केमोस्टेट: Difference between revisions

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[[File:Chemostat Vessel Diagram.png|thumb|upright=1.5|सूक्ष्मजीवों के नियंत्रित विकास के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रवाह के मध्यम और बहिर्वाह के निरंतर और समायोज्य प्रवाह के साथ संलग्न केमोस्टैट पोत। प्रणाली एक निरंतर मात्रा और वातन का स्तर बनाए रखती है। सूक्ष्मजीवों की वृद्धि दर को ताजा माध्यम के प्रवाह में हेरफेर करके नियंत्रित किया जाता है, जबकि सीमित पोषक तत्व की एकाग्रता को बदलकर जनसंख्या घनत्व को नियंत्रित किया जाता है। यह खुली प्रणाली शोधकर्ताओं को शारीरिक प्रयोगों में उपयोग के लिए कोशिकाओं के घातीय वृद्धि चरण को बनाए रखने की अनुमति देती है।<ref>{{Cite book|title=सूक्ष्मजीवों की ब्रॉक बायोलॉजी|last=Madigan|first=Michael|publisher=Pearson|year=2015|isbn=978-0-321-89739-8|pages=152–153}}</ref>]]एक केमोस्टैट ("रासायनिक वातावरण से" स्टेट "आईसी है) एक [[बायोरिएक्टर]] है जिसमें ताजा माध्यम लगातार जोड़ा जाता है, जबकि पोषक तत्वों, चयापचय अंत उत्पादों और सूक्ष्मजीवों से युक्त कल्चर तरल को उसी दर पर लगातार हटा दिया जाता है संस्कृति मात्रा स्थिर रखने के लिए।<ref name=Novick_1950>{{cite journal |vauthors=Novick A, Szilard L |title=केमोस्टेट का विवरण|journal=Science |volume=112 |issue=2920 |pages=715–6 |year=1950 |pmid=14787503 |doi=10.1126/science.112.2920.715|bibcode=1950Sci...112..715N }}</ref><ref name=James_1961>{{cite journal |author=James TW |title=सूक्ष्मजीवों की सतत संस्कृति|journal=Annual Review of Microbiology |volume=15 |pages=27–46 |year=1961 |doi=10.1146/annurev.mi.15.100161.000331}}</ref> बायोरिएक्टर में किस माध्यम को जोड़ा जाता है इसकी दर को बदलकर [[सूक्ष्मजीव]] की विशिष्ट वृद्धि दर को सीमा के भीतर आसानी से नियंत्रित किया जा सकता है।
[[File:Chemostat Vessel Diagram.png|thumb|upright=1.5|सूक्ष्मजीवों के नियंत्रित विकास के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रवाह के मध्यम और बहिर्वाह के निरंतर और समायोज्य प्रवाह के साथ संलग्न केमोस्टैट पोत। प्रणाली एक निरंतर मात्रा और वातन का स्तर बनाए रखती है। सूक्ष्मजीवों की वृद्धि दर को ताजा माध्यम के प्रवाह में हेरफेर करके नियंत्रित किया जाता है, जबकि सीमित पोषक तत्व की एकाग्रता को बदलकर जनसंख्या घनत्व को नियंत्रित किया जाता है। यह खुली प्रणाली शोधकर्ताओं को शारीरिक प्रयोगों में उपयोग के लिए कोशिकाओं के घातीय वृद्धि चरण को बनाए रखने की अनुमति देती है।<ref>{{Cite book|title=सूक्ष्मजीवों की ब्रॉक बायोलॉजी|last=Madigan|first=Michael|publisher=Pearson|year=2015|isbn=978-0-321-89739-8|pages=152–153}}</ref>]]एक केमोस्टैट (केमिकल वातावरण स्थिर है) एक [[बायोरिएक्टर]] है, जिसमें नया मीडियम निरंतर जोड़ा जाता है, जबकि संसाधनों से शेष रहित पोषक तत्व, अवयविक अंत प्रोडक्ट्स और माइक्रोआर्गनिज्म निरंतर समान दर से निकाले जाते हैं ताकि संसाधन के नया मिश्रण जोड़ने से साथ ही कल्चर वॉल्यूम को स्थिर रखा जा सके।<ref name="Novick_1950">{{cite journal |vauthors=Novick A, Szilard L |title=केमोस्टेट का विवरण|journal=Science |volume=112 |issue=2920 |pages=715–6 |year=1950 |pmid=14787503 |doi=10.1126/science.112.2920.715|bibcode=1950Sci...112..715N }}</ref><ref name="James_1961">{{cite journal |author=James TW |title=सूक्ष्मजीवों की सतत संस्कृति|journal=Annual Review of Microbiology |volume=15 |pages=27–46 |year=1961 |doi=10.1146/annurev.mi.15.100161.000331}}</ref> बायोरिएक्टर में मीडियम जोड़ने की दर बदलकर, [[सूक्ष्मजीव|माइक्रोआर्गनिज्म]] की विशेष वृद्धि दर आसानी से सीमित मायने में नियंत्रित की जा सकती है।


== ऑपरेशन ==
== ऑपरेशन ==


=== [[स्थिर अवस्था]] ===
=== [[स्थिर अवस्था]] ===
केमोस्टैट्स की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक यह है कि सूक्ष्मजीवों को निरंतर पर्यावरणीय परिस्थितियों में शारीरिक स्थिर अवस्था में उगाया जा सकता है। इस स्थिर अवस्था में, विकास एक निरंतर विशिष्ट विकास दर पर होता है और सभी संस्कृति पैरामीटर स्थिर रहते हैं (कल्चर वॉल्यूम, घुलित ऑक्सीजन एकाग्रता, पोषक तत्व और उत्पाद सांद्रता, पीएच, सेल घनत्व, आदि)। इसके अलावा, पर्यावरणीय परिस्थितियों को प्रयोगकर्ता द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है।<ref name="Herbert1956">{{cite journal |author=D Herbert |author2=R Elsworth |author3=RC Telling |title=The continuous culture of bacteria; a theoretical and experimental study|journal=J. Gen. Microbiol. |volume=14 |issue=3 |pages=601–622 |year=1956|doi=10.1099/00221287-14-3-601 |pmid=13346021|doi-access=free }}</ref> केमोस्टैट्स में बढ़ने वाले सूक्ष्मजीव आमतौर पर विकास दर और पोषक तत्वों की खपत के बीच नकारात्मक प्रतिक्रिया के कारण एक स्थिर स्थिति में पहुंच जाते हैं: यदि बायोरिएक्टर में कम संख्या में कोशिकाएं मौजूद हैं, तो कोशिकाएं कमजोर पड़ने की दर से अधिक विकास दर से बढ़ सकती हैं क्योंकि वे कम पोषक तत्वों का उपभोग करती हैं। इसलिए प्रवाहित ताजा माध्यम के साथ पोषक तत्वों को सीमित करने के अलावा विकास कम सीमित है। [[सीमित पोषक तत्व]] विकास के लिए आवश्यक पोषक तत्व है, जो माध्यम में सीमित सांद्रता में मौजूद होता है (अन्य सभी पोषक तत्व आमतौर पर अधिशेष में आपूर्ति किए जाते हैं)। हालाँकि, कोशिकाओं की संख्या जितनी अधिक होती है, उतने ही अधिक पोषक तत्वों की खपत होती है, सीमित पोषक तत्वों की सांद्रता कम होती है। बदले में, यह कोशिकाओं की विशिष्ट वृद्धि दर को कम कर देगा जिससे कोशिकाओं की संख्या में गिरावट आएगी क्योंकि वे सिस्टम से बहिर्वाह के साथ हटाए जाते रहेंगे। इसका परिणाम स्थिर अवस्था में होता है। स्वनियमन के कारण स्थिर अवस्था स्थिर होती है। यह प्रयोगकर्ता को पोत में ताजा माध्यम खिलाने वाले पंप की गति को बदलकर सूक्ष्मजीवों की विशिष्ट वृद्धि दर को नियंत्रित करने में सक्षम बनाता है।
केमोस्टैट्स की एक अहम विशेषता है कि उनमें माइक्रोआर्गनिज्म नियंत्रित वातावरणीय ढंग से एक प्रायोगिक स्थिर स्थिति में विकसित किए जा सकते हैं। इस स्थिर स्थिति में, वृद्धि एक स्थायी विशेष वृद्धि दर पर होती है और सभी कल्चर पैरामीटर स्थायी रहते हैं (कल्चर वॉल्यूम, विघटित ऑक्सीजन अवसरण, पोषक तत्व और उत्पाद अवसरण, पीएच, सेल घनत्व, आदि)। साथ ही, पर्यावरणीय ढंग विशेषज्ञ द्वारा नियंत्रित किए जा सकते हैं।<ref name="Herbert1956">{{cite journal |author=D Herbert |author2=R Elsworth |author3=RC Telling |title=The continuous culture of bacteria; a theoretical and experimental study|journal=J. Gen. Microbiol. |volume=14 |issue=3 |pages=601–622 |year=1956|doi=10.1099/00221287-14-3-601 |pmid=13346021|doi-access=free }}</ref> केमोस्टैट्स में विकसित हो रहे माइक्रोआर्गनिज्म आमतौर पर एक स्थिर स्थिति तक पहुंचते हैं क्योंकि वृद्धि दर और पोषक तत्व के बीच नकारात्मक प्रतिप्रतिक्रिया होती है: यदि बायोरिएक्टर में कम संख्यक सेल्स होते हैं, तो उन सेल्स को कम पोषक तत्व के साथ कम खपत करते हुए वृद्धि दर के साथ विकसित किया जा सकता है क्योंकि वे कम पोषक तत्व के साथ खपत करते हैं, इससे वृद्धि पर पोषक तत्व के जोड़ने से वृद्धि को कम प्रतिबंधित रहता है। सीमित उत्पादक खाद्य पोषण के साथ उनमें वृद्धि होती है। [[सीमित पोषक तत्व|सीमांकित खाद्य पोषण]] विकसित रूप में होता है जो विकास के लिए आवश्यक होता है, जो माध्यम में एक सीमित विकसित राशि में मौजूद होता है (अन्य सभी पोषक तत्वों को आम तौर पर अधिशेष रूप से प्रदान किया जाता है)। हालांकि, सेल्स की संख्या बढ़ने से पोषक तत्व की मात्रा घट जाती है। इससे सेल्स की विशेष वृद्धि दर को कम हो जाता है जो सेल्स की संख्या में गिरावट का कारण बनता है क्योंकि वे विकसित होते रहते हैं और उन्हें निकाला जाता है। इससे एक स्थिर स्थिति बनती है। यह आत्म-नियंत्रण के कारण, स्थिर स्थिति स्थायी होती है। इससे प्रायोगिक स्थिर स्थिति के द्वारा माइक्रोआर्गनिज्म की विशेष वृद्धि दर को बदलकर विशेषज्ञ द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है, जबकि पंप की गति को संशोधित किया जा सकता है जो नया मिश्रण बायोरिएक्टर में डालती है।


=== अच्छी तरह मिश्रित ===
=== अच्छी तरह मिश्रित ===
केमोस्टैट्स और अन्य निरंतर संस्कृति प्रणालियों की एक अन्य महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि वे अच्छी तरह से मिश्रित होते हैं ताकि पर्यावरण की स्थिति समरूप या समान हो और सूक्ष्मजीव बेतरतीब ढंग से फैले हुए हों और एक-दूसरे से बेतरतीब ढंग से मिलें। इसलिए, [[ biofilms ]] के विपरीत, केमोस्टैट में प्रतिस्पर्धा और अन्य इंटरैक्शन वैश्विक हैं।
चेमोस्टैट और अन्य निरंतर संस्कृति प्रणालियों की एक और महत्वपूर्ण विशेषता है कि वे अच्छी तरह से मिश्रित होते हैं, जिससे पर्यावरणीय स्थितियां समान और समान रहती हैं और माइक्रोऑर्गनिज्म यादृच्छिक रूप से विस्तृत होते हैं और एक दूसरे से यादृच्छिक रूप से संघटित होते हैं। इसलिए, चेमोस्टैट में प्रतियोगिता और अन्य परस्परागमन संगठन वैश्विक होते हैं, जिससे [[ biofilms |बायोफिल्म]] के समान में नहीं होते हैं।


=== कमजोर पड़ने की दर ===
=== कमजोर पड़ने की दर ===
पोषक तत्वों के आदान-प्रदान की दर को कमजोर पड़ने की दर डी के रूप में व्यक्त किया जाता है। स्थिर अवस्था में, सूक्ष्म जीव की विशिष्ट वृद्धि दर μ कमजोर पड़ने की दर डी के बराबर होती है। कमजोर पड़ने की दर को समय की प्रति इकाई माध्यम के प्रवाह के रूप में परिभाषित किया जाता है, एफ, बायोरिएक्टर में संस्कृति की मात्रा V से अधिक
पोषक तत्वों के विनिमय की दर को 'डिल्यूशन दर' या 'D' के रूप में व्यक्त किया जाता है। स्थिर स्थिति में, माइक्रो-ऑर्गनिज्म की विशेष वृद्धि दर 'μ' डिल्यूशन दर 'D' के समान होती है। डिल्यूशन दर को बायोरिएक्टर में कल्चर के विषयक भाग में मीडियम की एकक के ऊपर फ्लो के रूप में परिभाषित किया जाता है, जिसे 'F' और बायोरिएक्टर में कल्चर के वॉल्यूम 'V' के ऊपर व्याप्त किया जाता है।


: <math>D = \frac{\text{medium flow rate}}{\text{culture volume}} = \frac F V </math>
: <math>D = \frac{\text{medium flow rate}}{\text{culture volume}} = \frac F V </math>
=== अधिकतम विकास दर और महत्वपूर्ण कमजोर पड़ने की दर ===
=== अधिकतम विकास दर और महत्वपूर्ण कमजोर पड़ने की दर ===
विशिष्ट वृद्धि दर μ उस समय से विपरीत रूप से संबंधित होती है जब बायोमास दोगुना हो जाता है, इसे दोगुना करने का समय कहा जाता है t<sub>d</sub>, द्वारा:
विशिष्ट वृद्धि दर μ बायोमास को दोगुना होने में लगने वाले समय से व्युत्क्रमानुपाती होती है, जिसे दोगुना होने का समय t<sub>d</sub> कहा जाता है, इसके द्वारा:


: <math>\mu = \frac{\ln 2}{t_d}</math>
: <math>\mu = \frac{\ln 2}{t_d}</math>
इसलिए, दोहरीकरण समय टी<sub>''d''</sub> स्थिर अवस्था में तनुकरण दर D का कार्य बन जाता है:
इसलिए, दोगुना होने का समय t<sub>d</sub> स्थिर अवस्था में तनुकरण दर D का एक फलन बन जाता है:


: <math>t_d = \frac {\ln 2} D</math>
: <math>t_d = \frac {\ln 2} D</math>
एक विशेष सब्सट्रेट पर बढ़ने वाले प्रत्येक सूक्ष्मजीव में अधिकतम विशिष्ट विकास दर μ होती है<sub>max</sub> (विकास की दर देखी गई यदि विकास बाहरी पोषक तत्वों के बजाय आंतरिक बाधाओं से सीमित है)। यदि कमजोर पड़ने की दर को चुना जाता है जो μ से अधिक है<sub>max</sub>, कोशिकाएं उतनी तेजी से नहीं बढ़ सकती जितनी तेजी से उन्हें हटाया जा रहा है, इसलिए संस्कृति बायोरिएक्टर में खुद को बनाए रखने में सक्षम नहीं होगी, और धो देगी।
प्रत्येक विशिष्ट उपकरण पर विकसित हो रहे प्रत्येक माइक्रोआर्गनिज्म की अधिकतम विशेष वृद्धि दर 'μ<sub>max</sub>' होती है (विकसिति दर जो बाह्य पोषक तत्वों के स्थानीय अवशेषों से अधिकतम विकसिति दर को ध्यान में रखती है)। यदि ऐसी डिल्यूशन दर चुनी जाती है जो μ<sub>max</sub> से अधिक है, तो सेल्स उस दर से तेजी से विकसित नहीं हो सकती हैं जितनी तेजी से वे निकाली जा रही हैं, इससे कल्चर बायोरिएक्टर में खुद को बनाए रखने में असमर्थ होगा, और वह बाहर बह जाएगा।


हालांकि, चूंकि केमोस्टेट में सीमित पोषक तत्व की एकाग्रता फ़ीड में एकाग्रता से अधिक नहीं हो सकती है, विशिष्ट विकास दर जो कोशिकाओं को केमोस्टैट में पहुंच सकती है, आमतौर पर अधिकतम विशिष्ट विकास दर से थोड़ी कम होती है क्योंकि विशिष्ट वृद्धि दर आमतौर पर पोषक तत्वों के साथ बढ़ जाती है [[मोनोड समीकरण]] के कैनेटीक्स द्वारा वर्णित एकाग्रता।  {{Citation needed|reason=Reliable source needed|date=May 2016}} उच्चतम विशिष्ट विकास दर (μ<sub>max</sub>) कोशिकाएं महत्वपूर्ण कमजोर पड़ने की दर (D') के बराबर प्राप्त कर सकती हैं<sub>c</sub>):
लेकिन, चेमोस्टैट में सीमित पोषक तत्व की मात्रा खाद्य में उपस्थित मात्रा से अधिक नहीं हो सकती है, इसलिए चेमोस्टैट में सेल्स द्वारा प्राप्त की जा सकने वाली विशेष वृद्धि दर आम तौर पर अधिकतम विशेष वृद्धि दर से थोड़ी कम होती है क्योंकि विशेष वृद्धि दर आम तौर पर पोषक तत्व की मात्रा के साथ बढ़ती है, जैसा कि [[मोनोड समीकरण]] की किनेटिक्स द्वारा वर्णित होता है।{{Citation needed|reason=Reliable source needed|date=May 2016}} सेल्स द्वारा प्राप्त की जा सकने वाली विशेष वृद्धि दर की सबसे अधिक मात्रा (μ<sub>max</sub>) बायोरिएक्टर में संभव है, जो सामर्थ्यवान डिल्यूशन दर (D'c) के बराबर होती है।


: <math>D = \mu_{\max} {S \over K_S + S},</math>
: <math>D = \mu_{\max} {S \over K_S + S},</math>
जहां एस केमोस्टैट और के में सब्सट्रेट या पोषक तत्व एकाग्रता है<sub>''S''</sub> अर्ध-संतृप्ति स्थिरांक है (यह समीकरण मोनोड कैनेटीक्स मानता है)।
जहां S, कीमोस्टेट में सब्सट्रेट या पोषक तत्व की सांद्रता है और KS अर्ध-संतृप्ति स्थिरांक है (यह समीकरण मोनोड कैनेटीक्स मानता है)।


== अनुप्रयोग ==
== अनुप्रयोग ==
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=== अनुसंधान ===
=== अनुसंधान ===


अनुसंधान में कैमोस्टैट्स का उपयोग कोशिका जीव विज्ञान में जांच के लिए किया जाता है, एक समान कोशिकाओं या प्रोटीन की बड़ी मात्रा के स्रोत के रूप में। केमोस्टैट का उपयोग अक्सर जीव के बारे में स्थिर स्थिति डेटा एकत्र करने के लिए किया जाता है ताकि इसकी चयापचय प्रक्रियाओं से संबंधित गणितीय मॉडल तैयार किया जा सके। केमोस्टैट्स का उपयोग सूक्ष्म जगत के रूप में भी किया जाता है: पारिस्थितिकी में मॉडल / प्रायोगिक पारिस्थितिकी तंत्र<ref name=becks1>{{cite journal |vauthors=Becks L, Hilker FM, Malchow H, Jürgens K, Arndt H |title=माइक्रोबियल फूड वेब में अराजकता का प्रायोगिक प्रदर्शन|journal=Nature |volume=435 |issue=7046 |pages=1226–9 |year=2005 |pmid=15988524 |doi=10.1038/nature03627|bibcode=2005Natur.435.1226B |s2cid=4380653 }}</ref><ref name=Pavlou1>{{cite journal |vauthors=Pavlou S, Kevrekidis IG |author2-link=Yannís G. Kevrekidis |title=Microbial predation in a periodically operated chemostat: a global study of the interaction between natural and externally imposed frequencies |journal=Math Biosci |volume=108 |issue=1 |pages=1–55 |year=1992 |pmid=1550993 |doi=10.1016/0025-5564(92)90002-E}}</ref> और विकासवादी जीव विज्ञान।<ref name=Wichman1>{{cite journal |vauthors=Wichman HA, Millstein J, Bull JJ |title=Adaptive Molecular Evolution for 13,000 Phage Generations: A Possible Arms Race |journal=Genetics |volume=170 |issue=1 |pages=19–31 |year=2005 |pmid=15687276 |doi=10.1534/genetics.104.034488 |pmc=1449705}}</ref><ref name=dykhuizen1>{{cite journal |vauthors=Dykhuizen DE, Dean AM |title=प्रायोगिक सूक्ष्म जगत में विशेषज्ञों का विकास|journal=Genetics |volume=167 |issue=4 |pages=2015–26 |year=2004 |pmid=15342537 |doi=10.1534/genetics.103.025205 |pmc=1470984}}</ref><ref name=Wick1>{{cite journal |vauthors=Wick LM, Weilenmann H, Egli T |title=ग्लूकोज-सीमित केमोस्टैट्स में एस्चेरिचिया कोलाई का स्पष्ट घड़ी जैसा विकास बड़े पैमाने पर प्रजनन योग्य है, लेकिन छोटे जनसंख्या आकारों में नहीं और मोनोड कैनेटीक्स के साथ समझाया जा सकता है|journal=Microbiology |volume=148 |issue=Pt 9 |pages=2889–902 |year=2002 |pmid=12213934 |doi=10.1099/00221287-148-9-2889 |doi-access=free }}</ref><ref name=Jones1>{{cite journal |vauthors=Jones LE, Ellner SP |title=शिकारी-शिकार चक्रों पर तीव्र शिकार विकास के प्रभाव|journal=J Math Biol |volume=55 |issue=4 |pages=541–73 |year=2007 |pmid=17483952 |doi=10.1007/s00285-007-0094-6|arxiv=q-bio/0609032 |s2cid=16927689 }}</ref> एक मामले में, उत्परिवर्तन/चयन एक उपद्रव है, दूसरे मामले में, यह अध्ययन के तहत वांछित प्रक्रिया है। केमोस्टैट्स का उपयोग संस्कृति में विशिष्ट प्रकार के बैक्टीरियल म्यूटेंट जैसे कि [[औक्सोट्रॉफ़]]्स या जो आगे के वैज्ञानिक अध्ययन के लिए [[एंटीबायोटिक]] दवाओं या [[ जीवाणुभोजी ]] के लिए प्रतिरोधी हैं, के लिए संस्कृति को समृद्ध करने के लिए भी किया जा सकता है।<ref>{{cite journal |vauthors=Schlegel HG, Jannasch HW |title=संवर्धन संस्कृतियों|journal=Annu. Rev. Microbiol. |volume=21 |pages=49–70 |year=1967 |pmid=4860267 |doi=10.1146/annurev.mi.21.100167.000405 }}</ref> कमजोर पड़ने की दर में भिन्नता विभिन्न विकास दर पर जीवों द्वारा अपनाई जाने वाली चयापचय रणनीतियों के अध्ययन की अनुमति देती है।<ref>{{Cite journal|last1=Varma|first1=A.|last2=Palsson|first2=B. O.|date=1994-10-01|title=Stoichiometric flux balance models quantitatively predict growth and metabolic by-product secretion in wild-type Escherichia coli W3110.|url= |journal=Applied and Environmental Microbiology|language=en|volume=60|issue=10|pages=3724–3731|doi=10.1128/aem.60.10.3724-3731.1994|issn=0099-2240|pmid=7986045|pmc=201879|bibcode=1994ApEnM..60.3724V}}</ref><ref name=":0">{{Cite journal|last1=Fernandez-de-Cossio-Diaz|first1=Jorge|last2=Leon|first2=Kalet|last3=Mulet|first3=Roberto|date=2017-11-13|title=निरंतर सेल कल्चर में जीनोम-स्केल मेटाबोलिक नेटवर्क की स्थिर अवस्था की विशेषता|journal=PLOS Computational Biology|volume=13|issue=11|pages=e1005835|doi=10.1371/journal.pcbi.1005835|pmid=29131817|pmc=5703580|issn=1553-7358|arxiv=1705.09708|bibcode=2017PLSCB..13E5835F}}</ref>
शोध में केमोस्टैट का उपयोग कोशिका जीव विज्ञान में जांच के लिए बड़ी मात्रा में समान कोशिकाओं या प्रोटीन के स्रोत के रूप में किया जाता है। केमोस्टेट का उपयोग अक्सर किसी जीव के बारे में उसकी चयापचय प्रक्रियाओं से संबंधित गणितीय मॉडल तैयार करने के लिए स्थिर स्थिति डेटा इकट्ठा करने के लिए किया जाता है। रसायनशास्त्र का उपयोग पारिस्थितिकी<ref name="becks1">{{cite journal |vauthors=Becks L, Hilker FM, Malchow H, Jürgens K, Arndt H |title=माइक्रोबियल फूड वेब में अराजकता का प्रायोगिक प्रदर्शन|journal=Nature |volume=435 |issue=7046 |pages=1226–9 |year=2005 |pmid=15988524 |doi=10.1038/nature03627|bibcode=2005Natur.435.1226B |s2cid=4380653 }}</ref><ref name="Pavlou1">{{cite journal |vauthors=Pavlou S, Kevrekidis IG |author2-link=Yannís G. Kevrekidis |title=Microbial predation in a periodically operated chemostat: a global study of the interaction between natural and externally imposed frequencies |journal=Math Biosci |volume=108 |issue=1 |pages=1–55 |year=1992 |pmid=1550993 |doi=10.1016/0025-5564(92)90002-E}}</ref> और विकासवादी जीवविज्ञान में सूक्ष्म जगत के रूप में भी किया जाता है।<ref name="Wichman1">{{cite journal |vauthors=Wichman HA, Millstein J, Bull JJ |title=Adaptive Molecular Evolution for 13,000 Phage Generations: A Possible Arms Race |journal=Genetics |volume=170 |issue=1 |pages=19–31 |year=2005 |pmid=15687276 |doi=10.1534/genetics.104.034488 |pmc=1449705}}</ref><ref name="dykhuizen1">{{cite journal |vauthors=Dykhuizen DE, Dean AM |title=प्रायोगिक सूक्ष्म जगत में विशेषज्ञों का विकास|journal=Genetics |volume=167 |issue=4 |pages=2015–26 |year=2004 |pmid=15342537 |doi=10.1534/genetics.103.025205 |pmc=1470984}}</ref><ref name="Wick1">{{cite journal |vauthors=Wick LM, Weilenmann H, Egli T |title=ग्लूकोज-सीमित केमोस्टैट्स में एस्चेरिचिया कोलाई का स्पष्ट घड़ी जैसा विकास बड़े पैमाने पर प्रजनन योग्य है, लेकिन छोटे जनसंख्या आकारों में नहीं और मोनोड कैनेटीक्स के साथ समझाया जा सकता है|journal=Microbiology |volume=148 |issue=Pt 9 |pages=2889–902 |year=2002 |pmid=12213934 |doi=10.1099/00221287-148-9-2889 |doi-access=free }}</ref><ref name="Jones1">{{cite journal |vauthors=Jones LE, Ellner SP |title=शिकारी-शिकार चक्रों पर तीव्र शिकार विकास के प्रभाव|journal=J Math Biol |volume=55 |issue=4 |pages=541–73 |year=2007 |pmid=17483952 |doi=10.1007/s00285-007-0094-6|arxiv=q-bio/0609032 |s2cid=16927689 }}</ref> एक मामले में, उत्परिवर्तन/चयन एक परेशानी है, दूसरे मामले में, यह अध्ययन के तहत वांछित प्रक्रिया है। केमोस्टैट्स का उपयोग संस्कृति में विशिष्ट प्रकार के जीवाणु उत्परिवर्ती जैसे कि [[औक्सोट्रॉफ़|ऑक्सोट्रॉफ़्स]] या जो [[एंटीबायोटिक]] दवाओं या [[ जीवाणुभोजी |बैक्टीरियोफेज]] के प्रतिरोधी हैं, को आगे के वैज्ञानिक अध्ययन के लिए समृद्ध करने के लिए भी किया जा सकता है।<ref>{{cite journal |vauthors=Schlegel HG, Jannasch HW |title=संवर्धन संस्कृतियों|journal=Annu. Rev. Microbiol. |volume=21 |pages=49–70 |year=1967 |pmid=4860267 |doi=10.1146/annurev.mi.21.100167.000405 }}</ref> तनुकरण दर में भिन्नताएं विभिन्न विकास दर पर जीवों द्वारा अपनाई गई चयापचय रणनीतियों के अध्ययन की अनुमति देती हैं।<ref>{{Cite journal|last1=Varma|first1=A.|last2=Palsson|first2=B. O.|date=1994-10-01|title=Stoichiometric flux balance models quantitatively predict growth and metabolic by-product secretion in wild-type Escherichia coli W3110.|url= |journal=Applied and Environmental Microbiology|language=en|volume=60|issue=10|pages=3724–3731|doi=10.1128/aem.60.10.3724-3731.1994|issn=0099-2240|pmid=7986045|pmc=201879|bibcode=1994ApEnM..60.3724V}}</ref><ref name=":0">{{Cite journal|last1=Fernandez-de-Cossio-Diaz|first1=Jorge|last2=Leon|first2=Kalet|last3=Mulet|first3=Roberto|date=2017-11-13|title=निरंतर सेल कल्चर में जीनोम-स्केल मेटाबोलिक नेटवर्क की स्थिर अवस्था की विशेषता|journal=PLOS Computational Biology|volume=13|issue=11|pages=e1005835|doi=10.1371/journal.pcbi.1005835|pmid=29131817|pmc=5703580|issn=1553-7358|arxiv=1705.09708|bibcode=2017PLSCB..13E5835F}}</ref>
एकल और बहुसंख्यक संसाधनों के लिए प्रतिस्पर्धा, संसाधन अधिग्रहण और उपयोग के रास्ते का विकास, क्रॉस-फीडिंग/सहजीवन,<ref name=daughton1>{{cite journal |vauthors=Daughton CG, Hsieh DP |title=एक केमोस्टैट में जीवाणु सहजीवन द्वारा पैराथियोन का उपयोग|journal=Appl. Environ. Microbiol. |volume=34 |issue=2 |pages=175–84 |year=1977 |doi=10.1128/aem.34.2.175-184.1977 |pmid=410368 |pmc=242618|bibcode=1977ApEnM..34..175D }}</ref><ref name=Pfeiffer>{{cite journal |vauthors=Pfeiffer T, Bonhoeffer S |title=माइक्रोबियल आबादी में क्रॉस-फीडिंग का विकास|journal=Am. Nat. |volume=163 |issue=6 |pages=E126–35 |year=2004 |pmid=15266392 |doi=10.1086/383593|s2cid=31110741 }}</ref> कीमोस्टैट्स का उपयोग करके पारिस्थितिकी और [[विकासवादी जीव विज्ञान]] में शिकारियों के बीच दुश्मनी, शिकार और प्रतिस्पर्धा का अध्ययन किया गया है।<ref>{{cite journal |author=G. J. Butler |author2=G. S. K. Wolkowicz |author2-link= Gail Wolkowicz |title=केमोस्टैट में शिकारी-मध्यस्थता प्रतियोगिता|journal=J Math Biol  |volume=24 |issue=2 |pages=67–191 |date=July 1986 |doi= 10.1007/BF00275997|s2cid=120858390 }}</ref><ref>{{cite journal |vauthors=Dykhuizen DE, Hartl DL |title=केमोस्टैट्स में चयन|journal=Microbiol. Rev. |volume=47 |issue=2 |pages=150–68 |date=June 1983 |doi=10.1128/mr.47.2.150-168.1983 |pmid=6308409 |url= |pmc=281569}}</ref><ref>{{cite journal |vauthors=Dykhuizen DE, Hartl DL |title=एस्चेरिचिया कोलाई में प्रतिस्पर्धात्मक क्षमता का विकास|journal=Evolution |volume=35 |issue=3 |pages=581–94 |date=May 1981 |doi= 10.2307/2408204 |jstor=2408204|pmid=28563589 }}</ref>


एकल और एकाधिक संसाधनों के लिए प्रतिस्पर्धा, संसाधन अधिग्रहण और उपयोग मार्गों का विकास, क्रॉस-फीडिंग/सहजीवन,<ref name="daughton1">{{cite journal |vauthors=Daughton CG, Hsieh DP |title=एक केमोस्टैट में जीवाणु सहजीवन द्वारा पैराथियोन का उपयोग|journal=Appl. Environ. Microbiol. |volume=34 |issue=2 |pages=175–84 |year=1977 |doi=10.1128/aem.34.2.175-184.1977 |pmid=410368 |pmc=242618|bibcode=1977ApEnM..34..175D }}</ref><ref name="Pfeiffer">{{cite journal |vauthors=Pfeiffer T, Bonhoeffer S |title=माइक्रोबियल आबादी में क्रॉस-फीडिंग का विकास|journal=Am. Nat. |volume=163 |issue=6 |pages=E126–35 |year=2004 |pmid=15266392 |doi=10.1086/383593|s2cid=31110741 }}</ref> शिकारियों के बीच विरोध, शिकार और प्रतिस्पर्धा सभी का पारिस्थितिकी और [[विकासवादी जीव विज्ञान]] में केमोस्टैट्स का उपयोग करके अध्ययन किया गया है।<ref>{{cite journal |author=G. J. Butler |author2=G. S. K. Wolkowicz |author2-link= Gail Wolkowicz |title=केमोस्टैट में शिकारी-मध्यस्थता प्रतियोगिता|journal=J Math Biol  |volume=24 |issue=2 |pages=67–191 |date=July 1986 |doi= 10.1007/BF00275997|s2cid=120858390 }}</ref><ref>{{cite journal |vauthors=Dykhuizen DE, Hartl DL |title=केमोस्टैट्स में चयन|journal=Microbiol. Rev. |volume=47 |issue=2 |pages=150–68 |date=June 1983 |doi=10.1128/mr.47.2.150-168.1983 |pmid=6308409 |url= |pmc=281569}}</ref><ref>{{cite journal |vauthors=Dykhuizen DE, Hartl DL |title=एस्चेरिचिया कोलाई में प्रतिस्पर्धात्मक क्षमता का विकास|journal=Evolution |volume=35 |issue=3 |pages=581–94 |date=May 1981 |doi= 10.2307/2408204 |jstor=2408204|pmid=28563589 }}</ref>


=== उद्योग ===
=== उद्योग ===


[[इथेनॉल]] के औद्योगिक निर्माण में अक्सर केमोस्टैट्स का उपयोग किया जाता है। इस मामले में, श्रृंखला में कई केमोस्टैट्स का उपयोग किया जाता है, प्रत्येक चीनी सांद्रता को कम करने पर बनाए रखा जाता है।{{Citation needed|date=April 2008}} केमोस्टैट जैव प्रौद्योगिकी उद्योग में निरंतर सेल संस्कृतियों के एक प्रायोगिक मॉडल के रूप में भी कार्य करता है।<ref name=":0" />
[[इथेनॉल]] के औद्योगिक विनिर्माण में केमोस्टैट्स का अक्सर उपयोग किया जाता है। इस मामले में, श्रृंखला में कई केमोस्टैट का उपयोग किया जाता है, प्रत्येक को चीनी की घटती सांद्रता पर बनाए रखा जाता है।{{Citation needed|date=April 2008}} केमोस्टेट जैव प्रौद्योगिकी उद्योग में निरंतर सेल संस्कृतियों के एक प्रयोगात्मक मॉडल के रूप में भी कार्य करता है।<ref name=":0" />
 
 
== तकनीकी चिंताएं ==
== तकनीकी चिंताएं ==


* फोमिंग का परिणाम तरल की मात्रा के साथ अतिप्रवाह होता है जो बिल्कुल स्थिर नहीं होता है।
* फोमिंग से तरल पदार्थ का ओवरफ्लो हो सकता है जिससे वॉल्यूम की निरंतरता सटीक रूप से नहीं बनी रहती।
* [[आंदोलन (क्रिया)]] और [[वातन]] के दौरान कुछ बहुत नाजुक कोशिकाएं फट जाती हैं।
* कुछ बहुत ही नाजुक सेल्स [[आंदोलन (क्रिया)|उत्प्रेरण]] और [[वातन|वायुमन्त्रण]] के दौरान फट सकती हैं।
* कोशिकाएँ दीवारों पर विकसित हो सकती हैं या अन्य सतहों से चिपक सकती हैं,<ref name=Bonomi1>{{cite journal |vauthors=Bonomi A, Fredrickson AG |title=प्रोटोजोआ खिला और जीवाणु दीवार विकास|journal=[[Biotechnol. Bioeng.]] |volume=18 |issue=2 |pages=239–52 |year=1976 |pmid=1267931 |doi=10.1002/bit.260180209|s2cid=41343643 }}</ref> जिसे हाइड्रोफोबिक प्रदान करने के लिए पोत की कांच की दीवारों को [[silane]] के साथ इलाज करके दूर किया जा सकता है। हालांकि, दीवारों से जुड़ने के लिए सेल का चयन किया जाएगा क्योंकि जो ऐसा करते हैं उन्हें सिस्टम से हटाया नहीं जाएगा। वे बैक्टीरिया जो [[ biofilm ]] बनाने वाली दीवारों पर मजबूती से चिपक जाते हैं, केमोस्टेट स्थितियों के तहत अध्ययन करना मुश्किल होता है।
* सेल्स वॉलों पर बढ़ सकती हैं या अन्य सतहों पर चिपक सकती हैं,<ref name="Bonomi1">{{cite journal |vauthors=Bonomi A, Fredrickson AG |title=प्रोटोजोआ खिला और जीवाणु दीवार विकास|journal=[[Biotechnol. Bioeng.]] |volume=18 |issue=2 |pages=239–52 |year=1976 |pmid=1267931 |doi=10.1002/bit.260180209|s2cid=41343643 }}</ref> जिसे [[silane|सिलेन]] के साथ वेसल की ग्लास वॉलों का उपचार करके हाइड्रोफोबिक बनाया जा सकता है। हालांकि, सेल्स वॉलों से चिपकने के लिए चुन जाएंगी क्योंकि जो ऐसा करेंगी, वे प्रणाली से हटाई नहीं जाएंगी। वे बैक्टीरिया जो वॉलों से मजबूती से चिपकते हैं और [[ biofilm |बायोफिल्म]] बनाने में विशेषज्ञ होते हैं, उन्हें चेमोस्टैट की स्थितियों के तहत अध्ययन करना कठिन होता है।
* मिश्रण वास्तव में एक समान नहीं हो सकता है, केमोस्टैट की स्थिर संपत्ति को परेशान करता है।
* मिश्रण वास्तव में समान न हो सकती है, जिससे चेमोस्टैट की "स्थैतिक" गुणवत्ता को विचलित कर सकता है।
* मीडिया को कक्ष में टपकाने से वास्तव में पोषक तत्वों की छोटी दालें निकलती हैं और इस प्रकार सांद्रता में दोलन होते हैं, फिर से केमोस्टैट की स्थिर संपत्ति को परेशान करते हैं।
* मीडिया को कक्ष में टपकाने से वास्तव में पोषक तत्वों की छोटी-छोटी तरंगें उत्पन्न होती हैं और इस प्रकार सांद्रता में उतार-चढ़ाव होता है, जो फिर से केमोस्टेट की "स्थैतिक" संपत्ति को परेशान करता है।
* बैक्टीरिया काफी आसानी से ऊपर की ओर यात्रा करते हैं। वे बाँझ माध्यम के जलाशय तक जल्दी पहुँचेंगे जब तक कि तरल पथ एक वायु विराम से बाधित न हो जिसमें माध्यम हवा के माध्यम से बूंदों में गिरता है।
* बैक्टीरिया आसानी से विपरीत दिशा में चल सकते हैं। वे स्वच्छ माध्यम के रिजर्वोयर तक जल्दी पहुंच जाएंगे जब तक तरल मार्ग को वायु द्वारा अवरोधित न किया जाए, जिसमें माध्यम वायु के माध्यम से बूँदों के रूप में गिरता है।


प्रत्येक दोष को ठीक करने के निरंतर प्रयास से मूल केमोस्टैट पर काफी नियमित रूप से बदलाव होते हैं। साहित्य में उदाहरण असंख्य हैं।
प्रत्येक दोष को ठीक करने के निरंतर प्रयास से मूल केमोस्टैट पर काफी नियमित रूप से बदलाव होते हैं। साहित्य में उदाहरण असंख्य हैं।


* फोमिंग को दबाने के लिए एंटीफोमिंग एजेंटों का उपयोग किया जाता है।
* फोमिंग को दबाने के लिए एंटीफोमिंग एजेंटों का उपयोग किया जाता है।
* आंदोलन और वातन धीरे-धीरे किया जा सकता है।
* उत्तेजना और वातन धीरे-धीरे किया जा सकता है।
* दीवार की वृद्धि को कम करने के लिए कई तरीके अपनाए गए हैं<ref name=deCrecy>{{cite journal |vauthors=de Crécy E, Metzgar D, Allen C, Pénicaud M, Lyons B, Hansen CJ, de Crécy-Lagard V |title=बैक्टीरिया की आबादी के प्रायोगिक विकास के लिए एक उपन्यास सतत संस्कृति उपकरण का विकास|journal=[[Appl. Microbiol. Biotechnol.]] |volume=77 |issue=2 |pages=489–96 |year=2007 |pmid=17896105 |doi=10.1007/s00253-007-1168-5|s2cid=25787277 }}</ref><ref name=ZhangZ1>{{cite journal |vauthors=Zhang Z, Boccazzi P, Choi HG, Perozziello G, Sinskey AJ, Jensen KF |title=माइक्रोकेमोस्टैट-माइक्रोबियल निरंतर संस्कृति एक बहुलक-आधारित, यंत्रित माइक्रोबायोरिएक्टर में|journal=Lab Chip |volume=6 |issue=7 |pages=906–13 |year=2006 |pmid=16804595 |doi=10.1039/b518396k}}</ref>
* दीवार की वृद्धि को कम करने के लिए कई उपाय अपनाए गए हैं<ref name="deCrecy">{{cite journal |vauthors=de Crécy E, Metzgar D, Allen C, Pénicaud M, Lyons B, Hansen CJ, de Crécy-Lagard V |title=बैक्टीरिया की आबादी के प्रायोगिक विकास के लिए एक उपन्यास सतत संस्कृति उपकरण का विकास|journal=[[Appl. Microbiol. Biotechnol.]] |volume=77 |issue=2 |pages=489–96 |year=2007 |pmid=17896105 |doi=10.1007/s00253-007-1168-5|s2cid=25787277 }}</ref><ref name="ZhangZ1">{{cite journal |vauthors=Zhang Z, Boccazzi P, Choi HG, Perozziello G, Sinskey AJ, Jensen KF |title=माइक्रोकेमोस्टैट-माइक्रोबियल निरंतर संस्कृति एक बहुलक-आधारित, यंत्रित माइक्रोबायोरिएक्टर में|journal=Lab Chip |volume=6 |issue=7 |pages=906–13 |year=2006 |pmid=16804595 |doi=10.1039/b518396k}}</ref>
* विभिन्न अनुप्रयोग मिश्रण के लिए पैडल, बबलिंग या अन्य तंत्र का उपयोग करते हैं<ref name=vanhulle1 >{{cite journal |vauthors=Van Hulle SW, Van Den Broeck S, Maertens J, Villez K, Schelstraete G, Volcke EI, Vanrolleghem PA |title=निरंतर वातित लैब-स्केल शेरोन रिएक्टर के स्टार्ट-अप और संचालन के साथ व्यावहारिक अनुभव|journal=[[Commun. Agric. Appl. Biol. Sci.]] |volume=68 |issue=2 Pt A |pages=77–84 |year=2003 |pmid=15296140 }}</ref>
* विभिन्न अनुप्रयोग मिश्रण के लिए पैडल, बुदबुदाहट या अन्य तंत्र का उपयोग करते हैं।<ref name="vanhulle1">{{cite journal |vauthors=Van Hulle SW, Van Den Broeck S, Maertens J, Villez K, Schelstraete G, Volcke EI, Vanrolleghem PA |title=निरंतर वातित लैब-स्केल शेरोन रिएक्टर के स्टार्ट-अप और संचालन के साथ व्यावहारिक अनुभव|journal=[[Commun. Agric. Appl. Biol. Sci.]] |volume=68 |issue=2 Pt A |pages=77–84 |year=2003 |pmid=15296140 }}</ref>
* छोटी बूंदों और बड़े बर्तन की मात्रा के साथ टपकने को कम कठोर बनाया जा सकता है
* छोटी बूंदों और बड़े बर्तन के आयतन के साथ टपकन को कम कठोर बनाया जा सकता है
* कई सुधार संदूषण के खतरे को लक्षित करते हैं
* अनेक सुधार संदूषण के ख़तरे को लक्षित करते हैं


== प्रायोगिक डिजाइन विचार ==
== प्रायोगिक डिजाइन विचार ==
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=== पैरामीटर पसंद और सेटअप ===
=== पैरामीटर पसंद और सेटअप ===
  <ref name=Milo>{{cite arXiv |vauthors=Wides A, Milo R |title= गतिशीलता को समझना और केमोस्टैट चयन प्रयोगों के प्रदर्शन को अनुकूलित करना|year=2018 |eprint= 1806.00272|class= q-bio.PE }}</ref>
  <ref name=Milo>{{cite arXiv |vauthors=Wides A, Milo R |title= गतिशीलता को समझना और केमोस्टैट चयन प्रयोगों के प्रदर्शन को अनुकूलित करना|year=2018 |eprint= 1806.00272|class= q-bio.PE }}</ref>
* केमोस्टैट में सीमित सब्सट्रेट की स्थिर अवस्था सांद्रता प्रवाह की सघनता से स्वतंत्र होती है। प्रवाह की सघनता कोशिका की सघनता और इस प्रकार स्थिर अवस्था OD को प्रभावित करेगी।
 
* भले ही केमोस्टैट में सीमित सब्सट्रेट सांद्रता आमतौर पर बहुत कम होती है, और असतत अत्यधिक केंद्रित प्रवाह दालों द्वारा बनाए रखा जाता है, व्यवहार में केमोस्टैट के भीतर एकाग्रता में अस्थायी भिन्नता छोटी (कुछ प्रतिशत या उससे कम) होती है और इस प्रकार देखी जा सकती है अर्ध-स्थिर अवस्था के रूप में।
* केमोस्टेट में सीमित सब्सट्रेट की स्थिर अवस्था सांद्रता प्रवाह सांद्रता से स्वतंत्र होती है। प्रवाह सांद्रता कोशिका सांद्रता को प्रभावित करेगी और इस प्रकार स्थिर अवस्था OD को प्रभावित करेगी।
* सेल डेंसिटी (OD) को एक स्थिर-अवस्था मान (ओवरशूट/अंडरशूट) में परिवर्तित होने में लगने वाला समय अक्सर लंबा होगा (मल्टीपल केमोस्टैट टर्नओवर), खासकर जब प्रारंभिक इनोकुलम बड़ा होता है। लेकिन, उचित पैरामीटर विकल्प के साथ समय को कम किया जा सकता है।
* यद्यपि चेमोस्टैट में सीमित पदार्थ की अधिकांश समय सीमित होती है और इसे अलग-अलग अधिक संकुचित प्रवाहित पल्स द्वारा बनाए रखा जाता है, लेकिन व्यवहार में चेमोस्टैट के भीतर पदार्थ की यादृच्छिक परिवर्तन बहुत कम होता है (कुछ प्रतिशत या उससे भी कम) और इसलिए इसे क्वासी-स्थिर स्थिति के रूप में देखा जा सकता है।
* कोशिका घनत्व (OD) को एक स्थिर-अवस्था मान (ओवरशूट/अंडरशूट) में परिवर्तित होने में लगने वाला समय अक्सर लंबा होगा (एकाधिक केमोस्टेट टर्नओवर), खासकर जब प्रारंभिक इनोकुलम बड़ा होता है। लेकिन, उचित पैरामीटर विकल्प के साथ समय को कम किया जा सकता है।


=== स्थिर राज्य विकास ===
=== स्थिर राज्य विकास ===
  <ref name=Milo/>
  <ref name=Milo/>


*एक केमोस्टेट स्थिर अवस्था में प्रतीत हो सकता है, लेकिन म्यूटेंट स्ट्रेन टेकओवर लगातार हो सकता है, भले ही वे ओडी या उत्पाद सांद्रता जैसे मैक्रो स्केल मापदंडों की निगरानी के द्वारा पता लगाने योग्य न हों।
* एक केमोस्टेट स्थिर अवस्था में प्रतीत हो सकता है, लेकिन उत्परिवर्ती तनाव का अधिग्रहण लगातार हो सकता है, भले ही वे ओडी या उत्पाद सांद्रता जैसे मैक्रो स्केल मापदंडों की निगरानी द्वारा पता लगाने योग्य नहीं हैं।
* सीमित सब्सट्रेट आमतौर पर इतनी कम सांद्रता पर होता है कि यह ज्ञानी नहीं होता है। नतीजतन, सीमित सब्सट्रेट की एकाग्रता समय के साथ (प्रतिशत-वार) बहुत भिन्न हो सकती है क्योंकि अलग-अलग उपभेद आबादी को ले लेते हैं, भले ही आयुध डिपो में परिवर्तन का पता लगाने के लिए बहुत छोटा हो।
* सीमित सब्सट्रेट आमतौर पर इतनी कम सांद्रता पर होता है कि इसका पता नहीं चल पाता है। परिणामस्वरूप, सीमित सब्सट्रेट की सांद्रता समय के साथ (प्रतिशत-वार) बहुत भिन्न हो सकती है क्योंकि विभिन्न उपभेद आबादी पर कब्जा कर लेते हैं, भले ही ओडी में परिणामी परिवर्तन पता लगाने के लिए बहुत छोटे हों।
* एक "स्पंदित" केमोस्टैट (बहुत बड़ी प्रवाह वाली दालों के साथ) में एक मानक अर्ध-निरंतर केमोस्टेट की तुलना में काफी कम चयनात्मक क्षमता होती है, जो सीमित स्थितियों में बढ़ी हुई फिटनेस के साथ उत्परिवर्ती तनाव के लिए होती है।
* सीमित परिस्थितियों में बढ़ी हुई फिटनेस के साथ उत्परिवर्ती तनाव के लिए एक "स्पंदित" केमोस्टेट (बहुत बड़े प्रवाह वाले दालों के साथ) में एक मानक अर्ध-निरंतर केमोस्टेट की तुलना में काफी कम चयनात्मक क्षमता होती है।
* सब्सट्रेट एकाग्रता को सीमित करने वाले प्रवाह को अचानक कम करके, कोशिकाओं को अपेक्षाकृत कठोर परिस्थितियों में अस्थायी रूप से अधीन करना संभव है, जब तक कि केमोस्टेट स्थिर स्थिति में वापस स्थिर न हो जाए (कमजोर पड़ने की दर डी के समय क्रम पर)।
* सब्सट्रेट सांद्रता को सीमित करने वाले प्रवाह को अचानक कम करने से कोशिकाओं को अस्थायी रूप से अपेक्षाकृत कठोर परिस्थितियों में अधीन करना संभव है, जब तक कि केमोस्टेट स्थिर स्थिति में वापस स्थिर न हो जाए (कमजोर पड़ने की दर डी के समय क्रम पर)।


=== उत्परिवर्तन ===
=== उत्परिवर्तन ===
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* कुछ प्रकार के उत्परिवर्ती उपभेद तेजी से दिखाई देंगे:
* कुछ प्रकार के उत्परिवर्ती उपभेद तेजी से दिखाई देंगे:
** यदि कोई एकल-न्यूक्लियोटाइड बहुरूपता है जो फिटनेस को बढ़ा सकता है, तो यह आबादी में केवल कुछ केमोस्टैट दोहरीकरण के बाद दिखाई देना चाहिए, विशेष रूप से बड़े केमोस्टैट्स (जैसे 10 ^ 11 ई कोलाई कोशिकाओं) के लिए।
** यदि कोई एसएनपी है जो फिटनेस बढ़ा सकता है, तो इसे केवल कुछ केमोस्टैट दोहरीकरण के बाद आबादी में दिखाई देना चाहिए, विशेष रूप से बड़े केमोस्टैट्स (उदाहरण के लिए 10^11 ई. कोलाई कोशिकाओं) के लिए।
**एक तनाव जिसके लिए दो विशिष्ट एसएनपी की आवश्यकता होती है, जहां केवल उनका संयोजन एक फिटनेस लाभ देता है (जबकि प्रत्येक एक अलग से तटस्थ है), केवल तभी प्रकट होने की संभावना है जब लक्ष्य आकार (विभिन्न एसएनपी स्थानों की संख्या जो एक लाभप्रद [[उत्परिवर्तन]] को जन्म देती है) प्रत्येक एसएनपी के लिए बहुत बड़ा है।
**एक स्ट्रेन जिसके लिए दो विशिष्ट एसएनपी की आवश्यकता होती है, जहां केवल उनका संयोजन एक फिटनेस लाभ देता है (जबकि प्रत्येक अलग से तटस्थ होता है), केवल तभी प्रकट होने की संभावना होती है जब प्रत्येक एसएनपी के लिए लक्ष्य आकार (विभिन्न एसएनपी स्थानों की संख्या जो एक लाभप्रद [[उत्परिवर्तन]] को जन्म देती है) बहुत बड़ी है।
* अन्य प्रकार के उत्परिवर्ती उपभेदों (उदाहरण के लिए छोटे लक्ष्य आकार के साथ दो एसएनपी, अधिक एसएनपी या छोटे केमोस्टैट्स में) प्रकट होने की अत्यधिक संभावना नहीं है।
* अन्य प्रकार के उत्परिवर्ती उपभेदों (जैसे छोटे लक्ष्य आकार वाले दो एसएनपी, अधिक एसएनपी या छोटे केमोस्टैट्स) के प्रकट होने की अत्यधिक संभावना नहीं है।
** इन अन्य म्यूटेशनों की उम्मीद केवल फिटनेस लाभ के साथ म्यूटेंट के क्रमिक स्वीप के माध्यम से की जाती है। यदि प्रत्येक उत्परिवर्तन स्वतंत्र रूप से लाभकारी है, और उन मामलों में नहीं जहां उत्परिवर्तन व्यक्तिगत रूप से तटस्थ हैं, लेकिन एक साथ लाभप्रद हैं, तो केवल कई म्यूटेंट उत्पन्न होने की उम्मीद कर सकते हैं। केमोस्टैट में विकास के लिए लगातार अधिग्रहण ही एकमात्र विश्वसनीय तरीका है।
** इन अन्य उत्परिवर्तनों की अपेक्षा केवल फिटनेस लाभ के साथ उत्परिवर्ती के क्रमिक स्वीप के माध्यम से की जाती है। कोई केवल तभी एकाधिक उत्परिवर्ती उत्पन्न होने की उम्मीद कर सकता है यदि प्रत्येक उत्परिवर्तन स्वतंत्र रूप से फायदेमंद हो, और ऐसे मामलों में नहीं जहां उत्परिवर्तन व्यक्तिगत रूप से तटस्थ हों लेकिन एक साथ फायदेमंद हों। केमोस्टेट में विकास को आगे बढ़ाने के लिए क्रमिक अधिग्रहण ही एकमात्र विश्वसनीय तरीका है।
* प्रतीत होता है चरम परिदृश्य जहां हमें कम से कम एक बार केमोस्टेट में सह-अस्तित्व के लिए हर संभव एकल एसएनपी की आवश्यकता होती है, वास्तव में काफी संभावना है। इस स्थिति में एक बड़े केमोस्टेट के पहुंचने की बहुत संभावना है।
* प्रतीत होने वाला चरम परिदृश्य जहां हमें केमोस्टेट में कम से कम एक बार सह-अस्तित्व के लिए हर संभव एकल एसएनपी की आवश्यकता होती है, वास्तव में काफी संभावना है। एक बड़े केमोस्टेट के इस अवस्था तक पहुंचने की बहुत संभावना है।
* एक बड़े केमोस्टैट के लिए अपेक्षित समय जब तक कि केमोस्टैट टर्नओवर समय के क्रम में एक लाभप्रद उत्परिवर्तन नहीं होता है। ध्यान दें, यह आम तौर पर केमोस्टैट आबादी को लेने के लिए एक लाभप्रद तनाव के लिए समय से काफी कम है। यह जरूरी नहीं कि एक छोटे से केमोस्टेट में ऐसा हो।
*एक बड़े केमोस्टेट के लिए एक लाभप्रद उत्परिवर्तन होने तक अपेक्षित समय केमोस्टेट टर्नओवर समय के क्रम पर होता है। ध्यान दें, यह आमतौर पर केमोस्टेट आबादी पर लाभकारी तनाव के कब्ज़ा करने के समय की तुलना में काफी कम है। एक छोटे केमोस्टेट में ऐसा जरूरी नहीं है।
*उपरोक्त बिंदुओं के विभिन्न अलैंगिक प्रजनन प्रजातियों (ई. कोलाई, एस. सेरेविसिया, आदि) में समान होने की उम्मीद है।
*उपरोक्त बिंदु अलग-अलग अलैंगिक प्रजनन प्रजातियों (ई. कोली, एस. सेरेविसिया, आदि) में समान होने की उम्मीद है।
* इसके अलावा, उत्परिवर्तन उपस्थिति तक का समय जीनोम के आकार से स्वतंत्र है, लेकिन प्रति-बीपी उत्परिवर्तन दर पर निर्भर है।
*इसके अलावा, उत्परिवर्तन प्रकट होने तक का समय जीनोम आकार से स्वतंत्र है, लेकिन प्रति-बीपी उत्परिवर्तन दर पर निर्भर है।
* विशेष रूप से बड़े केमोस्टैट्स के लिए, एक हाइपर-म्यूटेटिंग स्ट्रेन वारंट उपयोग के लिए पर्याप्त लाभ नहीं देता है। इसके अलावा, यह हमेशा यादृच्छिक उत्परिवर्तन के माध्यम से प्रकट होने और केमोस्टैट पर कब्जा करने की अपेक्षा की जाने वाली चयनात्मक लाभ के लिए पर्याप्त नहीं है।
*विशेष रूप से बड़े केमोस्टैट्स के लिए, एक हाइपर-म्यूटेटिंग स्ट्रेन वारंट उपयोग के लिए पर्याप्त लाभ नहीं देता है। इसके अलावा, इसमें इतना चयनात्मक लाभ नहीं है कि हमेशा यादृच्छिक उत्परिवर्तन के माध्यम से प्रकट होने और कीमोस्टेट पर कब्जा करने की उम्मीद की जा सके।


=== एकल अधिग्रहण ===
=== एकल अधिग्रहण ===
  <ref name=Milo/>* प्रासंगिक तनाव मापदंडों को देखते हुए अधिग्रहण का समय अनुमानित है।
  <ref name=Milo/>
* अलग-अलग कमजोर पड़ने की दर चुनिंदा रूप से अलग-अलग उत्परिवर्ती उपभेदों को केमोस्टैट आबादी पर ले जाने के लिए पसंद करती है, अगर ऐसा तनाव मौजूद है। उदाहरण के लिए:
* प्रासंगिक तनाव मापदंडों को देखते हुए अधिग्रहण समय का अनुमान लगाया जा सकता है।
**एक तेज कमजोर पड़ने की दर एक उत्परिवर्तित तनाव के लिए एक बढ़ी हुई अधिकतम विकास दर के साथ एक चयन दबाव बनाती है;
*यदि ऐसा कोई तनाव मौजूद है, तो अलग-अलग कमजोर पड़ने की दरें केमोस्टेट आबादी पर कब्जा करने के लिए अलग-अलग उत्परिवर्ती उपभेदों का चयनात्मक रूप से पक्ष लेती हैं। उदाहरण के लिए:
** एक मध्य-श्रेणी कमजोर पड़ने की दर सीमित सब्सट्रेट के लिए एक उच्च आत्मीयता के साथ एक उत्परिवर्ती तनाव के लिए एक चयन दबाव बनाता है;
**तेजी से कमजोर पड़ने की दर अधिकतम वृद्धि दर के साथ उत्परिवर्ती तनाव के लिए चयन दबाव बनाती है;
** एक धीमी कमजोर दर एक उत्परिवर्ती तनाव के लिए एक चयन दबाव बनाता है जो मीडिया में बिना किसी सीमित सब्सट्रेट के बढ़ सकता है (संभवतः मीडिया में मौजूद एक अलग सब्सट्रेट का उपभोग करके);
** एक मध्य-श्रेणी कमजोर पड़ने की दर सीमित सब्सट्रेट के साथ उच्च संबंध के साथ एक उत्परिवर्ती तनाव के लिए चयन दबाव बनाती है;
*संचालन मापदंडों की एक श्रृंखला में एक बेहतर म्यूटेंट के अधिग्रहण का समय काफी स्थिर होगा। विशेषता संचालन मूल्यों के लिए समय का समय दिनों से लेकर हफ्तों तक होता है।
** धीमी गति से कमजोर पड़ने की दर एक उत्परिवर्ती तनाव के लिए चयन दबाव बनाती है जो मीडिया में बिना किसी सीमित सब्सट्रेट के बढ़ सकती है (संभवतः मीडिया में मौजूद एक अलग सब्सट्रेट का उपभोग करके);
*एक बेहतर उत्परिवर्ती के अधिग्रहण का समय विभिन्न ऑपरेशन मापदंडों में काफी स्थिर होगा। विशिष्ट ऑपरेशन मानों के लिए समय लेने का समय दिनों से लेकर सप्ताहों के क्रम पर होता है।


=== लगातार अधिग्रहण ===
=== लगातार अधिग्रहण ===
  <ref name=Milo/>* जब स्थितियाँ सही होती हैं (एक बड़ी पर्याप्त आबादी, और सरल लाभप्रद उत्परिवर्तन के लिए जीनोम में कई लक्ष्य) तो कई उपभेदों से जनसंख्या को क्रमिक रूप से संभालने की उम्मीद की जाती है, और ऐसा अपेक्षाकृत समयबद्ध और गति से किया जाता है। समय उत्परिवर्तन के प्रकार पर निर्भर करता है।
  <ref name=Milo/>
*एक अधिग्रहण उत्तराधिकार में, भले ही प्रत्येक नस्ल का चयनात्मक सुधार स्थिर रहता है (उदाहरण के लिए प्रत्येक नया तनाव निरंतर कारक द्वारा पिछले तनाव से बेहतर होता है) - अधिग्रहण की दर स्थिर नहीं रहती है, बल्कि तनाव से तनाव में कमी आती है .
 
*ऐसे मामले हैं जहां लगातार अधिग्रहण इतनी तेजी से होते हैं कि एलील आवृत्ति की जांच करते समय भी उपभेदों के बीच अंतर करना बहुत मुश्किल होता है। इस प्रकार, लगातार उपभेदों के कई अधिग्रहणों का एक वंश उत्परिवर्तन के एक समूह के साथ एक एकल तनाव के अधिग्रहण के रूप में प्रकट हो सकता है।
* जब सही परिस्थितियां होती हैं (काफी बड़ी जनसंख्या और सरल लाभकारी म्यूटेशनों के लिए जीनोम में कई लक्ष्य हों), तो अपेक्षित है कि विभिन्न स्ट्रेन्स संभवतः क्रमिक रूप से पॉपुलेशन को कब्जे में लेंगे, और यह अपेक्षित है कि इसे एक निर्धारित समय और रैसिंग ढंग से करेंगे। इसका समय म्यूटेशन के प्रकार पर निर्भर करता है।
* एक टेकओवर सफलता क्रम में, यदि प्रत्येक स्ट्रेन का चयनात्मक सुधार स्थायी रहता है (उदाहरण के लिए, प्रत्येक नया स्ट्रेन पिछले स्ट्रेन से एक स्थायी गुणक के द्वारा बेहतर है) - टेकओवर दर स्थायी रूप से नहीं रहती है, बल्कि स्ट्रेन से स्ट्रेन धीरे-धीरे कम होती है।
* हालांकि, कुछ ऐसे मामले होते हैं जहां लगातार टेकओवर इतनी तेजी से होते हैं कि विभिन्न स्ट्रेन्स को अलील फ्रिक्वेंसी की जांच करते समय भी अभेद्य बना देना बहुत मुश्किल होता है। इसलिए, कुछ स्थितियों में, एक लाइनेज़ के कई टेकओवर्स को लगातार संयुक्त स्ट्रेन्स के टेकओवर के रूप में देखा जा सकता है, जिसमें कई म्यूटेशनों की एक समूह के साथ एकल स्ट्रेन का टेकओवर प्रतीत होता है।


== विविधताएं ==
== विविधताएं ==


केमोस्टैट्स से निकटता से संबंधित किण्वन सेटअप [[टर्बिडोस्टेट]], [[ auxostat ]] और [[retentostat]] हैं। रेटेंस्टोस्टैट्स में, कल्चर लिक्विड को बायोरिएक्टर से भी हटा दिया जाता है, लेकिन एक फिल्टर बायोमास को बरकरार रखता है। इस मामले में, बायोमास की सघनता तब तक बढ़ जाती है जब तक कि बायोमास रखरखाव के लिए पोषक तत्वों की आवश्यकता उपभोग किए जा सकने वाले सीमित पोषक तत्वों की मात्रा के बराबर न हो जाए।
चेमोस्टैट से [[टर्बिडोस्टेट]], [[ auxostat |ऑक्सोस्टैट]] और [[retentostat|रिटेंटोस्टैट]] संबंधित रहते हैं। रिटेंटोस्टैट में भी, कल्चर लिक्विड बायोरिएक्टर से निकाला जाता है, लेकिन एक फिल्टर जीवनसमर्थन के लिए जीव-शारीरिक सामग्री को रोकता है। इस मामले में, जीव-शारीरिक सामग्री की दर बढ़ती है जब तक जीवनसमर्थन के लिए पोषक तत्व की आवश्यकता प्रतिबंधित पोषक तत्व की मात्रा से बराबर हो जाती है।


== यह भी देखें ==
== यह भी देखें ==
* [[जीवाणु वृद्धि]]
*[[जीवाणु वृद्धि]]
*[[बायोकेमिकल इंजीनियरिंग]]
*[[बायोकेमिकल इंजीनियरिंग|जैव रासायनिक इंजीनियरिंग]]
*[[निरंतर उभारा-टैंक रिएक्टर मॉडल]]|सतत स्टिरर्ड-टैंक रिएक्टर (CSTR)
*[[निरंतर उभारा-टैंक रिएक्टर मॉडल|सतत् हलचल-टैंक रिएक्टर (CSTR)]]
*इ। कोलाई दीर्घकालिक विकास प्रयोग
*ई.कोली दीर्घकालिक विकास प्रयोग
*[[ फेड बैच ]]
*[[ फेड बैच ]]


Revision as of 20:29, 27 July 2023

Chemostat
Chemostat schematic
A chemostat diagram featuring inflow (feed) and outflow (effluent).
IndustryBiological engineering
ApplicationResearch and Industry
सूक्ष्मजीवों के नियंत्रित विकास के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रवाह के मध्यम और बहिर्वाह के निरंतर और समायोज्य प्रवाह के साथ संलग्न केमोस्टैट पोत। प्रणाली एक निरंतर मात्रा और वातन का स्तर बनाए रखती है। सूक्ष्मजीवों की वृद्धि दर को ताजा माध्यम के प्रवाह में हेरफेर करके नियंत्रित किया जाता है, जबकि सीमित पोषक तत्व की एकाग्रता को बदलकर जनसंख्या घनत्व को नियंत्रित किया जाता है। यह खुली प्रणाली शोधकर्ताओं को शारीरिक प्रयोगों में उपयोग के लिए कोशिकाओं के घातीय वृद्धि चरण को बनाए रखने की अनुमति देती है।[1]

एक केमोस्टैट (केमिकल वातावरण स्थिर है) एक बायोरिएक्टर है, जिसमें नया मीडियम निरंतर जोड़ा जाता है, जबकि संसाधनों से शेष रहित पोषक तत्व, अवयविक अंत प्रोडक्ट्स और माइक्रोआर्गनिज्म निरंतर समान दर से निकाले जाते हैं ताकि संसाधन के नया मिश्रण जोड़ने से साथ ही कल्चर वॉल्यूम को स्थिर रखा जा सके।[2][3] बायोरिएक्टर में मीडियम जोड़ने की दर बदलकर, माइक्रोआर्गनिज्म की विशेष वृद्धि दर आसानी से सीमित मायने में नियंत्रित की जा सकती है।

ऑपरेशन

स्थिर अवस्था

केमोस्टैट्स की एक अहम विशेषता है कि उनमें माइक्रोआर्गनिज्म नियंत्रित वातावरणीय ढंग से एक प्रायोगिक स्थिर स्थिति में विकसित किए जा सकते हैं। इस स्थिर स्थिति में, वृद्धि एक स्थायी विशेष वृद्धि दर पर होती है और सभी कल्चर पैरामीटर स्थायी रहते हैं (कल्चर वॉल्यूम, विघटित ऑक्सीजन अवसरण, पोषक तत्व और उत्पाद अवसरण, पीएच, सेल घनत्व, आदि)। साथ ही, पर्यावरणीय ढंग विशेषज्ञ द्वारा नियंत्रित किए जा सकते हैं।[4] केमोस्टैट्स में विकसित हो रहे माइक्रोआर्गनिज्म आमतौर पर एक स्थिर स्थिति तक पहुंचते हैं क्योंकि वृद्धि दर और पोषक तत्व के बीच नकारात्मक प्रतिप्रतिक्रिया होती है: यदि बायोरिएक्टर में कम संख्यक सेल्स होते हैं, तो उन सेल्स को कम पोषक तत्व के साथ कम खपत करते हुए वृद्धि दर के साथ विकसित किया जा सकता है क्योंकि वे कम पोषक तत्व के साथ खपत करते हैं, इससे वृद्धि पर पोषक तत्व के जोड़ने से वृद्धि को कम प्रतिबंधित रहता है। सीमित उत्पादक खाद्य पोषण के साथ उनमें वृद्धि होती है। सीमांकित खाद्य पोषण विकसित रूप में होता है जो विकास के लिए आवश्यक होता है, जो माध्यम में एक सीमित विकसित राशि में मौजूद होता है (अन्य सभी पोषक तत्वों को आम तौर पर अधिशेष रूप से प्रदान किया जाता है)। हालांकि, सेल्स की संख्या बढ़ने से पोषक तत्व की मात्रा घट जाती है। इससे सेल्स की विशेष वृद्धि दर को कम हो जाता है जो सेल्स की संख्या में गिरावट का कारण बनता है क्योंकि वे विकसित होते रहते हैं और उन्हें निकाला जाता है। इससे एक स्थिर स्थिति बनती है। यह आत्म-नियंत्रण के कारण, स्थिर स्थिति स्थायी होती है। इससे प्रायोगिक स्थिर स्थिति के द्वारा माइक्रोआर्गनिज्म की विशेष वृद्धि दर को बदलकर विशेषज्ञ द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है, जबकि पंप की गति को संशोधित किया जा सकता है जो नया मिश्रण बायोरिएक्टर में डालती है।

अच्छी तरह मिश्रित

चेमोस्टैट और अन्य निरंतर संस्कृति प्रणालियों की एक और महत्वपूर्ण विशेषता है कि वे अच्छी तरह से मिश्रित होते हैं, जिससे पर्यावरणीय स्थितियां समान और समान रहती हैं और माइक्रोऑर्गनिज्म यादृच्छिक रूप से विस्तृत होते हैं और एक दूसरे से यादृच्छिक रूप से संघटित होते हैं। इसलिए, चेमोस्टैट में प्रतियोगिता और अन्य परस्परागमन संगठन वैश्विक होते हैं, जिससे बायोफिल्म के समान में नहीं होते हैं।

कमजोर पड़ने की दर

पोषक तत्वों के विनिमय की दर को 'डिल्यूशन दर' या 'D' के रूप में व्यक्त किया जाता है। स्थिर स्थिति में, माइक्रो-ऑर्गनिज्म की विशेष वृद्धि दर 'μ' डिल्यूशन दर 'D' के समान होती है। डिल्यूशन दर को बायोरिएक्टर में कल्चर के विषयक भाग में मीडियम की एकक के ऊपर फ्लो के रूप में परिभाषित किया जाता है, जिसे 'F' और बायोरिएक्टर में कल्चर के वॉल्यूम 'V' के ऊपर व्याप्त किया जाता है।

अधिकतम विकास दर और महत्वपूर्ण कमजोर पड़ने की दर

विशिष्ट वृद्धि दर μ बायोमास को दोगुना होने में लगने वाले समय से व्युत्क्रमानुपाती होती है, जिसे दोगुना होने का समय td कहा जाता है, इसके द्वारा:

इसलिए, दोगुना होने का समय td स्थिर अवस्था में तनुकरण दर D का एक फलन बन जाता है:

प्रत्येक विशिष्ट उपकरण पर विकसित हो रहे प्रत्येक माइक्रोआर्गनिज्म की अधिकतम विशेष वृद्धि दर 'μmax' होती है (विकसिति दर जो बाह्य पोषक तत्वों के स्थानीय अवशेषों से अधिकतम विकसिति दर को ध्यान में रखती है)। यदि ऐसी डिल्यूशन दर चुनी जाती है जो μmax से अधिक है, तो सेल्स उस दर से तेजी से विकसित नहीं हो सकती हैं जितनी तेजी से वे निकाली जा रही हैं, इससे कल्चर बायोरिएक्टर में खुद को बनाए रखने में असमर्थ होगा, और वह बाहर बह जाएगा।

लेकिन, चेमोस्टैट में सीमित पोषक तत्व की मात्रा खाद्य में उपस्थित मात्रा से अधिक नहीं हो सकती है, इसलिए चेमोस्टैट में सेल्स द्वारा प्राप्त की जा सकने वाली विशेष वृद्धि दर आम तौर पर अधिकतम विशेष वृद्धि दर से थोड़ी कम होती है क्योंकि विशेष वृद्धि दर आम तौर पर पोषक तत्व की मात्रा के साथ बढ़ती है, जैसा कि मोनोड समीकरण की किनेटिक्स द्वारा वर्णित होता है।[citation needed] सेल्स द्वारा प्राप्त की जा सकने वाली विशेष वृद्धि दर की सबसे अधिक मात्रा (μmax) बायोरिएक्टर में संभव है, जो सामर्थ्यवान डिल्यूशन दर (D'c) के बराबर होती है।

जहां S, कीमोस्टेट में सब्सट्रेट या पोषक तत्व की सांद्रता है और KS अर्ध-संतृप्ति स्थिरांक है (यह समीकरण मोनोड कैनेटीक्स मानता है)।

अनुप्रयोग

अनुसंधान

शोध में केमोस्टैट का उपयोग कोशिका जीव विज्ञान में जांच के लिए बड़ी मात्रा में समान कोशिकाओं या प्रोटीन के स्रोत के रूप में किया जाता है। केमोस्टेट का उपयोग अक्सर किसी जीव के बारे में उसकी चयापचय प्रक्रियाओं से संबंधित गणितीय मॉडल तैयार करने के लिए स्थिर स्थिति डेटा इकट्ठा करने के लिए किया जाता है। रसायनशास्त्र का उपयोग पारिस्थितिकी[5][6] और विकासवादी जीवविज्ञान में सूक्ष्म जगत के रूप में भी किया जाता है।[7][8][9][10] एक मामले में, उत्परिवर्तन/चयन एक परेशानी है, दूसरे मामले में, यह अध्ययन के तहत वांछित प्रक्रिया है। केमोस्टैट्स का उपयोग संस्कृति में विशिष्ट प्रकार के जीवाणु उत्परिवर्ती जैसे कि ऑक्सोट्रॉफ़्स या जो एंटीबायोटिक दवाओं या बैक्टीरियोफेज के प्रतिरोधी हैं, को आगे के वैज्ञानिक अध्ययन के लिए समृद्ध करने के लिए भी किया जा सकता है।[11] तनुकरण दर में भिन्नताएं विभिन्न विकास दर पर जीवों द्वारा अपनाई गई चयापचय रणनीतियों के अध्ययन की अनुमति देती हैं।[12][13]

एकल और एकाधिक संसाधनों के लिए प्रतिस्पर्धा, संसाधन अधिग्रहण और उपयोग मार्गों का विकास, क्रॉस-फीडिंग/सहजीवन,[14][15] शिकारियों के बीच विरोध, शिकार और प्रतिस्पर्धा सभी का पारिस्थितिकी और विकासवादी जीव विज्ञान में केमोस्टैट्स का उपयोग करके अध्ययन किया गया है।[16][17][18]

उद्योग

इथेनॉल के औद्योगिक विनिर्माण में केमोस्टैट्स का अक्सर उपयोग किया जाता है। इस मामले में, श्रृंखला में कई केमोस्टैट का उपयोग किया जाता है, प्रत्येक को चीनी की घटती सांद्रता पर बनाए रखा जाता है।[citation needed] केमोस्टेट जैव प्रौद्योगिकी उद्योग में निरंतर सेल संस्कृतियों के एक प्रयोगात्मक मॉडल के रूप में भी कार्य करता है।[13]

तकनीकी चिंताएं

  • फोमिंग से तरल पदार्थ का ओवरफ्लो हो सकता है जिससे वॉल्यूम की निरंतरता सटीक रूप से नहीं बनी रहती।
  • कुछ बहुत ही नाजुक सेल्स उत्प्रेरण और वायुमन्त्रण के दौरान फट सकती हैं।
  • सेल्स वॉलों पर बढ़ सकती हैं या अन्य सतहों पर चिपक सकती हैं,[19] जिसे सिलेन के साथ वेसल की ग्लास वॉलों का उपचार करके हाइड्रोफोबिक बनाया जा सकता है। हालांकि, सेल्स वॉलों से चिपकने के लिए चुन जाएंगी क्योंकि जो ऐसा करेंगी, वे प्रणाली से हटाई नहीं जाएंगी। वे बैक्टीरिया जो वॉलों से मजबूती से चिपकते हैं और बायोफिल्म बनाने में विशेषज्ञ होते हैं, उन्हें चेमोस्टैट की स्थितियों के तहत अध्ययन करना कठिन होता है।
  • मिश्रण वास्तव में समान न हो सकती है, जिससे चेमोस्टैट की "स्थैतिक" गुणवत्ता को विचलित कर सकता है।
  • मीडिया को कक्ष में टपकाने से वास्तव में पोषक तत्वों की छोटी-छोटी तरंगें उत्पन्न होती हैं और इस प्रकार सांद्रता में उतार-चढ़ाव होता है, जो फिर से केमोस्टेट की "स्थैतिक" संपत्ति को परेशान करता है।
  • बैक्टीरिया आसानी से विपरीत दिशा में चल सकते हैं। वे स्वच्छ माध्यम के रिजर्वोयर तक जल्दी पहुंच जाएंगे जब तक तरल मार्ग को वायु द्वारा अवरोधित न किया जाए, जिसमें माध्यम वायु के माध्यम से बूँदों के रूप में गिरता है।

प्रत्येक दोष को ठीक करने के निरंतर प्रयास से मूल केमोस्टैट पर काफी नियमित रूप से बदलाव होते हैं। साहित्य में उदाहरण असंख्य हैं।

  • फोमिंग को दबाने के लिए एंटीफोमिंग एजेंटों का उपयोग किया जाता है।
  • उत्तेजना और वातन धीरे-धीरे किया जा सकता है।
  • दीवार की वृद्धि को कम करने के लिए कई उपाय अपनाए गए हैं[20][21]
  • विभिन्न अनुप्रयोग मिश्रण के लिए पैडल, बुदबुदाहट या अन्य तंत्र का उपयोग करते हैं।[22]
  • छोटी बूंदों और बड़े बर्तन के आयतन के साथ टपकन को कम कठोर बनाया जा सकता है
  • अनेक सुधार संदूषण के ख़तरे को लक्षित करते हैं

प्रायोगिक डिजाइन विचार

पैरामीटर पसंद और सेटअप

[23]
  • केमोस्टेट में सीमित सब्सट्रेट की स्थिर अवस्था सांद्रता प्रवाह सांद्रता से स्वतंत्र होती है। प्रवाह सांद्रता कोशिका सांद्रता को प्रभावित करेगी और इस प्रकार स्थिर अवस्था OD को प्रभावित करेगी।
  • यद्यपि चेमोस्टैट में सीमित पदार्थ की अधिकांश समय सीमित होती है और इसे अलग-अलग अधिक संकुचित प्रवाहित पल्स द्वारा बनाए रखा जाता है, लेकिन व्यवहार में चेमोस्टैट के भीतर पदार्थ की यादृच्छिक परिवर्तन बहुत कम होता है (कुछ प्रतिशत या उससे भी कम) और इसलिए इसे क्वासी-स्थिर स्थिति के रूप में देखा जा सकता है।
  • कोशिका घनत्व (OD) को एक स्थिर-अवस्था मान (ओवरशूट/अंडरशूट) में परिवर्तित होने में लगने वाला समय अक्सर लंबा होगा (एकाधिक केमोस्टेट टर्नओवर), खासकर जब प्रारंभिक इनोकुलम बड़ा होता है। लेकिन, उचित पैरामीटर विकल्प के साथ समय को कम किया जा सकता है।

स्थिर राज्य विकास

[23]
  • एक केमोस्टेट स्थिर अवस्था में प्रतीत हो सकता है, लेकिन उत्परिवर्ती तनाव का अधिग्रहण लगातार हो सकता है, भले ही वे ओडी या उत्पाद सांद्रता जैसे मैक्रो स्केल मापदंडों की निगरानी द्वारा पता लगाने योग्य नहीं हैं।
  • सीमित सब्सट्रेट आमतौर पर इतनी कम सांद्रता पर होता है कि इसका पता नहीं चल पाता है। परिणामस्वरूप, सीमित सब्सट्रेट की सांद्रता समय के साथ (प्रतिशत-वार) बहुत भिन्न हो सकती है क्योंकि विभिन्न उपभेद आबादी पर कब्जा कर लेते हैं, भले ही ओडी में परिणामी परिवर्तन पता लगाने के लिए बहुत छोटे हों।
  • सीमित परिस्थितियों में बढ़ी हुई फिटनेस के साथ उत्परिवर्ती तनाव के लिए एक "स्पंदित" केमोस्टेट (बहुत बड़े प्रवाह वाले दालों के साथ) में एक मानक अर्ध-निरंतर केमोस्टेट की तुलना में काफी कम चयनात्मक क्षमता होती है।
  • सब्सट्रेट सांद्रता को सीमित करने वाले प्रवाह को अचानक कम करने से कोशिकाओं को अस्थायी रूप से अपेक्षाकृत कठोर परिस्थितियों में अधीन करना संभव है, जब तक कि केमोस्टेट स्थिर स्थिति में वापस स्थिर न हो जाए (कमजोर पड़ने की दर डी के समय क्रम पर)।

उत्परिवर्तन

[23]
  • कुछ प्रकार के उत्परिवर्ती उपभेद तेजी से दिखाई देंगे:
    • यदि कोई एसएनपी है जो फिटनेस बढ़ा सकता है, तो इसे केवल कुछ केमोस्टैट दोहरीकरण के बाद आबादी में दिखाई देना चाहिए, विशेष रूप से बड़े केमोस्टैट्स (उदाहरण के लिए 10^11 ई. कोलाई कोशिकाओं) के लिए।
    • एक स्ट्रेन जिसके लिए दो विशिष्ट एसएनपी की आवश्यकता होती है, जहां केवल उनका संयोजन एक फिटनेस लाभ देता है (जबकि प्रत्येक अलग से तटस्थ होता है), केवल तभी प्रकट होने की संभावना होती है जब प्रत्येक एसएनपी के लिए लक्ष्य आकार (विभिन्न एसएनपी स्थानों की संख्या जो एक लाभप्रद उत्परिवर्तन को जन्म देती है) बहुत बड़ी है।
  • अन्य प्रकार के उत्परिवर्ती उपभेदों (जैसे छोटे लक्ष्य आकार वाले दो एसएनपी, अधिक एसएनपी या छोटे केमोस्टैट्स) के प्रकट होने की अत्यधिक संभावना नहीं है।
    • इन अन्य उत्परिवर्तनों की अपेक्षा केवल फिटनेस लाभ के साथ उत्परिवर्ती के क्रमिक स्वीप के माध्यम से की जाती है। कोई केवल तभी एकाधिक उत्परिवर्ती उत्पन्न होने की उम्मीद कर सकता है यदि प्रत्येक उत्परिवर्तन स्वतंत्र रूप से फायदेमंद हो, और ऐसे मामलों में नहीं जहां उत्परिवर्तन व्यक्तिगत रूप से तटस्थ हों लेकिन एक साथ फायदेमंद हों। केमोस्टेट में विकास को आगे बढ़ाने के लिए क्रमिक अधिग्रहण ही एकमात्र विश्वसनीय तरीका है।
  • प्रतीत होने वाला चरम परिदृश्य जहां हमें केमोस्टेट में कम से कम एक बार सह-अस्तित्व के लिए हर संभव एकल एसएनपी की आवश्यकता होती है, वास्तव में काफी संभावना है। एक बड़े केमोस्टेट के इस अवस्था तक पहुंचने की बहुत संभावना है।
  • एक बड़े केमोस्टेट के लिए एक लाभप्रद उत्परिवर्तन होने तक अपेक्षित समय केमोस्टेट टर्नओवर समय के क्रम पर होता है। ध्यान दें, यह आमतौर पर केमोस्टेट आबादी पर लाभकारी तनाव के कब्ज़ा करने के समय की तुलना में काफी कम है। एक छोटे केमोस्टेट में ऐसा जरूरी नहीं है।
  • उपरोक्त बिंदु अलग-अलग अलैंगिक प्रजनन प्रजातियों (ई. कोली, एस. सेरेविसिया, आदि) में समान होने की उम्मीद है।
  • इसके अलावा, उत्परिवर्तन प्रकट होने तक का समय जीनोम आकार से स्वतंत्र है, लेकिन प्रति-बीपी उत्परिवर्तन दर पर निर्भर है।
  • विशेष रूप से बड़े केमोस्टैट्स के लिए, एक हाइपर-म्यूटेटिंग स्ट्रेन वारंट उपयोग के लिए पर्याप्त लाभ नहीं देता है। इसके अलावा, इसमें इतना चयनात्मक लाभ नहीं है कि हमेशा यादृच्छिक उत्परिवर्तन के माध्यम से प्रकट होने और कीमोस्टेट पर कब्जा करने की उम्मीद की जा सके।

एकल अधिग्रहण

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  • प्रासंगिक तनाव मापदंडों को देखते हुए अधिग्रहण समय का अनुमान लगाया जा सकता है।
  • यदि ऐसा कोई तनाव मौजूद है, तो अलग-अलग कमजोर पड़ने की दरें केमोस्टेट आबादी पर कब्जा करने के लिए अलग-अलग उत्परिवर्ती उपभेदों का चयनात्मक रूप से पक्ष लेती हैं। उदाहरण के लिए:
    • तेजी से कमजोर पड़ने की दर अधिकतम वृद्धि दर के साथ उत्परिवर्ती तनाव के लिए चयन दबाव बनाती है;
    • एक मध्य-श्रेणी कमजोर पड़ने की दर सीमित सब्सट्रेट के साथ उच्च संबंध के साथ एक उत्परिवर्ती तनाव के लिए चयन दबाव बनाती है;
    • धीमी गति से कमजोर पड़ने की दर एक उत्परिवर्ती तनाव के लिए चयन दबाव बनाती है जो मीडिया में बिना किसी सीमित सब्सट्रेट के बढ़ सकती है (संभवतः मीडिया में मौजूद एक अलग सब्सट्रेट का उपभोग करके);
  • एक बेहतर उत्परिवर्ती के अधिग्रहण का समय विभिन्न ऑपरेशन मापदंडों में काफी स्थिर होगा। विशिष्ट ऑपरेशन मानों के लिए समय लेने का समय दिनों से लेकर सप्ताहों के क्रम पर होता है।

लगातार अधिग्रहण

[23]
  • जब सही परिस्थितियां होती हैं (काफी बड़ी जनसंख्या और सरल लाभकारी म्यूटेशनों के लिए जीनोम में कई लक्ष्य हों), तो अपेक्षित है कि विभिन्न स्ट्रेन्स संभवतः क्रमिक रूप से पॉपुलेशन को कब्जे में लेंगे, और यह अपेक्षित है कि इसे एक निर्धारित समय और रैसिंग ढंग से करेंगे। इसका समय म्यूटेशन के प्रकार पर निर्भर करता है।
  • एक टेकओवर सफलता क्रम में, यदि प्रत्येक स्ट्रेन का चयनात्मक सुधार स्थायी रहता है (उदाहरण के लिए, प्रत्येक नया स्ट्रेन पिछले स्ट्रेन से एक स्थायी गुणक के द्वारा बेहतर है) - टेकओवर दर स्थायी रूप से नहीं रहती है, बल्कि स्ट्रेन से स्ट्रेन धीरे-धीरे कम होती है।
  • हालांकि, कुछ ऐसे मामले होते हैं जहां लगातार टेकओवर इतनी तेजी से होते हैं कि विभिन्न स्ट्रेन्स को अलील फ्रिक्वेंसी की जांच करते समय भी अभेद्य बना देना बहुत मुश्किल होता है। इसलिए, कुछ स्थितियों में, एक लाइनेज़ के कई टेकओवर्स को लगातार संयुक्त स्ट्रेन्स के टेकओवर के रूप में देखा जा सकता है, जिसमें कई म्यूटेशनों की एक समूह के साथ एकल स्ट्रेन का टेकओवर प्रतीत होता है।

विविधताएं

चेमोस्टैट से टर्बिडोस्टेट, ऑक्सोस्टैट और रिटेंटोस्टैट संबंधित रहते हैं। रिटेंटोस्टैट में भी, कल्चर लिक्विड बायोरिएक्टर से निकाला जाता है, लेकिन एक फिल्टर जीवनसमर्थन के लिए जीव-शारीरिक सामग्री को रोकता है। इस मामले में, जीव-शारीरिक सामग्री की दर बढ़ती है जब तक जीवनसमर्थन के लिए पोषक तत्व की आवश्यकता प्रतिबंधित पोषक तत्व की मात्रा से बराबर हो जाती है।

यह भी देखें

संदर्भ

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बाहरी संबंध

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  3. A final thesis including mathematical models of the chemostat and other bioreactors
  4. A page about one laboratory chemostat design
  5. Comprehensive chemostat manual (Dunham lab). Procedures and principles are general.
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