Vi-CELL vs MS4 - Raport porównawczy analizy komórek drożdży Saccharomyces cerevisiae na dwóch analizatorach

Laboratorium aplikacyjne
ITS SCIENCE.

Saccharomyces cerevisiae to organizmy jednokomórkowe, składają się z pojedynczych komórek wielkości kilku mikrometrów. To drożdże znane głównie z ich zdolności do fermentacji - procesu, w którym przekształcają cukry w alkohol i dwutlenek węgla. Nazywane są często drożdżami piwowarskimi lub chlebowymi, ponieważ ten gatunek drożdży od wieków jest wykorzystywany przez ludzi do wytwarzania piwa, wina i pieczywa. Ich zdolność do fermentacji jest również wykorzystywana w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym.

Te drożdże są także popularnym modelem w badaniach naukowych, szczególnie w biologii komórkowej i genetyce. Ich prosty cykl życia oraz oraz fakt, że są organizmami eukariotycznymi, czynią je użytecznymi dla naukowców do zrozumienia podstawowych procesów biologicznych.

Analiza

Wykonano analizę porównawczą komórek drożdży na analizatorach marki Beckman Coulter: Vi-CELL BLU oraz Multisizer 4e. Dzięki przeprowadzonym badaniom otrzymano informację o żywotności komórek oraz dane o szczegółowej liczbie i wielkości cząstek.

Żywotność komórek drożdży, takich jak Saccharomyces cerevisiae, ma istotne znaczenie w kontekście wielu dziedzin, w tym w przemyśle spożywczym, badaniach naukowych oraz produkcji przemysłowej.

1. Produkcja żywności: W przemyśle spożywczym, żywotność komórek drożdży ma kluczowe znaczenie podczas fermentacji. Im dłuższa żywotność, tym więcej czasu komórki drożdży będą mogły przekształcać cukry w alkohol i dwutlenek węgla, co jest istotne w produkcji piwa, wina czy chleba.
2. Badania naukowe: W badaniach naukowych, zwłaszcza w biologii komórkowej i genetyce, istotne jest zachowanie żywotności komórek. Wiele eksperymentów wymaga stabilności i aktywności komórek drożdży, by badać różne procesy biologiczne, replikację DNA, ekspresję genów itp.
3. Przemysł farmaceutyczny i biotechnologiczny: W tych dziedzinach, gdzie komórki drożdży są wykorzystywane do produkcji leków, białek czy innych związków, żywotność ma duże znaczenie. Im dłużej komórki pozostają aktywne i produkują oczekiwane substancje, tym efektywniejszy jest cały proces produkcyjny.
4. Inżynieria metaboliczna: Optymalizacja żywotności komórek jest również kluczowa w inżynierii metabolicznej, gdzie celuje się w modyfikację drożdży, aby zwiększyć ich wydajność w produkcji określonych związków chemicznych, biopaliw czy też leków.
5. Zastosowania bioenergetyczne: W przypadku badań nad bioenergetyką, żywotność komórek drożdży jest istotna, ponieważ umożliwia badanie procesów energetycznych zachodzących w komórkach, takich jak oddychanie komórkowe czy fermentacja.

Wszystkie te obszary wykorzystania drożdży wymagają długotrwałej i stabilnej żywotności komórek, by osiągnąć zamierzone cele w danym procesie produkcyjnym, badawczym czy inżynieryjnym.

Rozkład wielkości cząstek drożdży odgrywa istotną rolę w różnych procesach, zarówno w przemyśle spożywczym, jak i badaniach naukowych.

1. Produkcja żywności: W przemyśle spożywczym, zwłaszcza podczas produkcji chleba i wyrobu piwa, rozmiar cząstek drożdży może wpływać na konsystencję, teksturę i smak produktów. Drożdże o różnych rozmiarach mogą wpływać na tempo fermentacji, co z kolei może wpływać na ostateczne właściwości produktu.
2. Badania naukowe: W badaniach naukowych rozmiar cząstek drożdży może mieć znaczenie dla różnych aspektów biologii komórkowej i fizjologii. Rozmiar może wpływać na szybkość dyfuzji związków chemicznych do wnętrza komórki, wpływając tym samym na tempo różnych procesów wewnątrzkomórkowych.
3. Skuteczność produkcji: W inżynierii metabolicznej, gdzie wykorzystuje się drożdże do produkcji różnych substancji, rozmiar cząstek może wpływać na wydajność produkcji. Cząstki o określonym rozmiarze mogą mieć optymalne warunki do wydajnej produkcji związków chemicznych.
4. Stabilność fermentacji: Rozkład wielkości cząstek może również wpływać na stabilność fermentacji. Cząstki o zbliżonych rozmiarach mogą wykazywać bardziej jednorodne tempo i sposób działania podczas fermentacji.

Kontrolowanie rozkładu wielkości cząstek drożdży może być istotne w celu osiągnięcia określonych właściwości produktów żywnościowych, optymalizacji procesów produkcyjnych oraz zrozumienia różnych procesów biologicznych zachodzących wewnątrz komórek drożdży.

Analizator Vi-CELL BLU to urządzenie laboratoryjne używane do automatycznego oceniania liczby komórek, ich żywotności i innych parametrów. Wykorzystuje metodę barwienia błękitem trypanu do oceny żywotności komórek, proces ten jest zautomatyzowany i komputerowo analizowany.

Multisizer 4e to wszechstronny analizator określający liczbę i rozmiar cząstek w zakresie od 0,2 μm do 1600 μm. Jego wysoka rozdzielczość i dokładność sprawiają, że jest idealnym narzędziem do zastosowań przemysłowych i biologicznych oraz w pracach badawczo-rozwojowych. Zasada Coultera® – najdokładniejsza technologia liczenia cząstek, potwierdzona w ponad 6000 publikacji i komunikatów naukowych.

Wyniki analiz

Vi-CELL BLU

Przygotowanie próbki

Drożdże instant wymieszano w zlewce z wodą, następnie uzupełnioną próbką fiolkę do badań o pojemności 2,5 ml umieszczono w automatycznym podajniku próbek.

 Tabela 1. Wyniki pomiaru uzyskane z analizatora Vi-CELL BLU.

Wykres 1. Wyniki rozkładu wielkości cząstek uzyskane z analizatora Vi-CELL BLU.

Zdjęcie 1. Proces pączkowania uchwycony na jednym ze zdjęć Vi-CELLA BLU.

Zdjęcie 2. Obraz z analizatora Vi-CELL BLU - komórki żywe (kolor zielony)
oraz martwe (kolor czerwony).

Multisizer 4e

Drożdże instant wymieszano w zlewce z wodą, następnie za pomocą pipety odmierzono 0,25 ml próbki i dodano do kuwetki uzupełnionej do 20 ml elektrolitem. Do analizy w liczniku Coultera wykorzystana była apertura wielkości 100 µm.

Apertura to wielkość szczeliny, przez którą przechodzi pojedyncza komórka lub cząstka podczas pomiaru. Rozmiar apertury to rozmiar otworu umożliwiającego przepływ cząstek.

Zdjęcie 3. Schemat procesu pączkowania drożdży.

Wykres 2. Rozkład wielkości cząstek drożdży uzyskany z analizatora Multisizer 4e.

Tabela 2. Wyniki pomiaru uzyskane z analizatora Multisizer 4e.

Podsumowanie

Uzyskany z licznika Coultera średni rozmiar cząstek drożdży to 4,357 μm. Wartością, która w zebranych danych statystycznych pojawia się najczęściej, to 3,971 μm. Na szczegółowym wykresie rozkładu wielkości cząstek ponadto uwidoczniony jest proces pączkowania drożdży (drugi pik od ok. 5 μm). Proces pączkowania również jest możliwy do zaobserwowania na niektórych zdjęciach z analizatora Vi-CEll BLU. Średnia wielkość cząstek określona przez Vi-CELL to 5,48 μm. Analizator ten dokonuje pomiaru wielkości na podstawie analizy zdjęć mikroskopowych. Licznik Coultera określa wielkość dokładniej, po objętości, stąd wynikają różnice w pomiarze. Należy przy tym dodać, że analizator liczby i żywotności komórek dedykowany jest głównie do określenia żywotności komórek i posługuje się zupełnie inną technologią pomiarową niż Multisizer 4e.

Uzyskano bardzo podobne zliczenie cząstek na 1 ml objętości próbki, w przypadku Vi-Cella to 21.3 x 10⁶ cząstek na ml, natomiast w przypadku Multisizera: 23.43 x 10⁶.

Wykresy rozkładu wielkości cząstek uzyskane z obydwóch analizatorów są podobne, natomiast wykres uzyskany z licznika Coultera jest znacznie bardziej dokładny, co wynika z zastosowanej technologii.

Vi-CELL BLU określił żywotność drożdży w próbce na poziomie 60,4%.

Obie metody analizy uzupełniają się nawzajem, dając szerokie spektrum informacji o próbce. Podczas gdy analizator Multisizer 4e w bardzo szczegółowy sposób dostarcza informacji o rzeczywistym, objętościowym rozmiarze cząstek, Vi-CELL BLU generuje dodatkowo dane o dokładnej liczbie żywych i martwych komórek.

Więcej informacji na temat Vi-CELL Blu i Multisizer 4e pod linkami:

• Analizator liczby i żywotności komórek Vi-CELL Blu,
• Analizator rozmiaru i liczby cząstek Multisizer 4e,
• Raport porównawczy analizy komórek drożdży Saccharomyces cerevisiae na dwóch analizatorach.