Basfia succiniciproducens növekedése és metabolit termelése különböző szubsztrátok felhasználása mellett

Abstract

Jelenkori életünk elképzelhetetlen műanyagok nélkül. A széles körben elterjedt műanyagok problematikája viszont nemcsak az előállítás, hanem a felhasználást követően a lebomlás vagy újrahasznosítás során is jelentkezik. A vegyipar által szintetizált polimerek jelen pillanatban még javarészt fosszilis energiahordozókra alapulnak, valamint a hulladék kezelése révén is jelentős mennyiségű nem megújuló energiaforrást használunk fel. Mindezt számításba véve nyilvánvalóvá válik, hogy olyan módszerek kifejlesztésére és gyakorlatba ültetésére van szükség, úgy a műanyagok előállításával, mint a termékek életciklusával kapcsolatban, amelyek ezen fent említett negatív környezeti hatásokat csökkentik. A közelmúltban a biotechnológia és a nagy áteresztőképességű technológiák rohamos fejlődésével olyan új irányvonalakat ismerhettünk meg, melyekkel az előbbiekben felsorakoztatott problematikák orvosolhatók és a vegyipart tehermentesíthetik. A borostyánkősav egy ilyen, alternatív alapmolekula, melyet bioszintetikus úton gyártanak különféle mikroorganizmusokat felhasználva. Az iparban már alkalmazott természetes termelő törzsek az Actinobacillus succinogenes, Mannheimia succiniciproducens, Basfia succiniciproducens, Saccharomyces cerevisiae, illetve az anyagcsere mérnökséggel tervezett Escherichia coli is. Jelen értekezésben a Basfia succiniciproducens törzset és a hozzá tartozó számítógépes (in silico) metabolikus modellt felhasználva különféle elemzéseket és vizsgálatokat végeztem a törzs szaporodását és metabolikus termelőképességét illetően. A kutatásomat két nagy fázisra bonthatom: első lépésben az in silico metabolikus modell bővítésére, és az ezzel való elemzésekre fektettem a hangsúlyt, míg második lépésben laboratóriumi körülmények között vizsgáltam a törzs metabolikus termelőképességét, egészen a borostyánkősav termelési technológiát megalapozó bioreaktorban végzett kísérletekig. Gyakorlati kísérletek során széles szubsztrát spektrumot vizsgáltam mikrolemezes kísérletekben. Ezt követően nagyobb térfogatban (lombikban) elemeztem a törzset. Végül bioreaktorban, szabályozott körülményen adatokat gyűjtöttem a törzs metabolikus profilját illetően. Az innen származó adatokat pedig, visszacsatolásként egy újabb számítógépes predikció (előrejelzés) végrehajtására használtam fel. Az in silico elemzéseimből kiderül, hogy a modell kibővítésével a két újonnan integrált szubsztrát esetében - xilóz és glicerin - is elvégezhetők mennyiségi előrejelzések a borostyánkősav hozamára vonatkozóan. Laborkísérleteim rámutattak arra, hogy a vizsgált baktériumtörzs széles spektrumú szubsztrát hasznosító képességgel rendelkezik, valamint az alkalmazott gázkeverék jótékony hatással van a törzs biomassza és borostyánkősav mennyiségére.