Zamrażanie i liofilizacja jako techniki utrwalania i przechowywania mikroorganizmów

• Autorzy: Monika Akimowicz , Barbara Sokołowska

Warianty tytułu

Freezing and Freeze-Drying as Techniques of Preserving and Storing Microorganisms

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

Zadaniem kolekcji kultur jest gromadzenie i przechowywanie mikroorganizmów w celu ochrony bioróżnorodności zasobów biologicznych. Działają one jako repozytoria szczepów do badań naukowych, dydaktyki, zastosowań przemysłowych oraz depozytów patentowych. W kolekcjach kultur mikroorganizmów prowadzi się także badania mające na celu identyfikację, charakterystykę i klasyfikację oraz poprawę właściwości użytkowych przechowywanych zasobów. Podczas przechowywania ważne jest zachowanie w stanie niezmienionym morfologii, aktywności enzymatycznej i materiału genetycznego mikroorganizmów, jak również zapewnienie ich wysokiej przeżywalności. Zgodnie z zaleceniami Światowej Federacji Kolekcji Kultur (WFCC, World Federation for Culture Collection) ze względów bezpieczeństwa i w celu zminimalizowania ryzyka utraty szczepów powinny być one przechowywane przy użyciu co najmniej dwóch różnych procedur. W niniejszej pracy przedstawiono zamrażanie i liofilizację jako techniki utrwalania i przechowywania mikroorganizmów najczęściej stosowane w kolekcjach. Opracowanie może być pomocne w doborze odpowiedniej techniki utrwalania, warunków prowadzenia procesu i przechowywania oraz ożywiania utrwalonych mikroorganizmów. (abstrakt oryginalny)

EN

The task of culture collections is to collect and store microorganisms in order to protect the biodiversity of biological resources. Culture collections function as strain repositories for the purpose of scientific research, teaching, industrial applications and patent deposits. Also, in the culture collections of microorganisms, research is conducted to identify, characterise, classify and improve functional properties of the resources stored. During storage it is important to keep the morphology, enzymatic activity and genetic material of those microorganisms unaltered and to ensure their high survival rate. For safety reasons and to minimise the risk of losing strains, it is recommended by the World Federation for Culture Collection (WFFCC) to use at least two various procedures for storing them. In the paper there are presented freezing and freeze-drying as techniques of preserving and storing microorganisms most frequently applied in collections. The article may be useful when selecting a suitable preservation technique, process and storage conditions, and an appropriate technique to revive the preserved microorganisms. (original abstract)

Słowa kluczowe

PL

Mikrobiologia; Jakość mikrobiologiczna; Przechowalnictwo

EN

Microbiology; Microbiological quality; Preservation

• Czasopismo: Żywność: nauka - technologia - jakość
• Rocznik: 28 (2021)
• Numer: nr 1 (126)
• Strony: 28--38

Twórcy

autor

Monika Akimowicz

• Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego im. prof. Wacława Dąbrowskiego - Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa

autor

Barbara Sokołowska

• Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego im. prof. Wacława Dąbrowskiego - Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa

Bibliografia

• [1] Abadias M., Benabarre A., Teixido N., Usall J., Vinas I.: Effect of freeze drying and protectants on viability of the biocontrol yeast Candida sake. Int. J. Food Microbiol., 2001, 65 (3), 173-182.
• [2] ATCC: Bacterial Culture Guide. [on line]. Dostęp w Internecie [07.02.2021]: https://www.lgcstandards-atcc.org/~/media/PDFs/Culture Guides/ATCC_Bacterial_Culture_ Guide.ashx
• [3] ATCC: Mycology Culture Guide. [on line]. Dostęp w Internecie [07.02.2021]: https://www.lgcstandards-atcc.org/~/media/PDFs/Culture Guides/Mycology_Guide.ashx
• [4] ATTC: Preservation and Recovery of Filamentous Fungi. [on line]. Dostęp w Internecie [07.02.2021]: https://www.atcc.org/~/media/PDFs/Technical Bulletins/ tb02.ashx
• [5] Bond C.: Freeze-drying of yeast cultures. In: Cryopreservation and Freeze-Drying Protocols. 2nd ed. Eds. J.G. Day, G.N. Stacey. Humana Press Inc., Totowa, New Jersey, 2007, pp. 99-108.
• [6] Breierová E., Kocková-Kratochvilová A.: Cryoprotective effects of yeast extracellular polysaccharides and glycoproteins. Cryobiology, 1992, 29 (3), 385-390.
• [7] Calcott P.H.: Cryopreservation of microorganisms. Crit. Rev. Biotechnol., 1986, 4 (3), 279-297.
• [8] Costa E., Usall J., Teixidó N., Garcia N., Viñas I.: Effect of protective agents, rehydration media and initial cell concentration on viability of Pantoea agglomerans strain CPA-2 subjected to freezedrying. J. Appl. Microbiol., 2000, 89 (5), 793-800.
• [9] Cota A.L.S., Alvim R.G.: Effect of storage temperature on Streptococcus mutans viability. Rev. Odontol. UNESP, 2018, 47 (2), 74-78.
• [10] Criste A., Giuburuncă M., Negrea O., Dan S., Zăhan M.: Research concerning use of long-term preservation techniques for microorganisms. J. Anim. Sci., 2014, 47 (2), 73-77.
• [11] Dimitrellou D., Kandylis P., Kourkoutas Y.: Effect of cooling rate, freeze-drying, and storage on survival of free and immobilized Lactobacillus casei ATCC 393. LWT, 2016, 69, 468-473.
• [12] Dumont F., Marechal P.A., Gervais P.: Influence of cooling rate on Saccharomyces cerevisiae destruction during freezing: Unexpected viability at ultra-rapid cooling rates. Cryobiology, 2003, 46 (1), 33-42.
• [13] Dumont F., Marechal P.A., Gervais P.: Cell size and water permeability as determining factors for cell viability after freezing at different cooling rates. Appl. Environ. Microbiol., 2004, 70 (1), 268- 272.
• [14] Fonseca F., Beal C., Mihoub F., Marin M., Corrieu G.: Improvement of cryopreservation of Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus CFL1 with additives displaying different protective effects. Int. Dairy J., 2003, 13 (11), 917-926.
• [15] Guo N., Wei Q., Xu Y.: Optimization of cryopreservation of pathogenic microbial strains. J. Biosaf. Biosecur., 2020, 2 (2), 66-70.
• [16] Heylen K., Hoefman S., Vekeman B., Peiren J., de Vos P.: Safeguarding bacterial resources promotes biotechnological innovation. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2012, 94 (3), 565-574.
• [17] Hubálek Z.: Protectants used in the cryopreservation of microorganisms. Crybiology, 2003, 46 (3), 205-229.
• [18] Hubálek Z., Kocková-Kratochvílová A.: Long-term preservation of yeast cultures in liquid nitrogen. Folia Microbiol. (Praha), 1982, 27 (4), 242-244.
• [19] Jang T.H., Park S.C., Yang J.H., Kim J.Y., Seok J.H., Park U.S., Choi C.W., Lee S.R., Han J.: Cryopreservation and its clinical applications. Integr. Med. Res., 2017, 6 (1), 12-18.
• [20] Kamboj N., Maurya S., Kamboj S., Singh G.K.: Lyophilisation process - an overview. [on line]. PharmaTutor, 2013. Dostęp w Internecie [15.04.2020]: https://www.pharmatutor.org/ articles/ lyophilization-process-overview
• [21] Misiewicz A., Suchorzyńska M., Kieliszek M., Goncarzewicz A.: Zasady przyjmowania i przechowywania drobnoustrojów w kolekcji. W: Kolekcja kultur drobnoustrojów przemysłowych. Red. A. Misiewicz. IBPRS, Warszawa 2009, ss. 35-47.
• [22] Morris G.J.: Cryopreservation: An introduction to cryopreservation in culture collections. Institute of Terrestrial Ecology, Cambridge 1981, pp. 5-14.
• [23] Niwińska A.: Przegląd metod kriokonserwacji pod kątem techniki witryfikacyjnej. Życie Weter., 2016, 91 (7), 505-508.
• [24] Nyanga L.K., Nout M.J.R., Smid E.J., Boekhout T., Zwietering M.H.: Yeasts preservation: Alternatives for lyophilisation. World J. Microbiol. Biotechnol., 2012, 28 (11), 3239-3244.
• [25] Palmfeldt J., Rådström P., Hahn-Hägerdal B.: Optimisation of initial cell concentration enhances freeze-drying tolerance of Pseudomonas chlororaphis. Cryobiology, 2003, 47 (1), 21-29.
• [26] Peiren J., Buyse J., De Vos P., Lang E., Clermont D., Hamon S., Bégaud E., Bizet C., Pascual J., Ruvira M.A., Macián M.C., Arahal D.R.: Improving survival and storage stability of bacteria recalcitrant to freeze-drying: A coordinated study by European culture collections. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2015, 99 (8), 3559-3571.
• [27] Prakash O., Nimonkar Y., Shouche Y.S.: Practice and prospects of microbial preservation. FEMS Microbiol. Lett., 2013, 339 (1), 1-9.
• [28] Schoug A., Olsson J., Carlfors J., Schnürer J., Håkansson S.: Freeze-drying of Lactobacillus coryniformis Si3-effects of sucrose concentration, cell density, and freezing rate on cell survival and thermophysical properties. Cryobiology, 2006, 53 (1), 119-127.
• [29] Singh S.K., Baghela A.: Cryopreservation of microorganisms. In: Modern Tools and Techniques to Understand Microbes. Eds. A. Varma, A.K. Sharma. Springer International Publishing, Cham, Szwajcaria, 2017, pp. 321-333.
• [30] Smith D., Ryan M.: Implementing best practices and validation of cryopreservation techniques for microorganisms. Sci. World J., 2012, 2012, 1-9.
• [31] Smith D.: Culturing, preservation and maintenance of fungi. In: Plant Pathologist's Pocketbook. 3rd ed. Eds. J.M. Waller, J.M. Lenné, S.J. Walker. CAB International, Wallingford, UK, 2002, pp. 384- 409.
• [32] Spadaro D., Ciavorella A.A., Lopez-Reyes J.G., Garibaldi A., Gullino M.L.: Effect of culture age, protectants, and initial cell concentration on viability of freeze-dried cells of Metschnikowia pulcherrima. Can. J. Microbiol., 2010, 56 (10), 809-815.
• [33] Stefanello R.F., Nabeshima E.H., Iamanaka B.T., Ludwig A., Fries L.L.M., Bernardi A.O., Copetti M.V.: Survival and stability of Lactobacillus fermentum and Wickerhamomyces anomalus strains upon lyophilisation with different cryoprotectant agents. Food Res. Int., 2019, 115, 90-94.
• [34] Tedeschi R., De Paoli P.: Collection and preservation of frozen microorganisms. In: Methods in Biobanking. Ed. J. Dillner. Humana Press, Totowa, New Jersey, 2010, 313-326.
• [35] Tindall B.J.: Vacuum-drying and cryopreservation of prokaryotes. In: Cryopreservation and Freeze- Drying Protocols. 2nd ed. Eds. J.G. Day, G.N. Stacey. Humana Press Inc., Totowa, New Jersey, 2007, pp. 73-98.
• [36] Tymczyszyn E.E., Díaz R., Pataro A., Sandonato N., Gómez-Zavaglia A., Disalvo A.: Critical water activity for the preservation of Lactobacillus bulgaricus by vacuum drying. Int. J. Food Microbiol., 2008, 128 (2), 342-347.
• [37] Wang G., Yu X., Lu Z., Yang Y., Xia Y., Lai P.F.-H., Ai L.: Optimal combination of multiple cryoprotectants and freezing-thawing conditions for high lactobacilli survival rate during freezing and frozen storage. LWT, 2019, 99, 217-223.
• [38] Webb K.M., Holman G., Duke S., Greene S., McCluskey K.: Frozen fungi: Cryogenic storage is an effective method to store Fusarium cultures for the long-term. Ann. Appl. Biol., 2018, 173, 133-140.
• [39] Yalcin-Duygu D., Erdem B., Ozer T., Acikgoz-Erkaya I.: Long-term storage of a number of microorganism species using different cryoprotectants. Fresenius Environ. Bull., 2018, 27 (6), 4318-4324.
• [40] Zhai S., Taylor R., Sanches R., Slater N.K.H.: Measurement of lyophilisation primary drying rates by freeze-drying microscopy. Chem. Eng. Sci., 2003, 58 (11), 2313-2323.

Identyfikatory

DOI

10.15193/zntj/2021/126/366