاحياء المجهرية الصناعية :
1- بعد اختيار مصدر العزل كالتربة مثلا , تعمل تخافيف مناسبة منها ويجب الاهتمام بالمحاليل المستخدمة في عملية التخفيف لان لها الاثر الاكبر في عملية العزل .
2- تزرع التخافيف على الاوساط الزرعية المناسبة لعزل الاحياء المجهرية بطريقة التخطيط او صب الاطباق مع مراعاة ph الوسط الزرعي .
3- تحضن الاطباق بدرجة حرارة ملائمة لعزل الكائن المطلوب :
• البكتريا تحضن بدرجة 37 م لمدة 24 ساعة .
• الخمائر تحضن بدرجة 25- 30 م لمدة 2-3 ايام .
• الاعفان تحضن بدرجة 25- 30 م لمدة 7 ايام .
4- التحكم بظروف التهوية وملاحظة اذا كان الكائن هوائي او لا .
5- بعد نمو الكائن يتم تنقيته عدة مرات في الوسط الملائم .
6- انتخاب السلالة ذات الانتاجية العالية لغرض الاستخدام .

خزن وحفظ الاحياء المجهرية الصناعية :
يتم حفظ السلالات ذات الانتاج الصناعي العالي للاسباب التالية :
1- عمليات العزل المتكرر تكون مكلفة جدا وتحتاج لوقت طويل اضافة الى عدم ضمان الحصول على نفس نوعية العزلة الاولى .
2- عمليات الزرع المتكرر والتجديد تكون عرضة للتلوث .
3- تحفظ المزارع لاستخدامها كمرجع لمقارنة انتاجية العزلات على مرور الزمن مقارنة بالعزلة الاصلية .
4- تحفظ وبداخلها كافة العناصر الوراثية مثل البلازميدات والفاجات لان الزرع المتكرر يؤدي الى فقدانها .
يتم عملية الخزن على نوعين :
1- الخزن لفترة قصيرة : تخزن السلالات على اوساط مائلة مغلقة بشكل محكم بدرجة 4 م لمدة 2-3 شهر .
2- الخزن لفترة طويلة : تصل الى 10 سنوات وتتم اما :
أ‌- بالتجفيد lyophilization : يحضر عالق البكتريا ثم يجمد بسرعة باستخدام مزيج الثلج الجاف والكحول ويجفف باستخدام الvaccum ويحفظ بدرجة 4 م .
ب‌- التجميد باستخدام الكلسرين : يستخدم الكلسرين تركيزه 86% لحماية الخلايا من التجميد ويحفظ بدرجة 80 م .
ت‌- تجفيف الاحياء المنتجة للسبورات : مثل الاسبرجلس والبنسيليوم والباسلس , تستخدم مزارع التربة والرمل وكاربونات الكالسيوم يعقم المزيج يلقح بعالق السبورات ويتم التخلص من الماء وتحفظ بدرجة 4 م .