Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


Влияние хлорида натрия на рост бактерий Cupriavidus necator B-10646, синтез полигидроксиалканоатов и жирнокислотный состав липидов

Работа №164467

Тип работы

Бакалаврская работа

Предмет

биология

Объем работы31
Год сдачи2023
Стоимость4210 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
38
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


ВВЕДЕНИЕ 4
Раздел 1. Обзор литературы 8
1.1. Общее описание ПГ A 8
1.2. Свойства ПГА 8
1.3. Биоразрушаемые ПГА 9
1.4. Классификация и структура ПГ А 11
1.5. Микроорганизмы - продуценты ПГ А 12
1.6. Галофильные микроорганизмы 13
1.7. Поли(3-гидроксибутират) 14
1.8. Синтез П(3ГБ) галофильными микроорганизмами 15
1.9. Липиды бактерий 16
Раздел 2. Материалы и методы 17
2.1. Бактериальный штамм 17
2.2. Культивирование 18
2.3. Измерение и определение оптической плотности 18
2.4. Измерение и определение концентрации биомассы бактерий 19
2.5. Измерение концентрации углеродного субстрата 19
2.6. Экстракция полимера и внутриклеточных липидов 20
2.7. Статистическая обработка результатов 21
Раздел 3. Результаты 22
3.1. Накопление биомассы, полимера и липидов у бактерий Cupriavidus necator В-10646, выращиваемых на среде с добавлением NaCl 22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 34
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 35
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 36


Полимеры стали неотъемлемой частью нашей жизни и являются самым распространенным материалом в мире из-за своих многообразных свойств, например прочность, легкость, гибкость, устойчивость к деградации и т.д. [1]. Так же пластмассы популярны вследствие своей дешевизны и простоты производства, удобства использования. Каждый год используется около 150 миллионов тонн пластика, и спрос продолжает расти из-за модернизации и роста населения. Такое нерациональное использование приводит к загрязнению окружающей среды, включая Мировой океан. Во всем мире перерабатывается только 14% пластмасс, остальные отходы размещаются на полигонах, где хранятся и разлагаются в течение многих десятилетий. Процесс разложения чрезвычайно медленный и затруднен из-за специфичных свойств и состава пластмасс.
Полимеры, полученные из нефти, либо не поддаются разложению, либо деградация происходит очень медленно. Их безопасная утилизация становится все более сложной задачей. Биологически произведенные и легко разлагаемые полимеры часто рассматриваются в качестве практически осуществимых альтернатив; они в основном производятся из возобновляемых источников энергии, в отличие от полимеров на основе нефти [2-3].
Переход на новые биоразлагаемые материалы, которые разрушаются в среде до углекислого газа и воды и не наносят вреда биосфере является актуальным направлением в биотехнологии.
Существуют разнообразные виды полимеров, например, полилактиды, полигликолиды, полиэтиленгликоль, поликапролактон, полиуретаны и др. Однако на сегодняшний день самыми известными являются полигидроксиалканоаты (ПГА). Их относят к числу биоразлагаемых полимеров, полученных путем микробиологической ферментации [4-5]. ПГА относятся к классу полиэфиров, обладают биосовместимостью и биоразлагаемостью, а также их можно получить из восстанавливаемых (возобновляемых) источников [6].
ПГА обладают сопоставимыми физическими характеристиками (включая молекулярную массу, кристалличность, температуру плавления и стеклования и т.д.) с синтетическими полимерами нефтехимического происхождения, такими как полипропилен [7]. Благодаря своим свойствам ПГА нашли ряд применений: от медицинских имплантатов, носителей для доставки лекарств, печати, фотоматериалов, синтеза некоторых антибиотиков, производства биотоплива и т.д. [8]. ПГА могут накапливаться в виде отдельных гранул различными микроорганизмами при избыточной концентрации углеродного субстрата и дефиците источника азота или фосфора.
Самыми подходящими продуцентами для биотехнологического синтеза биодеградируемых пластиков на данный момент являются водородокисляющие бактерии Cupriavidus necator(ранее Hydrogenomonas eutrophus, Alcaligenes eutrophus, Ralstonia eutropha, Wautersia eutropha) - это грамоотрицательные факультативные аэробные бактерии, которые способны запасать полимер до 80-90% от сухого вещества. Самым явным плюсом данного штамма является их высокий органотрофный потенциал.
К сожалению, производство ПГА по-прежнему не сопоставимо с пластиками, полученными из нефти, так как себестоимость продукции в 5-10 раз выше [11]. Во-первых, источниками углерода являются глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза и т.д. и именно на них расходуется большая часть средств, а именно 50%. Варьируя источники углеродного сырья, можно увеличить коммерческую привлекательность ПГА. А именно используя отходы различных производств, например рыбных.
Во-вторых, биотехнологический синтез ПГА требует большое количество пресной воды, данный факт еще больше усугубляет нехватку пресной воды.
В-третьих, подавляющее большинство биотехнологических процессов в процессе ферментации требует дополнительного внесения каких-либо компонентов, например углеродного субстрата. Эти манипуляции могут полечь за собой микробную контаминацию. Так группа ученых под руководством Johnson et al. (2009) смогли культивировать галофильную бактериальную культуру на протяжении 3 лет, при условии внесения ацетата. Другая группа ученых под руководством Tan et al. (2011) [54] культивировали Halomonas strain termed TD01в течение двух недель в нестерильных условиях и с концентрацией соли 5-6 г/л, культура выросла до 80 г/л и более чем 80%-ным внутриклеточным содержанием П(3ГБ).
В-четвертых, стерилизация ферментеров, дополнительного оборудования и сред (сами по себе дорогостоящие) - это дорогой процесс.
В-пятых, сама покупка ферментеров и дополнительного оборудования для него, например СИП-мойка тоже являются большими затратами для биотехнологического процесса.
В-шестых, если сравнивать скорости и эффективность непрерывного и периодического культивирования, можно сказать, что в результате непрерывного культивирования результаты намного лучше.
В-седьмых, чтобы лизировать клетку необходимо огромное количество растворителей, которые сами по себе довольно дорогие. Некоторые галофилы можно лизировать с помощью гипоосмотической шоковой обработки.
Поэтому чтобы биотехнологический синтез ПГА стал таким же конкурентоспособным, как и синтез пластика из нефтехимии необходимо разработать недорогую технологию культивирования.
Синтез ПГА галофильными штаммами бактерий может значительно снизить стоимость микробного пластика из-за отсутствия потребности пресной воды, снижения уровня стерильности, а также более экономичный расход углеродного субстрата. Кроме того, в 2014 году, группа ученых под руководством Passanha изучила влияние NaCl на выработку ПГА Cupriavidus necator[10]. Добавление 0,09 % NaCl в среду увеличивало выработку ПГА до 30 % [1о].
Поэтому целью данной работы являлось исследование влияния на рост бактерий Cupriavidus necator B-10646,синтез полигидроксиалканоатов и жирнокислотный состав липидов в среде, содержащей хлорид натрия.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Исследовать рост бактерий Cupriavidus necator В-10646, накопление полимера и липидов при различных концентрациях хлорида натрия в среде.
2. Изучить изменения в жирнокислотном составе липидов цитоплазматической мембраны в ходе роста культуры Cupriavidus necator В- 10646 при различных концентрациях хлорида натрия в среде.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

1. Исследовано влияние концентрации NaCl при 0, 5, 10 г/л на рост бактерий Cupriavidus necator B-10646, синтез полимера, накопление липидов и жирнокислотный состав. Показано, что концентрация 5 г/л не влияет на рост бактерий, концентрация биомассы составляет 6,63 г/л. При добавлении NaCl содержание полимера на всех концентрациях было одинаковым, и концентрация хлорида натрия не влияла на содержание полимера. Добавление NaCl привело к увеличению средневесовой молекулярной массы (995кДа) и полидисперсности полимера (4,2).
2. При исследовании жирнокислотного состава показано, что в независимости от концентрации NaCl к концу культивирования происходило снижение моноеновых, увеличение насыщенных и циклопропановых кислот, особенно наиболее яркая картина отмечена при концентрации 10 г/л.



1. Polymers for Packaging Applications / Alavi, S., Thomas, S., Sandeep, K.P., Kalarikkal, N., Varghese, J., Yaragalla, S. (Eds.). // CRC Press. - 2014.
2. Comparative study on the production of PHA by three different Pseudomonas sp./ Ajay R.Sav, Amit K. Mittal, Alpana A. Thorat, Sachin Dubey, U.C.Banerjee. A // international journal of current microbiology and applied sciences.
- 2014. - V. 3. - P. 940-954.
3. Biodegradable plastics from renewable sources / M. Flieger, M. Kantorova, A. Prell, T. Rezanka, J. Votruba. // Folia Microbiologica. - 2003.- P. 27¬44.
4. PHA Biodegradable Blow-Molded Bottles: Compounding and
Performance / Joseph Greene// Plastics Engineering -Connecticut. - 2013. - V. 69(1).
- P. 16-21.
5. Optimization and Characterization of PHA (SCL-SCL) Copolymer by Indigenous Bacillus thuringiensis A102 Strain for Biomedical Applications/ Ponnusamy P. Suguna, Viswanathan V. Saranya, Periasamy P. Abirami // Current Microbiology. - 2020. - V. 77. - P. 3978-3989.
6. Polyhydroxyalkanoates: An overview// C S K Reddy, Rohit Ghai, Rashmi, Vipin Chandra Kalia/ Bioresource Technology. - 2003. - V. 87(2). - P. 137¬146.
7. Techno-economic feasibility of large-scale production of bio-based polymers in Europe (PRO-BIP) / Crank, M., Patel, M., Marscheider-Weidemann, F., Schleich, J., Husing, B., & Angerer, G. // Utrecht University & Fraunhofer ISI. - 2004
8. . Lee S. Y. Bacterial polyhydroxyalkanoates (review) // Biotechnol. and Bioengin. - 1996a. - V. 49. - P. 1-14.
9. Anjum, A., Zuber, M., Zia, K.M., Noreen, A., Anjum, M.N., Tabasum, S., 2016. Microbial production of polyhydroxyalkanoates (PHAs) and its copolymers: a review of recent advancements. Int. J. Biol. Macromol. 89, 161-174.
10. NaCl addition for increased polyhydroxyalkanoate production by Cupriavidus necator/ Sandra Esteves //New Biotechnology. - 2014. - V. 31. - P. 142-143.
11. Production of poly(3-hydroxybutirate) from inexpensive substrates / Kim, B.S // Enzyme Microb. Technol. - 2000. - V. 21. - P. 45-52.
12. Biohydrogen and polyhydroxyalkanoate co-production by Enterobacter aerogenes and Rhodobacter sphaeroides from Calophyllum inophyllum oil cake / Arumugam Aru, M Sandhya, Venkatachalam Ponnusami// Bioresource Technology. - 2014. - V. 164. - P. 170-176.
13. Polyhydroxyalkanoate (PHA) synthesis by Spirulina subsalsa from Gujarat coast of India / Shrivastav, S. K. Mishra and S. Mishra// Int. J. Biol. Macromol. - 2010. - V. 46. - P. 255-260
14. Polyhydroxyalkanoates - what are the uses? Current challenges and perspectives / F. Masood, T. Yasin and A. Hameed // Crit. Rev. Biotechnol. - 2015. - V. 35. - P. 514-521.
15. Mini-Review: Biosynthesis of Poly(hydroxyalkanoates) / J. Lu, R. C. Tappel and C. T. Nomura // Polym. Rev. - 2009. - V. 49. - P. 226-248.
16. Recent advances in microbial polyhydroxyalkanoates / S. Khanna, K. Ashok // Proc. Biochem. - 2004. - P. 607 - 619.
17. Биодеградация полигидроксиалканоатов почвенными
микробиоценозами различной структуры и выявление микроорганизмов- деструкторов / Бояндин А. Н. и др. // Прикладная биохимия и микробиология. - 2012. - Т. 48. - №. 1. - С. 35-35
18. Физико-химические свойства одно-[поли(3ГБ)], двух-[поли
(3ГБ/3ГВ)], и трехкомпонентных [поли (3ГБ/3ГВ/3ГГ)]
полигидроксиалканоатов / Т. Г. Волова [и др.] // Перспективные материалы. - 2004. - №. 3. - С. 42-48
19. Polyhydroxyalkanoate copolymers from forest biomass / Keenan T. M., Nakas J. P., Tanenbaum S. W. //Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology. - 2006. - V. 33. - №. 7. - С. 616.
20. Optimizing the biosynthesis of renewable polyhydroxyalkanoate copolymer containing 3-hydroxyvalerate by Massilia haematophila using statistical modeling / Kiun J. T. et al. //BioTechnologia. Journal of Biotechnology Computational Biology and Bionanotechnology. - 2019. - V. 100. - №. 4.
21. Structural insights into polyhydroxyalkanoates biosynthesis / Sagong H. Y. et al. //Trends in biochemical sciences. - 2018. - V. 43. - №. 10. - P. 790-805.
22. Polyhydroxyalkanoates: recent advances in their synthesis and applications / Winnacker M. //European Journal of Lipid Science and Technology. - 2019. - V. 121. - №. 11. - P. 1900101.
23. Biological degradation of plastics: a comprehensive review / Shah, A.A., Hasan, F., Hameed, A., Ahmed, S. // Biotechnol. Adv. - 2008. - V. 26. - P. 246 - 265.
24. Comparative oxo-biodegradation study of poly- 3-hydroxybutyrate-co-3- hydroxyvalerate/polypropylene blend in controlled environments / Masood, F., Yasin, T., Hameed, A. // Int. Biodeterior. Biodegrad. - 2014. - V. 87. - P. 1-8.
25. Microbial degradation of polyhydroxyalkanoates in tropical soils / Boyandin, A.N., Prudnikova, S.V., Karpov, V.A., Ivonin, V.N., Do, N.L., Nguyen, T.H., Le, T.M.H., Filichev, N.L., Levin, A.L., Filipenko, M.L., Volova, T.G. // Int. Biodeterior. Biodegrad. - 2013. - V. 83. - P. 77-84.
26. Разрушаемые биополимеры: получение, свойства, применение / Волова, Т. Г., Е. И. Шишацкая // Красноярский писатель. - 2011. - С. 392.
27. A glucose-utilizing strain, Cupriavidus euthrophus B-10646: growth kinetics, characterization and synthesis of multicomponent PHAs / Volova, T. et al. // PLoS One. - 2014. - V. 9. - №. 2. - P.87-551.
28. PHA biosynthesis systems in Pseudomonas aeruginosa and Pseudomonas putida strains show difference on moment specificities / S.R. Silva- Queiroz, L.F.Silva, J.G.C. Pradella, E.M. Pereira, J.G.G. Gomes. // Journal of Biotechnology. - 2009. - V. 143. - №2. - P. 111-118.
29. Optimization of Polyhydroxybutyrate (PHB) production by Azotobacter vinelandii using experimental design / El-Shanshoury, A.E.R.R., Kenawy, E.R., Amara, A.A., Salama, A.F., Kishk, S.S. // Int. J. Curr. Microbiol. Appl. Sci. - 2013. - V. 2. - P. 227 - 241.
30. The use of NaCl addition for the improvement of polyhydroxyalkanoate production by Cupriavidus necator. / Passanha, P., Kedia, G., Dinsdale, R.M., Guwy, A.J., Esteves, S.R. // Biores. Technol. - 2014. - V.163. - P. 287-294.
31. Production of poly (3-hydroxybutyrate-co-4- hydroxybutyrate) in recombinant Escherichia coli grown on glucose. / Valentin, H.E., Dennis, D. 1997. // J. Biotechnol. - V. 58. - P.33-38.
32. Production of (R)-3-hydroxybutyric acid by Burkholderia cepacia from wood extract hydrolysates/ Wang Y, Liu S // AMB Express. - 2014. - V. 4(1):1.
33. Microbial production of polyhydroxyalkanoates (PHAs) and its copolymers: a review of recent advancements. / Anjum A, Zuber M, Zia KM, Noreen A, Anjum MN, Tabasum S // Int J Biol Macromol. - 2016. - V. 89. - P. 161-174.
34. Enatiomerically pure hydroxycarboxylic acids: current approaches and future perspectives / Ren Q, Ruth K, Thony-Meyer L, Zinn M // Appl Microbiol Biotechnol. - 2010. - V. 87(1). - P. 41-52.
35. A review on established and emerging fermentation schemes for microbial production of Polyhydroxyalkanoate (PHA) biopolyesters / Koller M // Fermentation. - 2018. V.4(2). - P.30.
36. Factors involved in the regulatory network of polyhydroxyalkanoate metabolism. / Kessler B, Witholt B // J Biotechnol. - 2001. - V. 86(2). - P. 97-104.
37. Comparison of diferent solvents for extraction of polyhydroxybutyrate from Cupriavidus necator./ Aramvash A, Moazzeni Zavareh F, Gholami Banadkuki N // Eng Life Sci. - 2018. V. 18(1). - P. 20-28.
38. Harnessing fruit waste for poly-3-hydroxybutyrate production: a review. / Sirohi R, Gaur VK, Pandey AK, Sim SJ, Kumar S // Biores Technol. - 2021.
39. Osmosensing and osmoregulatory compatible solute accumulation by bacteria. / Wood JM, Bremer E, Csonka LN, Kraemer R, Poolman B, van der Heide T, et al. // Comp Biochem Phys. - 2001. - V. 130. - P. 437-60.
40. Osmotic adaptation of the halophilic fungus Hortaea werneckii: role of osmolytes and melanization. / Kogej T, Stein M, Volkmann M, Gorbushina AA, Galinski EA, Gunde-Cimerman N. // Microbiology. - 2007. - V. 153. - P. 4261¬4273.
41. Osmotic adaptation in halophilic and halotolerant microorganisms. In: Vreeland RH, Hochstein LI, editors. The biology of halophilic bacteria. / Imhoff JF. // CRC Press. - 1992. - P. 211-253.
42. Effects of salinity increase on carotenoid accumulation in the green alga Dunaliella salina./ Borowitzka MA, Borowitzka LJ, Kessly D.// J Appl Phycol. - 1990. - V.2. - P. 111-9
43. Poly(b-hydroxybutyrate) production by a moderate halophile, Halomonas boliviensis LC1. / Quillaguana'n J, Delgado O, Mattiasson B, Hatti-Kaul R.// Enzyme Microb Tech. - 2006. - V. 38. - P. 148-54.
44. Synthesis and production of polyhydroxyalkanoates by halophiles: current potential and future prospects. / Quillaguana'n J, Guzma'n H, Van-Thuoc D, Hatti-Kaul R.// Appl Microbiol Biot. - 2010. - V. 85. - P. 1687-1696.
45. Production of poly-3-(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) by
Haloferax mediterranei using rice-based ethanol stillage with simultaneous recovery and re-use of medium salts. / Bhattacharyya A, Saha J, Haldar S, Bhowmic A, Mukhopadhyay UK, Mukherjee J.// Extremophiles. - 2014. - V.18. - P. 463-470.
46. Recycling of waste streams of the biotechnological poly(hydroxyalkanoate) production by Haloferax mediterranei on whey. / Koller M. // Int J Polym Sci. - 2015.
47. Study on the production and re-use of poly(3- hydroxybutyrate-co-3- hydroxyvalerate) and extracellular polysaccharide by the archaeon Haloferax mediterranei strain DSM 1411. / Koller M, Chiellini E, Braunegg G. // Chem Biochem Eng. - 2015. - V. 29. - P. 87-98.
48. Diversity of aerobic and facultative alkalitolerant and halotolerant endospore formers in soil from the Alvord Basin / Smith SA, Benardini JN, Strap JL, Crawford RL. // Syst Appl Microbiol. - 2009. - V. 32. - P.233-44.
49. Novel Poly[(R)-3-hydroxybutyrate]-producing bacterium isolated from a Bolivian, hypersaline lake. / Rodri'guez-Contreras A, Koller M, Miranda-de Sousa Dias M, Calafell-Monfort M, Braunegg G, Marque's-Calvo MS.// Food Technol Biotech. - 2013. - V. 51. - P.123-30.
50. High production of poly(3-hydroxybutyrate) from a wild Bacillus megaterium Bolivianstrain/ Rodri'guez-Contreras A, Koller M, Miranda-de Sousa Dias M, Calafell-Monfort M, Braunegg G, Marque's-Calvo MS.// .J Appl Microbiol. - 2013. - V. 114. - P. 1378-1387.
51. Polymer production by two newly isolated extremely halophilic archaea: application of a novel corrosion resistant bioreactor. / Hezayen FF, Rehm BH, Eberhardt R, Steinbuchel A. // Appl Microbiol Biotechnol. - 2000. - V. 54. - P. 319-325.
52. Potential of various archae- and eubacterial strains as industrial polyhydroxyalkanoate producers from whey. / Koller M, Hesse P, Bona R, Kutschera C, Atlic' A, Braunegg G. // Macromol Biosci. - 2007. - V.7. - P. 218-226.
53. Characterization of polyhydroxyalkanoates accumulated by a moderately halophilic salt pan isolate Bacillus megaterium strain H16. / Salgaonkar BB, Mani K, Braganca JM.// J Appl Microbiol. - 2013. - V.114. - P. 1347-1356.
54. Use of controlled exogenous stress for improvement of poly(3- hydroxybutyrate) production in Cupriavidus necator/ S. Obruca, I. Marova, Z.Svoboda, R. Mikulikova //Folia Microbiologica. - 2010. - V.55. - P. 17-22.
55. Halophiles, coming stars for industrial biotechnology. / Yin J, Chen JC, Wu Q, Chen GQ // Biotechnology Advances. - 2015. - V.33(7). - P. 1433-1442.
56. Osmosensing and osmoregulatory compatible solute accumulation by bacteria / Janet M. Wood,Erhard Bremer, Laszlo N.Csonka, Reinhard Kraemer,Bert Poolman, Tiemen van der Heide, Linda T. Smith //Comparative Biochemistry andPhysiology Part A: Molecular & Integrative Physiology. - 2001. - V.130. - P. 437-460.


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.