Search the digital library catalog

Abstract: Sekundarni metaboliti so naravne spojine, ki jih sintetizirajo mikroorganizmi, vključno z bakterijami, glivami, kvasovkami in rastlinami. Čeprav ti produkti niso nujno potrebni za osnovne biološke funkcije, kot so sinteza lipidov, aminokislin, ogljikovih hidratov in nukleinskih kislin, imajo pomembno vlogo v različnih industrijskih aplikacijah. Kvasovka Saccharomyces cerevisiae je ključni mikroorganizem v biotehnologiji zaradi svoje sposobnosti pretvorbe sladkorjev v etanol in ogljikov dioksid ter njene prilagodljivosti na različne okoljske pogoje. Cilj magistrskega dela je bil optimizirati proizvodnjo sekundarnih metabolitov s pomočjo S. cerevisiae v šaržnem bioreaktorju. Raziskava je obsegala preučevanje vpliva različnih vrst mešal, začetnih koncentracij inokuluma ter hitrosti mešanja na rast celične mase in proizvodnjo sekundarnih metabolitov. Med optimizacijo smo spremljali spremembe pH med fermentacijo ter izvajali UV-VIS spektrofotometrične analize za pridobitev rezultatov o količini celokupnih proteinov, antioksidativnem potencialu in aktivnosti encima alkohol dehidrogenaze (ADH). Antioksidativni potencial proizvedenih sekundarnih metabolitov smo določili z DPPH metodo , za določanje koncentracije celokupnih proteinov je bila uporabljena Bradfordova metoda, aktivnost znotrajceličnega encima ADH pa je bila določena s pomočjo encimskega testa. Optimalni parametri za doseganje najboljših rezultatov vključujejo hitrost mešanja 200 rpm, uporabo dvojnega mešala in začetno koncentracijo inokuluma 6,62 ∙ 107 CFU/mL. Ti parametri so bili potrjeni v zaključnem eksperimentu, kjer smo ponovno gojili S. cerevisiae pod enakimi pogoji, kar je potrdilo ponovljivost gojenja in učinkovitost izbranih parametrov. Prav tako so rezultati analitskih metod pokazali, da so permeabilizirani vzorci dosegli najvišjo antioksidativno aktivnost, najvišjo koncentracijo proteinov in največjo aktivnost ADH. Na podlagi teh ugotovitev smo zaključili, da višja hitrost mešanja, uporaba dvojnega mešala in večja začetna koncentracija inokuluma zagotavljajo optimalne rezultate v proizvodnji sekundarnih metabolitov.
Keywords: bioreaktor, procesni parametri, optimizacija, S. cerevisiae, alkohol dehidrogenaza, sekundarni metaboliti
Published in DKUM: 15.10.2024; Views: 0; Downloads: 20
Full text (3,60 MB)

Abstract: Doktorska disertacija zajema dva dela, v prvem delu smo se osredotočili na sintezo magnetnega nosilca, modificiranega z organskim polimerom karboksimetil dekstranom (CMD). V sintezni postopek smo vpeljali tri različne koncentracije CMD (0,25 g/mL, 0,40 g/mL in 0,50 g/mL CMD) ter sintetizirali tri različne modificirane magnetne nanodelce (CMD1-MNPs, CMD2-MNPs in CMD3-MNPs). Sintetizirane CMD-MNPs smo okarakterizirali z različnimi analiznimi metodami: Fourier-transformirano infrardečo spektroskopijo (FT-IR), termogravimetrično analizo (TGA), vrstično elektronsko mikroskopijo (SEM), energijsko disperzijsko spektroskopijo (EDS), transmisijsko elektronsko mikroskopijo (TEM), z meritvami dinamičnega sipanja svetlobe (DLS). Magnetne lastnosti smo določili z elektronsko paramagnetno resonanco (EPR) in vibracijskim magnetometrom (VSM). Uspešno smo sintetizirali magnetne nosilce CMD-MNPs z ozkimi porazdelitvami nanovelikosti od 27-30 nm. S FT-IR analizo smo določili prisotnost karboksilnih in hidroksilnih skupin na površini CMD-MNPs, kar potrjuje prisotnost polimerne prevleke CMD na sintetiziranih MNPs. Z meritvami EPR in VSM smo dokazali, da imajo sintetizirani CMD-MNPs magnetne lastnosti ter feromagnetni sistem. Določili smo inhibitorne lastnosti CMD-MNPs na rast dveh bakterijskih kultur. Inhibitorne učinke na rast testnih mikroorganizmov smo zaznali pri CMD3-MNPs, medtem ko ostali CMD-MNPs in neprevlečeni MNPs ne izkazujejo antimikrobne učinkovitosti. Proučevali smo tudi inhibitorne lastnosti MNPs modificiranih s hitozanom (HIT-MNPs) in aminosilanom (AMS-MNPs) na petih različnih bakterijskih kulturah, pri katerih nismo zaznali inhibiornega učinka na rast izbranih mikororganizmov. Za nadaljnje raziskave smo izbrali CMD3-MNPs, na katerega smo vezali encim alkohol dehidrogenazo (ADH). V drugem delu doktorske disertacije smo nosilec CMD3-MNPs površinsko funkcionalizirali z epiklorohidrinom (EClH). Optimalna koncentracija EClH je znašala 4 % (v/v). Proučevali smo vpliv različnih procesnih parametrov na preostalo aktivnost in učinkovitost imobilizacije ADH na CMD3-MNPs. Pri optimalnih pogojih imobilizacije ADH na CMD3-MNPs smo dosegli 89,6 % preostalo aktivnost imobilizirane ADH in 99,5 % učinkovitost imobilizacije. Nadaljevali smo s postopkom koimobilizacije, pri čemer smo na funkcionaliziran nosilec CMD3-MNPs koimobilizirali encim ADH in kofaktor β-nikotinamid adenin dinukleotid (β-NAD). S spreminjanjem procesnih parametrov smo proučevali njihov vpliv na preostalo aktivnost imobilizirane ADH s kofaktorjem β-NAD na CMD3-MNPs in učinkovitost koimobilizacije. Pri optimalnih pogojih koimobilizacije ADH in β-NAD na CMD3-MNPs smo dosegli 73,3 % preostalo aktivnost ADH ter 93,8 % učinkovitost imobilizacije. Izvedli smo še študijo termične stabilnosti proste ADH, ADH imobilizirane na CMD3-MNPs in ADH koimobilizirane z β-NAD na CMD3-MNPs pri različnih temperaturah. ADH imobilizirana na CMD3-MNPs je ohranila skoraj 60 % svoje začetne aktivnosti po 24. urah inkubacije pri temperaturah 20 °C in 40 °C. ADH koimobilizirana z β-NAD na CMD3-MNPs je pri temperaturi 30 °C ohranila 75,4 % začetne aktivnosti, pri 50 °C pa 66,5 % začetne aktivnosti po 5. urah inkubacije. Proučili smo še stabilnost ADH imobilizirane na CMD3-MNPs in ADH koimobilizirane z β-NAD na CMD3-MNPs, ki smo ju skladiščili pri 4 °C. Po treh tednih sta obe obliki imobilizrane ADH ohranili 60 % svoje začetne aktivnosti. Magnetne nosilce HIT-MNPs in AMS-MNPs smo funkcionalizirali z mrežnim povezovalcem glutaraldehidom (GA) in amino-donorjem pentaetilenheksaminom (PEHA), na katere smo imobilizirali encim β-galaktozidazo (β-GAL) ter optimirali koncentraciji GA in PEHA. Pri kombinaciji obeh GA in PEHA smo dosegli hiperaktivacijo encima (128,9 %), do katere pride zaradi konformacijskih sprememb encima. Hiperaktivacijo smo dosegli tudi pri imobilizaciji β-GAL na AMS-MNPs. Najvišjo preostalo aktivnost β-GAL smo dosegli, kadar smo kot mrežni povezovalec uporabili 20 % (v/v) PEHA (154,4 %).
Keywords: magnetni nanodelci, karboksimetil dekstran, karakterizacijska analiza, funkcionalizacija, epoksi zamreževanje, epiklorohidrin, glutaraldehid, encimi, imobilizacija, koimobilizacija, β-nikotinamid adenin dinukleotid, alkohol dehidrogenaza, β-galaktozidaza, kinetični parametri
Published in DKUM: 13.05.2020; Views: 1974; Downloads: 327
Full text (9,26 MB)

Abstract: Imobilizacija encima na nosilec vpliva na stabilnost in aktivnost encima. V diplomskem delu je prikazana študija imobilizacije encima alkohol dehidrogenaze (ADH) na magnetne maghemitne nanodelce, prevlečene s karboksimetil dekstranom (CM-dekstranom). Imobiliziranemu encimu smo aktivnost določali po encimskem testu z merjenem absorbance s spektrofotometrom pri 340 nm, preostalo specifično aktivnost pa izračunali s primerjanjem aktivnosti imobiliziranega z aktivnostjo prostega encima. Določevali smo tudi učinkovitost imobilizacije, in sicer z merjenjem koncentracije proteinov po Bradfordovi metodi pri valovni dolžini 595 nm. Cilj je bil ugotoviti optimalne imobilizacijske pogoje za čim višjo preostalo specifično aktivnost imobiliziranega encima. Pogoje smo spreminjali postopoma in v vsakem naslednjem koraku uporabili optimalne pogoje prejšnjega koraka. Osnovna imobilizacija je potekala 2 uri na 20 °C, hitrost stresanja je bila 300 rpm, pH imobilizacijskega medija pa 7.5, na delce smo dodali 4 % (v/v) epiklorohidrina (ECH) in 0.02 mg/mL encima ADH. Na začetku smo raziskovali vpliv koncentracije ECH, ugotovili smo, da dobimo najvišje preostale aktivnosti imobiliziranega encima pri 4 % (v/v). Naslednji parameter je bila temperatura, ki smo jo za optimalne rezultate znižali na 4 °C. Povečali smo tudi hitrost stresanja na 500 rpm. Najvišje preostale aktivnosti imobiliziranega encima za optimalen pH medija, čas imobilizacije in koncentracijo encima pa so ostale enake, kot pri osnovni imobilizaciji, torej pH 7.5, čas imobilizacije 2 uri in koncentracija encima 0.02 mg/mL. Raziskovali smo tudi stabilnost imobiliziranega encima po 3 h, 5 h in 24 h na 20 °C in 40 °C, za encim, imobiliziran v osnovnih in optimalnih pogojih. Preverjali smo tudi možnosti shranjevanja imobiliziranega encima na 4 °C, za osnovno imobilizacijo 22 dni, za optimalno pa 30 dni. V obeh primerih smo ugotovili, da imobiliziran encim dobro ohranja aktivnost tudi po daljšem časovnem obdobju.
Keywords: alkohol dehidrogenaza, CM-dekstran, imobilizacija, maghemitni nanodelci, preostala specifična aktivnost, stabilizacija encima
Published in DKUM: 03.04.2019; Views: 1346; Downloads: 122
Full text (2,07 MB)