Identificación de la dinámica de crecimiento microbiano en lote en mini-biorreactores Chi.Bio
DOI:
https://doi.org/10.17979/ja-cea.2026.47.13884Palabras clave:
Sistema de identificación, Estimación de parámetros, Bioprocesos, Sistemas biológicos, Sistemas no linealesResumen
El trabajo presenta la identificación de la dinámica de crecimiento microbiano en experimentos en lote realizados en minibiorreactores Chi.Bio. El objetivo es estimar los parámetros de un modelo no lineal sencillo que describe el crecimiento de una población microbiana que consume glucosa como sustrato limitante. Las medidas de densidad óptica se convierten en concentración de biomasa mediante una calibración basada en el número equivalente de partículas y la masa seca celular. Se ajusta un modelo de crecimiento tipo Monod, que incluye una concentración máxima efectiva de biomasa, utilizando experimentos realizados con diferentes concentraciones iniciales de glucosa. Los parámetros del modelo se estiman minimizando el error entre las trayectorias experimentales de biomasa y las respuestas simuladas del modelo. El modelo ajustado reproduce adecuadamente las curvas de crecimiento, alcanzando un valor de R2= 0.981 y un RMSE global de 0.045 g/L. La metodología propuesta permite obtener un modelo dinámico compacto del crecimiento microbiano en lote a partir de medidas obtenidas.
Referencias
Beal, J., Farny, N. G., Haddock-Angelli, T., Selvarajah, V., Baldwin, G. S., Buckley-Taylor, R., Gershater, M., Kiga, D., Marken, J., Sanchania, V., Sison, A., Workman, C. T., the iGEM Interlab Study Contributors, 2020. Robust estimation of bacterial cell count from optical density. Communications Biology 3, 512. DOI: 10.1038/s42003-020-01127-5
Beal, J., Telmer, C. A., Vignoni, A., Boada, Y., Baldwin, G. S., Hallett, L., Lee, T., Selvarajah, V., Billerbeck, S., Brown, B., et al., 2022. Multicolor plate reader fluorescence calibration. Synthetic Biology 7 (1), ysac010.
Boada, Y., Vignoni, A., Alarcon-Ruiz, I., Andreu-Vilarroig, C., Monfort-Llorens, R., Requena, A., Picó, J., 2019. Characterization of gene circuit parts based on multiobjective optimization by using standard calibrated measurements. ChemBioChem 20 (20), 2653–2665.
Denton, M. C., Murphy, N. P., Norton-Baker, B., Lua, M., Steel, H., Beckham, G. T., 2024. Integration of ph control into chi. bio reactors and demonstration with small-scale enzymatic poly (ethylene terephthalate) hydrolysis. Biochemistry 63 (13), 1599–1607.
Díaz-Iza, H. J., Arboleda-Garc´ıa, A., Boada, Y., Vignoni, A., Picó, J., 2025. Standard calibration and on-line estimation of cell-specific growth and protein synthesis rates in chi. bio mini-bioreactors. Applied Sciences 15 (13), 7442.
Fiore, D., Della Rossa, F., Guarino, A., di Bernardo, M., 2021. Feedback ratiometric control of two microbial populations in a single chemostat. IEEE Control Systems Letters 6, 800–805.
Hemmerich, J., Noack, S., Wiechert, W., Oldiges, M., 2018. Microbioreactor systems for accelerated bioprocess development. Biotechnology Journal 13 (4), 1700141. URL: https://analyticalsciencejournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/biot.201700141 DOI: https://doi.org/10.1002/biot.201700141
Keasling, J., Garcia Martin, H., Lee, T. S., Mukhopadhyay, A., Singer, S. W.,Sundstrom, E., 2021. Microbial production of advanced biofuels. Nature Reviews Microbiology 19 (11), 701–715.
Liao, Q., Chang, J.-s., Herrmann, C., Xia, A., 2018. Bioreactors for microbial biomass and energy conversion. Springer.
Monod, J., 1949. The growth of bacterial cultures. Annual Review of Microbiology 3 (1), 371–394.
Neidhardt, F. C. (Ed.), 1996. Escherichia coli and Salmonella: Cellular and Molecular Biology. ASM Press, Washington, DC.
Palladino, F., Marcelino, P. R. F., Schlogl, A. E., José, Á . H. M., Rodrigues, R. d. C. L. B., Fabrino, D. L., Santos, I. J. B., Rosa, C. A., 2024. Bioreactors: Applications and innovations for a sustainable and healthy future—a critical review. Applied Sciences 14 (20). URL: https://www.mdpi.com/2076-3417/14/20/9346 DOI: 10.3390/app14209346
Steel, H., Habgood, R., Kelly, C. L., Papachristodoulou, A., 07 2020. In situ characterisation and manipulation of biological systems with chi.bio. PLOS Biology 18 (7), 1–12. DOI: 10.1371/journal.pbio.3000794
Descargas
Publicado
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2026 Tancredi Rino, Andrés Arboleda-García, Yadira Boada, Davide Fiore, Alejandro Vignoni

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.