用于微藻的选择性生物反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种生物反应器，其包含光源(200)；面向所述光源的光传感器(300)；以及设置在光源(200)和光传感器(300)之间的旨在接收包含光合微生物的细胞培养物的培养基的槽(100)；连接至光传感器(300)以在工作周期期间控制槽(100)处于在培养基中的选定的细胞培养物浓度(xi)的控制器(400)，所述光源(200)能够在槽(100)的方向上发射具有输入光强度(Iin)的入射光(L)，并且所述光传感器(300)能够测量输出光强度(Iout)以及向该控制器传送与该强度(Iout)相关的数据以用于控制该槽；以及光源(200)的控制系统(500)，该控制系统被设置以在小于或等于所述工作周期的时间周期期间将输入光强度(Iin)调节为使得能够在至少一些所述光合微生物中诱导细胞应激的设定值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于微藻的选择性生物反应器
本专利技术涉及用于选择微藻株系的生物反应器。本专利技术还涉及用于选择微藻株系的方法。
技术介绍
存在原核以及真核光合微生物，这些光合微生物合在一起构成术语“微藻”。原核光合微生物以蓝藻细菌(有时被称作“蓝绿藻”)为代表。真核光合微生物以众多的类别为代表，其中可提及绿藻纲(chlorophycées)、硅藻(diatomées)、金藻纲(chrysophycées)、颗石纲(coccolithophycées)、裸藻纲(euglénophycées)以及红藻纲(rhodopycées)。通常而言，微藻细胞的尺寸在1μm和100μm之间。目前的估计表明存在超过一百万物种的微藻，其中几万个物种被编入了目录。微藻是普遍存在的并且它们被同样地发现于淡水、半咸水和海水中。微藻的生产是快速增长的行业。这是因为微藻合成大量具有不同性质的产品，其中可提及蛋白质、抗氧化剂、色素以及长链多不饱和脂肪酸DHA(二十二碳六烯酸)和EPA(二十碳五烯酸)。因而，微藻在多个
中有应用，并且尤其在化妆品工业、制药工业、水产养殖、功能性食品或者食品补充剂中有应用。微藻还用于生物能的生产。微藻具有捕获光能的能力以在能量分子中从二氧化碳(CO2)固定和代谢无机碳。微藻与CO2的结合以及微藻常常富含糖或者油的事实意味着微藻在生物燃料的生产中具有很大益处。这种结合也是微藻所具有的净化性能的来源。微藻是光合物种。微藻的细胞需要光以增殖。微藻可使用自然光(太阳光)或者人工光培养。存在培养池(也被称作“跑道”池)类型的开放培养系统，以及例如间歇式生物反应器、补料分批生物反应器或连续式生物反应器的封闭培养系统。通常而言，所有的培养系统具有旨在接收包含营养素的培养基的槽。微藻分散于培养基中并且接收光。连续式生物反应器具有的优点在于具有与控制器相关联的用于培养基的输入和输出。控制器使得能够连续地控制槽在一个工作周期期间处于在培养基中的选定的微藻浓度。在开放或者封闭培养系统中，光主要被接近光源的细胞吸收。当微藻密度高时，大部分的光不能深入地穿透槽。因此，在槽中深度处的微藻位于黑暗中并且不能合适地增殖。该培养系统具有接近光源的细胞的过度曝光的问题以及在培养基中位于深度处的细胞的曝光不足的问题。这种在培养系统内的光梯度限制了微藻的生产。现有技术提出了一种在于基因修饰微藻的方法。该方法包括减少集光复合物(叶绿素分子)的尺寸或者数目和/或改进在微藻的不同色素(尤其是叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c、类胡萝卜素和其它色素)之间的比，以使得它们更加透明。文献WO2014/089533公开了具有减少的集光复合物的突变的微藻。在该方法中，每一个微藻细胞捕获少量的光，使得光能够深入地穿透槽。位于距离光源最远区域的细胞因此遮蔽较少。然而，该方法需要复杂且昂贵的基因工程方法或者突变选择方法，例如通过紫外线或γ辐照的化学诱变或者处理。此外，该培养系统仅包含单一类型的突变体：这些是微藻单一培养物。单一培养物是不太稳健的，尤其当遭遇工业生产条件时。现有技术还提出了在于选择富含用在生物燃料生产中的成分的微藻株系的方法。文献WO2013/012329公开了用于选择具有提高的储存用于生产生物燃料的成分的能力的微藻的方法。在该方法中，不同的微藻株系的培养物经受营养应激。只有能够储存高密度营养素的株系在这种应激下存活。这种株系在上文所述的培养系统中被收集和培养。与光梯度相关的问题仍然存在。
技术实现思路
本专利技术将改善这种情况。为此，本专利技术将引入一种生物反应器，其包含光源；面向所述光源的光传感器；以及设置在该光源和该光传感器之间的旨在接收包含光合微生物的细胞培养物的培养基的槽；连接至该光传感器以在工作周期期间控制槽处于在培养基中的选定的细胞培养物浓度的控制器，所述光源能够在槽的方向上发射具有输入光强度的入射光，并且该光传感器能够测量输出光强度以及向该控制器传送与该强度相关的数据以用于控制该槽；以及光源的控制系统，该控制系统被设置以在小于或等于所述工作周期的时间周期期间将该输入光强度调节为使得能够在至少一些所述光合微生物中诱导细胞应激的设定值。该设定值可大于或等于500μmol量子/m2·s。其优选大于或等于800μmol量子/m2·s。在培养基中的选定的细胞培养物浓度(xi)可在0.001g/l和10g/l之间。根据一种实施方案，在培养基中的选定的细胞培养物浓度(xi)在0.001g/l和0.1g/l之间，优选在0.05g/l和0.1g/l之间。该控制系统可被设置以将光调节为处于低于设定值的休眠值的输入光强度(Iin)，并且在该工作周期期间在该休眠值和该设定值之间转换。该控制系统可被设置以确定第一辐照周期，对于该第一辐照周期来说将光调节为处于休眠值的输入光强度(Iin)，和第二辐照周期，对于该第二辐照周期来说将光调节为该设定值，该第一辐照周期大于该第二辐照周期，并且被设置以应用相继的第一和第二辐照周期。该第一和第二辐照周期可被确定以便从该休眠值和该设定值计算的在该工作周期期间的输入光强度(Iin)的平均值小于或等于所述设定值的三分之一。在一种实施方案中，该第一辐照周期是该第二辐照周期的至少三倍。该控制系统可被设置以确定多个第一和第二辐照周期，在该多个第一和第二辐照周期期间，在每一个第一辐照周期期间将光调节为处于该休眠值的输入光强度(Iin)并且在每一个第二辐照周期期间将光调节为处于该设定值的输入光强度(Iin)。该控制系统可被设置以确定在每一个第二辐照周期的该设定值。在另一实施方案中，在培养基中的选定的细胞培养物浓度(xi)在0.1g/l和10g/l之间，优选在1g/l和10g/l之间。在该实施方案中，该控制系统可被设置以维持输入光强度(Iin)在该设定值以便输出光强度(Iout)在小于或等于该工作周期的时间周期期间基本上恒定。本专利技术还涉及用于选择光合微生物的方法，包括以下步骤：1.提供生物反应器，其包含光源，以及面向该光源设置的旨在接收包含光合微生物的细胞培养物的培养基的槽(cuve)，所述光源能够在槽的方向上发射具有输入光强度Iin的光，2.用培养基填充该槽；3.用由光合微生物构成的细胞培养物接种该培养基；4.在工作周期期间控制该槽处于在培养基中的选定的细胞培养物浓度xi；5.将输入光强度Iin调节为使得能够在至少一些所述光合微生物中诱导细胞应激的设定值；6.在小于或等于所述工作周期的时间周期期间维持输入光强度Iin处于该设定值以便引起至少一部分的所述光合微生物的细胞降解以及由此选择具有提高的耐受光抑制性的光合微生物；以及7.从所述培养基收集具有提高的耐受光抑制性的光合微生物。当培养基包含由超过75％、优选超过90％、甚至更优选基本上100％的具有提高的耐受光抑制性的微生物构成的光合微生物的细胞培养物时，可进行在步骤7.的收集。在一种实施方案中，该方法实施步骤5.和6.的相继重复，直到获得由具有提高的耐受光抑制性的微生物构成的光合微生物的细胞培养物。本专利技术方法的步骤6.可包括以下子步骤：6a.在小于所述工作周期的时间周期期间将光调节为具有处于低于该设定值的休眠值的输入光强度(Iin)；6b.在小于所述工作周期的时间周期期间维持输入光强度(Iin)处于该休眠值；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.生物反应器，其特征在于：其包含光源(200)；面向所述光源的光传感器(300)；以及设置在光源(200)和光传感器(300)之间的旨在接收包含光合微生物的细胞培养物的培养基的槽(100)；连接至光传感器(300)以在工作周期期间控制槽(100)处于在培养基中的选定的细胞培养物浓度(xi)的控制器(400)，所述光源(200)能够在槽(100)的方向上发射具有输入光强度(Iin)的入射光(L)，并且所述光传感器(300)能够测量输出光强度(Iout)以及向该控制器传送与该强度(Iout)相关的数据以用于控制该槽；以及光源(200)的控制系统(500)，该控制系统被设置以在小于或等于所述工作周期的时间周期期间将输入光强度(Iin)调节为使得能够在至少一些所述光合微生物中诱导细胞应激的设定值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.04 FR 16529331.生物反应器，其特征在于：其包含光源(200)；面向所述光源的光传感器(300)；以及设置在光源(200)和光传感器(300)之间的旨在接收包含光合微生物的细胞培养物的培养基的槽(100)；连接至光传感器(300)以在工作周期期间控制槽(100)处于在培养基中的选定的细胞培养物浓度(xi)的控制器(400)，所述光源(200)能够在槽(100)的方向上发射具有输入光强度(Iin)的入射光(L)，并且所述光传感器(300)能够测量输出光强度(Iout)以及向该控制器传送与该强度(Iout)相关的数据以用于控制该槽；以及光源(200)的控制系统(500)，该控制系统被设置以在小于或等于所述工作周期的时间周期期间将输入光强度(Iin)调节为使得能够在至少一些所述光合微生物中诱导细胞应激的设定值。2.根据权利要求1所述的生物反应器，其中该设定值大于或等于500μmol量子/m2·s，优选大于或等于800μmol量子/m2·s。3.根据前述权利要求之一所述的生物反应器，其中在培养基中的选定的细胞培养物浓度(xi)在0.001g/l和0.1g/l之间，优选在0.05g/l和0.1g/l之间。4.根据前述权利要求之一所述的生物反应器，其中该控制系统还被设置以将所述光调节为处于低于该设定值的休眠值的输入光强度(Iin)并且在该工作周期期间在该休眠值和该设定值之间转换。5.根据权利要求4所述的生物反应器，其中该控制系统还被设置以确定第一辐照周期，对于该第一辐照周期来说将光调节为处于该休眠值的输入光强度(Iin)，以及第二辐照周期，对于该第二辐照周期来说将光调节为该设定值，该第一辐照周期大于该第二辐照周期，并且被设置以应用相继的第一和第二辐照周期。6.根据权利要求5所述的生物反应器，其中所述第一和第二辐照周期被确定以便从该休眠值和该设定值计算的在该工作周期期间的输入光强度(Iin)的平均值小于或等于所述设定值的三分之一。7.根据权利要求5和6之一所述的生物反应器，其中该第一辐照周期是该第二辐照周期的至少三倍。8.根据权利要求5至7之一所述的生物反应器，其中该控制系统还被设置以确定多个第一和第二辐照周期，在该多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·麦雷特，O·伯纳德，H·博奈弗恩德，A·斯奇昂德拉，E·普鲁沃斯特，
申请(专利权)人：国家信息及自动化研究院，国家科研中心，
类型：发明
国别省市：法国,FR