Original title:
Studium metabolismu bakteriálních buněk a vlivu stresu na biosyntézu PHA
Translated title:
Metabolism of Bacterial Cells and the Effect of Stress on Biosynthesis of PHA
Authors:
Kučera, Dan ; Kráčmar, Stanislav (referee) ; Ondrejovič,, Miroslav (referee) ; Obruča, Stanislav (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2019
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická Abstract:
[cze][eng]
Předložená dizertační práce se zabývá studiem biosyntézy polyhydroxyalkanoátů, jakožto mikrobiálního produktu s potenciálem nahradit současné konvenční plasty vyráběné z ropy. Dizertační práce je vypracovaná ve formě diskutovaného souboru již uveřejněných publikací, které jsou pak součástí práce ve formě příloh. Práce navazuje na poměrně rozsáhlé znalosti v oblasti produkce polyhydroxyalkanoátů a přináší nové skutečnosti a možné strategie. V rámci práce byly testovány rozličné možnosti analýzy polyhydroxyalkanoátů pomocí moderních metod, které přináší především rychlost, která může být klíčová při „real-time“ evaluaci produkčního biotechnologického procesu. Ramanova spektroskopie se ukázala jako velice perspektivní technika pro rychlou kvantifikaci PHA. Dále se práce zabývá valorizací odpadů potravinářského a zemědělského původu. Důraz je kladen především na metody detoxifikace hydrolyzátů lignocelulózy. V tomto kontextu byla poprvé využita adsorpce inhibitorů na lignin jako alternativa k dalším detoxifikačním technikám. Vybrané produkční kmeny Burkholederia cepacia a B. sacchari byly díky detoxifikaci schopné utilizovat hydrolyzát měkkého dřeva pro produkci PHA. V další části práce byla testována také možnost využítí kuřecího peří jako komplexního zdroje dusíku. V rámci práce bylo také využito evoluční inženýrství jako možná strategie pro eliminaci inhibičního účinku kyseliny levulové – mikrobiálního inhibitoru, který vzniká při hydrolýze lignocelulózových materiálů. Adaptačními experimenty byly z původního divokého kmene C. necator vyvinuty kmeny projevující se vyšší odolností ke kyselině levulové a schopné akumulovat kopolymer s vyšším zastoupením 3HV. Dalším slibným přístupem testovaným v rámci práce bylo využití extrémofilního mikrobiálního kmene, což vede ke snížení nákladů na biotechnologickou produkci. Vybrané druhy rodu Halomonas prokázaly vysoký potenciál jako halofilní producenti PHA. Závěrečná část práce se věnovala výběru produkčního kmene s ohledem na vlastnosti výsledného PHA. Kmen Cupriavidus malaysiensis byl vybrán za účelem produkce terpolymeru P(3HB-co-3HV-co-4HB) u kterého byly odhaleny značné rozdíly v materiálových vlastnostech oproti P3HB.
This thesis deals with the study of polyhydroxyalkanoate biosynthesis as a microbial product with the potential to replace current conventional plastics made from petroleum. The dissertation thesis is elaborated in the form of a discussed set of already published publications, which are then part of the thesis in the form of appendices. The work builds on relatively extensive knowledge in the field of polyhydroxyalkanoate production and brings new facts and possible strategies. Various possibilities of analysis of polyhydroxyalkanoates using modern methods were tested in this work, which brings especially speed, which can be crucial in real-time evaluation of production biotechnological process. Raman spectroscopy has proven to be a very promising technique for rapid quantification of PHA. Furthermore, the work deals with valorisation of waste of food and agricultural origin. Emphasis is placed on methods of detoxification of lignocellulose hydrolysates. In this context, adsorption of inhibitors to lignin was first used as an alternative to other detoxification techniques. Due to detoxification, selected production strains Burkholederia cepacia and B. sacchari were able to utilize softwood hydrolyzate for PHA production. In the next part of the work was also tested the possibility of using chicken feathers as a complex source of nitrogen. Evolutionary engineering was also used as a possible strategy to eliminate the inhibitory effect of levulic acid as a microbial inhibitor that results from the hydrolysis of lignocellulosic materials. Adaptation experiments were used to develop strains exhibiting higher resistance to levulic acid and the ability to accumulate a higher 3HV copolymer from the original wild-type C. necator strain. Another promising approach tested in the work was the use of extremophilic microbial strain, which leads to a reduction in the cost of biotechnological production. Selected Halomonas species have shown high potential as halophilic PHA producers. The final part of the thesis was devoted to the selection of the production strain with regard to the properties of the resulting PHA. The Cupriavidus malaysiensis strain was selected to produce a P(3HB-co-3HV-co-4HB) terpolymer which revealed significant differences in material properties over P3HB.
Keywords:
biopolymer; evolutionary engineering; extremophilic microorganism; lignocellulosis; Polyhydroxyalkanoates; Raman spectroscopy; valorization of waste; biopolymer; evoluční inženýrství; extrémofilní mikroorganismy; lignocelulóza; Polyhydroxyalkanoáty; Ramanova spektroskopie; valorizace odpadu
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/184088
guest ::
