Влияние различных концентраций сахарозы на биосинтез поли-3-оксибутирата и альгината бактериальным штаммом Azotobacter vinelandii 12 при разных уровнях аэрации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе показана возможность регуляции синтеза альгинатов (АЛГ) и поли-3-оксибутирата (ПОБ) культурой Azotobacter vinelandii 12 в зависимости от увеличения концентрации сахарозы в среде при разных условиях аэрации. При высоком уровне аэрации и при высокой концентрации сахарозы в среде (50 г/л) был достигнут максимальный выход свободного (1.08 г/л) и капсулярного АЛГ (2.26 г/л) в среде. В условиях низкой аэрации синтез свободного АЛГ полностью ингибировался. Максимальное значение синтеза ПОБ отмечено при среднем уровне аэрации и высокой концентрации сахарозы (50 г/л) в среде. Максимальная молекулярная масса (ММ) АЛГ составляла 477 кДа, а максимальная ММ ПОБ была значительно выше и достигала 1479 кДа. При малых концентрациях сахарозы в среде (от 5 до 20 г/л) синтезировался преимущественно капсулярный АЛГ (до 100٪ от суммы всех полимеров) при всех уровнях аэрации. При увеличении концентрации сахарозы в условиях низкой аэрации синтезировался преимущественно ПОБ (68٪), в условиях средней аэрации наблюдалось равное соотношение синтеза ПОБ и капсулярного АЛГ, в условиях высокой аэрации активно синтезировался свободный АЛГ. Показана возможность достижения избирательного синтеза АЛГ или ПОБ культурой A. vinelandii 12 за счет изменения условий ее культивирования. Полученные результаты могут быть использованы для разработки направленного биосинтеза целевых продуктов (ПОБ и АЛГ) в биотехнологии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Дудун

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук; НИЦ эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи (ФГБУ “НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи” Минздрава России)

Автор, ответственный за переписку.
Email: dudunandrey@mail.ru

Институт биохимии им. А.Н. Баха

Россия, Москва, 119071; Москва, 123098

Т. К. Махина

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук

Email: dudunandrey@mail.ru

Институт биохимии им. А.Н. Баха

Россия, Москва, 119071

А. П. Бонарцев

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: dudunandrey@mail.ru

биологический факультет

Россия, Москва, 119234

Г. А. Бонарцева

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук

Email: dudunandrey@mail.ru

Институт биохимии им. А.Н. Баха

Россия, Москва, 119071

Список литературы

  1. Aldor I.S., Keasling J.D. // Current Opinion in Biotechnology. 2003. V. 14. № 5. P. 475–483.
  2. Bonartsev A.P., Bonartseva G.A., Myshkina V.L., Voinova V.V., Mahina T.K., Zharkova I.I. et al // Acta Naturae. 2016. Т. 8. № 3. С. 77–87.
  3. Chen G.-Q., Jiang X.-R. // Curr. Opin. Biotechnol.. 2018. V. 53. P. 20–25.
  4. Wang J., Yu J. // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2001. V. 26. № 3. P. 121–126.
  5. Urtuvia V., Maturana N., Acevedo F., Pena C., Diaz-Barrera A. // World J. Microbiol. Biotechnol. 2017. V. 33. № 11. P. 198. https://doi.org/10.1007/s11274-017-2363-x
  6. Gacesa P. // Microbiology. 1998. V. 144. № 5. P. 1133–1143.
  7. Brownlee I.A., Allen A., Pearson J.P., Dettmar P.W., Havler M.E., Atherton M.R., Onsoyen E. // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2005. V. 45. № 6. P. 497–510.
  8. Remminghorst U., Rehm B.H.A. // Biotechnology Letters. 2006. V. 28. № 21. P. 1701–1712.
  9. Galindo E., Peña C., Núñez C., Segura D., Espin G. // Microbial Cell Factories. 2007. V. 6. № 1. P. 7. https://doi.org/10.1186/1475-2859-6-7
  10. Díaz-Barrera A., Sanchez-Rosales F., Padilla-Córdova C., Andler R., Pena C. // Bioprocess and Biosystems Engineering. 2021. V. 44. № 6. P. 1275–1287.
  11. Rehm B.H.A. // Alginates: Biology and Applications: Microbiology Monographs. / Ed. B.H.A. Rehm. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2009. V. 13. P. 55–71.
  12. Rehm B.H.A., Valla S. // Appl. Microbiol. Biotechnol.. 1997. V. 48. № 3. P. 281–288.
  13. Gaytán I., Peña C., Núñez C., Córdova M.S., Espín G., Galindo E. // World J. Microbiol. Biotechnol. 2012. V. 28. № 8. P. 2731–2740.
  14. Flores C., Díaz-Barrera A., Martínez F., Galindo E., Pena C. // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2015. V. 90. № 3. P. 356–365.
  15. Franklin M.J., Chitnis C.E., Gacesa P., Sonesson A., White D.C., Ohman D.E. // J. Bacteriol. 1994. V. 176. № 7. P. 1821–1830.
  16. Schiller N.L., Monday S.R., Boyd C.M., Keen N.T., Ohman D.E. // J Bacteriol. 1993. V. 175. № 15. P. 4780–4789.
  17. Peña C., Campos N., Galindo E. // Appl. Microbiol. Biotechnol.. 1997. V. 48. № 4. P. 510–515.
  18. Quagliano J.C., Miyazaki S.S. // Appl. Biochem. Biotechnol. 1999. V. 82. № 3. P. 199–208.
  19. Castillo T., García A., Padilla-Córdova C., Díaz-Barrera A., Pena C. // Electron. J. Biotechnol. 2020. V. 48. P. 36–45.
  20. Parshad J., Suneja S., Kukreja K., Lakshminarayana K. // Folia Microbiologica. 2001. V. 46. № 4. P. 315–320.
  21. Pozo C., Martı́nez-Toledo M.V., Rodelas B., González-López J. // J. Biotechnol. 2002. V. 97. № 2. P. 125–131.
  22. Page W.J., Sadoff H.L. // J. Bacteriol. 1975. V. 122. № 1. P. 145–151.
  23. Sabra W., Zeng A.P., Deckwer W.D. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2001. V. 56. № 3-4. P. 315–325.
  24. Díaz-Barrera A., Maturana N., Pacheco-Leyva I., Martínez I., Altamirano C. // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2017. V. 44. № 7. P. 1041–1051.
  25. Díaz-Barrera A., Gutierrez J., Martínez F., Altamirano C. // Bioprocess and Biosystems Engineering. 2014. V. 37. № 6. P. 1133–1140.
  26. Trujillo-Roldan M.A., Moreno S., Espin G., Galindo E. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2004. V. 63. № 6. P. 742–747.
  27. Peralta-Gil M., Segura D., Guzmán J., Servín-González L., Espin G. // Journal of Bacteriology. 2002. V. 184. № 20. P. 5672–5677.
  28. Segura D., Guzman J., Espin G. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2003. V. 63. № 2. P. 159–163.
  29. Díaz-Barrera A., Urtuvia V., Padilla-Córdova C., Peña C. // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2019. V. 46. № 1. P. 13–19.
  30. Bonartseva G.A., Akulina E.A., Myshkina V.L., Makhina T.K., Bonartsev A.P. // Appl. Biochem. Microbiol. 2017. V. 53. № 1. P. 52–59.
  31. Dudun A.A., Akoulina E.A., Zhuikov V.A., Makhina T.K., Voinova V.V., Belishev N.V. et al. // Polymers. 2021. V. 14. № 1. P. 131. https://doi.org/10.3390/polym14010131
  32. Dudun A.A., Akoulina E.A., Voinova V.V., Makhina T.K., Myshkina V.L., Zhuikov V.A., et al. // Appl. Biochem. Microbiol. 2019. V. 55. № 6. P. 654–659.
  33. Martinsen A., Skjåk-Bræk G., Smidsrød O., Zanetti F., Paoletti S. // Carbohydrate Polymers. 1991. V. 15. № 2. P. 171–193.
  34. Akita S., Einaga Y., Miyaki Y., Fujita H. // Macromolecules. 1976. V. 9. № 5. P. 774–780.
  35. Nivens D.E., Ohman D.E., Williams J., Franklin M.J. // Journal of Bacteriology. 2001. V. 183. № 3. P. 1047–1057.
  36. Castillo T., López I., Flores C., Segura D., García A., Galindo E. et al. // J. Appl. Microbiol. 2018. V. 125. № 1. P. 181–189.
  37. Díaz-Barrera A., Silva P., Berrios J., Acevedo F. // Bioresource Technology. 2010. V. 101. № 23. P. 9405–9408.
  38. Flores C., Moreno S., Espín G., Pena C., Galindo E. // Enzyme and Microbial Technology. 2013. V. 53. № 2. P. 85–91.
  39. Mejia M.A., Segura D., Espin G., Galindo E., Pena C. // J. Appl. Microbiol. 2010. V. 108. № 1. P. 55–61.
  40. Díaz-Barrera A., Aguirre A., Berrios J., Acevedo F. // Process Biochemistry. 2011. V. 46. № 9. P. 1879–1883.
  41. Tec-Campos D., Zuñiga C., Passi A., Del Toro J., Tibocha-Bonilla J.D., Zepeda A. et al. // Metab. Eng. Commun. 2020. V. 11. P. e00132. https://doi.org/10.1016/j.mec.2020.e00132
  42. Page W.J., Knosp O. // Appl. Environ. Microbiol. 1989. V. 55. № 6. P. 1334–1339.
  43. Millán M., Salazar M., Segura D., Castillo T., Díaz-Barrera A., Peña C. // Journal of Biotechnology. 2017. V. 259. P. 50-–55.
  44. Millán M., Segura D., Galindo E., Peña C. // Process Biochemistry. 2016. V. 51. № 8. P. 950–958.
  45. Díaz-Barrera A., Martínez F., Guevara Pezoa F., Acevedo F. // PLoS ONE. 2014. V. 9. № 8. P. e105993. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0105993
  46. Castillo T., Heinzle E., Peifer S., Schneider K., Pena C. // Process Biochemistry. 2013. V. 48. № 7. P. 995–1003.
  47. Díaz-Barrera A., Andler R., Martínez I., Peña C. // Journal of Chemical Technology & Biotechnology. 2016. V. 91. № 4. P. 1063–1071.
  48. García A., Ferrer P., Albiol J., Castillo T., Segura D., Pena C. // Microbial Cell Factories. 2018. V. 17. № 1. P. 10. https://doi.org/10.1186/s12934-018-0860-8

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Рост бактериального штамма A. vinelandii 12 при разных уровнях аэрации и концентрации сахарозы в среде от 5 г/л до 50 г/л (время ферментации – 72 ч: 1 – 150 об./мин; 2 – 200 об./мин; 3 – 250 об./мин. Множественное сравнение по Краскелу-Уоллису между всеми группами имеет уровень достоверности p < 0.05.

Скачать (124KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Биосинтез свободных (а, г/л) и капсулярных (б, г/л) АЛГ, продуктивность синтеза Azotobacter vinelandii 12 свободных (в) и капсулярных (г) АЛГ: 1 – 150 об./мин; 2 – 200 об./мин; 3 – 250 об./мин. Множественное сравнение по Краскелу-Уоллису между всеми группами имеет уровень достоверности p < 0.05.

Скачать (383KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Биосинтез (а, г/л) и продуктивность (б, г/г) ПОБ бактериальным штаммом A. vinelandii 12: 1 – 150 об./мин; 2 – 200 об./мин; 3 – 250 об./мин. Множественное сравнение по Краскелу-Уоллису между всеми группами имеет уровень достоверности p < 0.05.

Скачать (199KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ММ капсулярных АЛГ, синтезированных при высоком уровне аэрации бактериями Azotobacter vinelandii 12 и различных концентрациях сахарозы. Множественное сравнение по Краскелу-Уоллису между всеми группами имеет уровень достоверности p < 0.05.

Скачать (110KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Состав синтезированных биополимеров (ПОБ и АЛГ) клетками Azotobacter vinelandii 12 при различных концентрациях сахарозы в среде и различной аэрации: а – 150 об./мин; б – 200 об./мин; в – 250 об./мин.

Скачать (528KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».