Термошейкер для жидкого культивирования: как частота орбиты и OTR меняют баланс ко-культуры в колбе
Можно ли на термошейкере управлять конкуренцией в жидком культивировании, меняя частоту орбиты, а не только температуру? В shake-flask ко-культуре Aspergillus niger и Streptomyces coelicolor — да: при инокуляте 1:1 гриб доминирует при 136 и 250 об/мин, а при 60 об/мин преимущество у актиномицета. Сдвиг связывают со снижением скорости переноса кислорода (OTR). Работа: DOI 10.1186/s12934-026-03015-9. Для протоколов с орбитой и термостатированием смотрите класс шейкеров-инкубаторов и напольный Zhichu ZQLY-180.
Почему в жидком культивировании на шейкере важны гидродинамика и растворённый кислород
В колбе на орбитальном шейкере-инкубаторе рост ко-культуры зависит не только от среды. Авторы S1 показывают, что динамику A. niger и S. coelicolor задают стратегия инокуляции, концентрация глутаминовой кислоты, гидродинамический стресс (частота перемешивания) и растворённый кислород. «Правильная» температура сама по себе не фиксирует баланс популяций, если rpm и аэрация расходятся между параллелями.
На стойке это видно сразу: две одинаковые партии среды, один инокулят — и разный исход, если одна колба крутилась на 60 об/мин, а другая на 250. Разница идёт через массообмен кислорода и сдвиговые нагрузки, а не через «магию штамма».
В ко-культурах нитчатых микроорганизмов морфология и воспроизводимость обычно хуже, чем в аксенических. Гетерогенные пеллеты и слабая повторяемость — типичный барьер для согласованности процесса и scale-up. Параметры шейкера инкубатора лабораторного (частота, геометрия колбы, объём заполнения) стоит фиксировать так же жёстко, как рецептуру среды.
Отдельная линия — ферментативные реакции в орбитальном режиме, например гидролиз хитозана на шейкере-инкубаторе: там другой объект и другой прибор. Здесь — конкуренция двух нитчатых культур в shake flask. Для клеток млекопитающих без механического перемешивания нужен иной класс — CO₂-инкубатор.
Эксперимент S1: ко-культура в колбе — постановка и контролируемые рычаги
Авторы вели shake-flask ко-культуру A. niger и S. coelicolor и смотрели, как параметры процесса смещают рост. Меняли стратегию инокуляции, концентрацию глутаминовой кислоты, гидродинамический стресс (rpm) и доступность растворённого кислорода. Для сравнения частот перемешивания базовым режимом взяли соотношение инокулята 1:1.
Форма инокулята оказалась отдельным «выключателем» одновременного роста. При инокуляции пеллетами оба организма росли одновременно; инокуляция спорами вела к полному доминированию A. niger. Соотношение инокулята авторы называют наиболее важным параметром для разных динамик популяций — рядом с rpm и DO, а не вместо них.
- организмы: A. niger + S. coelicolor, shake flask;
- частоты орбиты для сравнения: 60, 136 и 250 об/мин;
- базовое соотношение инокулята для rpm-серии: 1:1;
- форма инокулята: пеллеты (одновременный рост) vs споры (доминанта A. niger);
- геометрия: колбы с донными перегородками (bottom-baffled) vs без перегородок.
Прежде чем крутить rpm, зафиксируйте форму и соотношение инокулята — иначе сдвиг «по кислороду» смешается со сдвигом «по старту культуры».
Частота орбиты и OTR: кто доминирует при 60, 136 и 250 об/мин
При инокуляте 1:1 смена частоты орбиты меняет победителя конкуренции через OTR. Численных значений OTRmax по каждому rpm в доступном тексте нет — только качественная связка «низкий rpm → сниженный OTR». Для протокола этого хватает: низкая частота — не «щадящий» режим по умолчанию, а иной кислородный режим с иным балансом популяций.
Морфология пеллет тоже зависит от сдвиговых нагрузок. Однородные и воспроизводимые грибные пеллеты получали только при максимальных сдвиговых нагрузках — 250 об/мин. Колбы с донными перегородками повышали воспроизводимость относительно плоскодонных без baffles. Для запросов вроде «шейкер орбитальный лабораторный для плоскодонных колб» это практический нюанс: плоскодонная геометрия без перегородок в этой системе давала худшую повторяемость морфологии, чем bottom-baffled. Нужны однородные пеллеты — берите высокую частоту из серии (250 об/мин) и следите за baffles.
| Частота, об/мин | Эффект на OTR (качественно) | Доминанта при инокуляте 1:1 | Морфология / воспроизводимость |
|---|---|---|---|
| 60 | сниженный OTR | S. coelicolor | — |
| 136 | выше OTR относительно 60 | A. niger | — |
| 250 | макс. сдвиговые нагрузки в серии | A. niger | однородные воспроизводимые пеллеты; bottom-baffled ↑ воспроизводимость vs без перегородок |
Объём заполнения и max OTR: как переносить режим с колбы на другой масштаб
Методический параллель — работа S2 по Bacillus licheniformis DSM 8785 и 2,3-бутандиолу. Там max OTR задавали объёмом заполнения колбы при сопоставимых стартовых условиях роста. Лучшая space–time yield 1,3 g/L/h и 68 g/L 2,3-бутандиола достигнуты при max OTR 13 mmol/L/h; максимальная концентрация 78 g/L — при 4 mmol/L/h.
Авторы S2 считают max OTR удобной мерой доступности кислорода при переносе на другие биореакторы и масштабы — проще, чем копировать только частоту перемешивания конкретной геометрии. Для термошейкера вывод тот же: согласуйте rpm, объём заполнения и baffles, а не переносите «голые» об/мин с одной колбы на другую. Иначе лаборатория «воспроизводит режим», а получает другой кислородный потолок и другой выход.
Ограничения: штаммы, ко-культура и shake flask
Эффект смены доминанты по rpm/OTR показан для пары A. niger / S. coelicolor и режима инокулята 1:1 — не универсальное правило для любых ко-культур. Морфология и scale-up в нитчатых ко-культурах сложнее, чем в аксенических; S1 измерял shake flask, не биореактор. Форма и соотношение инокулята — отдельные рычаги: они не заменяют контроль аэрации.
В доступном корпусе S1 нет прямых данных по температуре инкубации и объёму колб — ниже термошейкер входит как класс прибора для протокола, а не как измеренный фактор этой работы. S2 — другой организм и продукт (B. licheniformis, 2,3-бутандиол); цифры выходов не переносятся на ко-культуру A. niger / S. coelicolor. Научные результаты S1/S2 относятся к протоколу в колбе, а не к конкретной модели прибора.
Термошейкер в лаборатории: параметры протокола и подбор напольной камеры
Для жидкого культивирования с орбитальным перемешиванием и термостатированием нужен термошейкер / шейкер-инкубатор с платформой, где одновременно держат температуру и частоту орбиты.
Для таких протоколов подходит напольный шейкер-инкубатор Zhichu ZQLY-180: 10–320 об/мин при орбите 26 мм, 4–60 °C, камера 213 л, платформа 485×485 мм, колбы 250–3000 мл (по карточке: 250×25, 500×16, 1000×9, 2000×5, 3000×4). Внутренняя камера — зеркальная нержавеющая сталь; УФ-стерилизация; таймер 0–999,9 ч; шум < 55 дБ. CO₂, влажность и освещение для фотосинтеза — опции, не базовая комплектация.
Рядом по классу задач — культивирование микроорганизмов для биоремедиации и раздел шейкеры-инкубаторы в каталоге АССА. Шейкер лабораторный орбитальный задаёт температуру и rpm; доминанту штаммов и OTR определяют протокол, объём и геометрия колбы — как в описанных экспериментах.
Подбираете термошейкер под жидкое культивирование — смотрите Zhichu ZQLY-180: прибор держит температуру и частоту; баланс популяций и OTR — за протоколом, объёмом колбы и baffles.
Нужна другая конфигурация — напишите Александре, техническому специалисту по подбору лабораторного оборудования: подскажем, с чего начать подбор под ваш протокол.
- Тел.: 8 (499) 490-02-72
- Email: blog@assa-group.ru
Источники:
- Co-cultivation dynamics of the filamentous microorganisms Aspergillus niger and Streptomyces coelicolor in shake flasks. DOI: https://doi.org/10.1186/s12934-026-03015-9
- Shake flask methodology for assessing the influence of the maximum oxygen transfer capacity on 2,3-butanediol production. DOI: https://doi.org/10.1186/s12934-019-1126-9
