Critical cell density (CCD), the maximum cell concentration without mutual shading in algal cultures, can be used as a new operating parameter for high-density algal cultures and for the application of the flashing light effect on illuminated algal cultures. CCD is a function of average cell volume and light illumination area. The CCD is thus proposed as an index of estimation of mutual shading in algal cultures. Where cell densities are below the CCD, all the cells in photobioreactors can undergo photosysnthesis at their maximum rate. At cell densities over CCD, mutual shading will occur and some cells in the illumination chamber cannot grow photoautotrophically. When the cell concentration is higher than the CCD, specific oxygen production rates under flashing light were higher than those under continuous light. The CCD was found to be a useful engineering parameter for the application of flashing light, particularly in high-density algal cultures.
The physiological characteristics of cultures of very high cell mass (e.g. 10g cell mass/L), termed“ultrahigh cell density cultures”is reviewed. A close relationship was found between the length of the optical path (OP) in flat-plate reactors and the optimal cell density of the culture as well as its areal (g m$\^$-2/ day$\^$-1/) productivity. Cell-growth inhibition (GI) unfolds as culture density surpasses a certain threshold. If it is constantly relieved, a 1.0cm OP reactor could produce ca. 50% more than reactors with longer OP, e.g. 5 or 10cm. This unique effect, discovered by Hu et al. [3], is explained in terms of the relationships between the frequency of the light-dark cycle (L-D cycle), cells undergo in their travel between the light and dark volumes in the reactor, and the turnover time of the photosynthetic center (PC). In long OP reactors (5cm and above) the L-D cycle time may be orders of magnitude longer than the PC turnover time, resulting in a light regime in which the cells are exposed along the L-D cycle, to long, wasteful dark periods. In contrast, in reactors with an OP of ca. 1.0 cm, the L-D cycle frequency approaches the PC turnover time resulting in a significant reduction of the wasteful dark exposure time, thereby inducing a surge in photosynthetic efficiency. Presently, the major difficulty in mass cultivation of ultrahigh-density culture (UHDC) concerns cell growth inhibition in the culture, the exact nature of which is awaiting detailed investigation.
Low efficiency in microalgal biomass production was largely attributed to the low density of algal cell cultures. Though mutations that reduced the level of chlorophyll or pigment content increased efficiency of photon usage and thus the cell-culture density under high-illumination growth conditions (e.g., >$500{\mu}mol\;photon\;m^{-2}\;s^{-1}$), it was unclear whether algae could increase cell-culture density under low-illumination conditions (e.g., ${\sim}50{\mu}mol\;photon\;m^{-2}\;s^{-1}$). To address this question, we performed forward genetic screening in Chlamydomonas reinhardtii. A pool of >1,000 insertional mutants was constructed and subjected to continuous subcultures in shaking flasks under low-illumination conditions. Complexity of restriction fragment length polymorphism (RFLP) pattern in cultures indicated the degree of heterogeneity of mutant populations. We showed that the levels of RFLP complexity decreased when cycles of subculture increased, suggesting that cultures were gradually populated by high cell-culture density (HCD) strains. Analysis of the 3 isolated HCD mutants after 30 cycles of subcultures confirmed that their maximal biomass production was 50-100% higher than that of wild type under low-illumination. Furthermore, levels of chlorophyll content in HCD mutant strains were similar to that of wild type. Inverse polymerase chain reaction analysis identified the locus of insertion in two of three HCD strains. Molecular and transcriptomic analyses suggested that two HCD mutants were a result of the gain-of-function phenotype, both linking to the abnormality of mitochondrial functions. Taken together, our results demonstrate that HCD strains can be obtained through continuous subcultures under low illumination conditions.
In the present study, the protective effects of Bcl-2 over-expression in a suspension culture (without any adaptation) and spent medium (low nutrient and high toxic metabolite conditions) were investigated. In the suspension culture without prior adaptation, the viability of the control cell line fall to 0% by day 7, whereas the Bcl-2 cell line had a viability of 65%. The difference in the viability and viable cell density between the Bcl-2 and control cell lines was more apparent in the suspension culture than the static culture, and became even more apparent on day 6. Fluorescence microscopic counting revealed that the major mechanism of cell death in the control cell line in both the static and suspension cultures was apoptosis. For the Bcl-2 cell lines, necrosis was the major mode of cell death in the static culture, but apoptosis became equally important in the suspension culture. When the NS0 6A1 cell line was cultured in spent medium taken from a 14 day batch culture, the control cell line almost completely lost its viability by day 5, whereas, the Bcl-2 still had a viability of 73%. The viable cell density and viability of the Bcl-2 cell line cultivated in fresh medium were 2.2 and 2.7 fold higher, respectively, than those of the control cultures. However, the viable cell density and viability of the Bcl-2 cultivated in the spent medium were 8.7 and 7.8 fold higher, respectively, than those of the control cultures. Most of the dead cells in the control cell line were apoptotic; whereas, the major cell death mechanisms in the Bcl-2 cell line were necrotic.
The co-expression of the arg U gene in a double-vector expression system of recombi-nant Escherichia coli BL22(DE3)[pET-IEN2a+pAC-argU] significantly enhanced the production level of reconminant human interferon -$\alpha$2a(rhIFN-$\alpha$2a) in high cell density cultures, compared to a recombinant E. coli culture containing only the single expression vector, pET-IEN2a. The dry cell mass concentration increased to almost 100 g/L, and more than 4 g/L of rhIFN-$\alpha$2a was accumu-lated in the culture broth. Evidently, the synthesis of rhIFN-$\alpha$2a was strongly dependent on the pre-induction growtih rate and more efficient at a higher specific growth rate. The additional sup-ply of tRN $A^{Arg(AGG/AGA)}$ enhanced the expression level of the rhIFN-$\alpha$2a gene in the early stage of the post-induction phase, yet thereafter the specific production rate of rhIFN-$\alpha$2a rapidly de-creased due to severe segregational instability of plasmid vector pET-IEN2a. It would appear that the plasmid instability with only occurred to pET-IEN2a in the double vector system, was re-lated to the effect of translational stress due to the over expression of rhIFN-$\alpha$2a.
Hideki Mochoda;Wang, Pi-Chao;Fr Jr. Nayve;Ryuji Sato;Minoru Harige;Nakao Nomura;Masatoshi Matsumura
Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
/
v.5
no.2
/
pp.110-117
/
2000
Relationship between monoclonal antibody (MAb) productivity and growth rate, and effects of high cell density on MAb production rate increased with increasing specifis growth rate in both suspended and immobilized continuous cultures indicate a positively growth-associated relationship between MAb productivity and growth rate. moreover, the specific production rate was higher in the immobilized cell culture than that in suspended one at all dilution rates. In order to clarify these phenomana, MAb mPNA experession and cell cycle distribution were investigated in bacth cultures with immobilized cells and suspended cells. RT-PCR was used for observation of MAb mRNA expression and a two-color bromodeoxyuridine (BrdU)/propidium iodide (PI) flow cytometry method for determination of cell cycle distribution. The results revealed that MAb nRNA expression until dead phase, which was longer than in suspended cell. The cell cycle distribution patterns were observed almost the same for both immobilized and suspended cells. Such results may imply that a high cell density state has positive influence on the mRNA expression and on growth-associated Mab productivity of T0405 cells.
A proper flashing light is expected to enhance microalgal biomass productivity and photosynthetic efficiency. The effect of flashing light on high-density Chlorella kessleri (UTEX 398) cultures was studied using light-emitting diodes. A frequency modulator was designed to flash LEDs, and the device successfully provided wide range of frequencies and various duty cycles of flashing. A relatively high frequencies of 10, 20 and 50 kHz were used in this study. These frequencies have very short flashing time ($2-50{\mu}s$), which corresponded to the time constant of the light reaction of photosynthesis. The specific oxygen production rates of photosynthesis under flashing light were compared with those under an equivalent continuous light in specially designed illumination cuvette. The specific oxygen production rates under flashing light were 5-25% higher than those under the continuous light. A range of cell concentration was discovered, where the benefit of flashing light was maximized. The photosynthetic efficiency was also higher under flashing light with frequencies of over 1 kHz, which was a clear indication of flashing light effect and the degree of mutual shading could by overcome by flashing lights, particularly at high-density algal cultures.
Effects of various environmental factors on cell size index(FCW/DCW) in Thalictrum rugosum. Lithospermum erythrorhizon and Taxus cuspidata plant cell suspension cultures were investigated. Time course change of cell size index were also observed. In batch cultures, FCW/DCW increased according to the decrease of sugar concentration. For short-term experiment within 24 hr, FCW/DCW value could be reduced significantly by increasing sugar concentration. When an osmoticum such as mannitol was added, FCW/DCW converged to a low value. Therefore, it was confirmed that osmolality of the medium was important in determining cell size or water content of the cells. Inorganic salts or treatment with organic solvent also exhibited some effect on the cell size index. However, pH and centrifugal force did not show any influences. On the other hand, it was found that the addition of Pluronic F-68 reduced FCW/DCW. By combining these results effectively, it may be possible to increase the cell concentration in high density culture to a higher extent.
Two low-salt complex media, bactopeptone and desalted yeast extract, were used for high density cultivation of the hyperthermophilic archaeon Sulfolobus solfataricus (DSM 1617). Bactopeptone, which has low mineral ion content among various complex media, was good for cell growth in batch cultures; the maximal cell density in bactopeptone was comparable to that in yeast extract. However, cell growth was rather poor when bactopeptone was added by the fed-batch procedure. Since several vitamins are deficient in abctopeptone, the effect of vitamins on cell growth was examined. Among the vitamins tested, pyridoxine was found to improve the growth rate of S. solfataricus. To reduce the growth inhibition caused by mineral ions, yeast extract was dialyzed against distilled water and then fed-batch cultures were carried out using a fed medium containing desalted yeast extract. Although the concentrations of mineral ions in yeast extract were significantly lowered by the dialysis whether low molecular weight solutes in yest extract are crucial for cell growth, we investigated the effect of trehalose, a most abundant compatible solute in yeast extract, on the growth pattern. Cell densities were increased and the length of the lag phase was markedly shortened by the presence of trehalose, indicating that trehalose plays an important role in the growth of S. solfataricus.
High cell density cultivation of microalga Dunaliella bardawil using nitrogen fed-batch cultures was studied in batch flask. Optimum environmental conditions include concentrated nutrients except NaCl and carbon sources, carbon sources, pH, light, agitation, nitrate and phosphate ions. Cell growth, consumption rates of nitrate and phosphate ions were monitored. Optimal conditions for higher cell density were found to be(in the range tested): 5 times concentrated media(1 times-10 times concentrated media) pH 8.0 (7.0-9.0) white light(blue and red light) 15mM of nitrate (0.94-15mM) 250mM $NaHCO_3$ and $CO_2$ gas. However, the addition of phosphate ions did not enhance the algal maximum cell density and specific growth rate. Nitrate was found to be effective for the cell growth. The maximum cell density of fed-batch culture using nitrate ions in $8.955{\times}106$cells/ml after 189hr incubation.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.