Original title:
Studium metabolismu polyhydroxybutyrátu a glykogenu u cyanobakterií
Translated title:
Study on metabolism of polyhydroxybutyrate and glycogen in cyanobacteria
Authors:
Drinka, Jakub ; Slaninová, Eva (referee) ; Obruča, Stanislav (advisor) Document type: Master’s theses
Year:
2022
Language:
slo Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická Abstract:
[slo][eng]
Predložená diplomová práca mala za cieľ zaviesť metodiku pre kvantifikáciu glykogénu v cyanobakteriálnych bunkách a posúdiť u nich vplyv osvitu a ďalších parametrov na akumuláciu zásobných polymérov, glykogénu a polyhydroxyalkanoátov (PHA), konkrétne poly(3-hydroxybutyrátu) (PHB). Experimenty boli realizované s využitím dvoch kmeňov, menovite Synechocystis sp. PCC 6803 a Synechocystis salina CCALA 192, ktorých rast bol pozorovaný pri kultiváciách v Erlenmayerových bankách (EB) aj v multikultivátore (MK). Na základe sledovanej literárnej rešerše a prevedenej optimalizácie bola zavedená metodika pre kvantifikáciu glykogénu v cyanobakteriálnych bunkách. Pozorovanie vplyvu osvitu spočívalo v kultivácií v dusík-deficientnom médiu M22O, u prvého zmieneného spôsobu bol svetelný režim pri raste kultúr v časovom rámci 16 hodín svetla a 8 hodín tmy. Po vyčerpaní dusikatých zásob v médiu došlo u buniek k typickému prechodu do dormantného chlorotického stavu a boli rovnomerne prerozdelené – časť bola nasledujúcich 5 dní kultivovaná v tme a zvyšok pokračoval v predošlom iluminačnom nastavení. Výsledky ukázali u Synechocystis sp. PCC 6803 pokles hladiny oboch zásobných polymérov vplyvom tohto stresu. Naopak u druhej kultúry, Synechocystis salina CCALA 192, bola časť glykogénu odbúraná po zastavení osvetlenia za biosyntézy PHB, avšak koncentrácia polyesteru nedosiahla vyšších hodnôt, ako v kultúrach na svetle. Rovnako tak bol pozorovaný negatívny vplyv zmeny svetelného režimu na hladinu biomasy, naopak koncentrácia fotosyntetických pigmentov bola ovplyvnená pozitívne, nakoľko bunky ďalej nedegradovali svoje fotosystémy vplyvom chlorózy. Pokusy v MK prebiehali s využitím toho istého minerálneho média, ale s nepretržitým 24 hodinovým osvetlením a na konci s rovnakou tmavou/svetlou periódou. Synechocystis sp. PCC 6803 v týchto experimentoch nasledovala iný trend, kedy v tmavých podmienkach nedošlo k odbúravaniu PHB (ani k jeho syntéze), ale iba k poklesu hladiny glykogénu. Synechocystis salina CCALA 192 sa správala obdobne, ako pri kultiváciách v EB, produkovala však takmer 4-násobne viac polyesterových granúl, než prvý použitý kmeň. Nakoľko výsledky nadobudnuté z MK boli zaťažené veľkými odchýlkami a nepravidelnosťami spôsobenými radou nevýrazných rozdielov v kultivačných podmienkach, neboli posúdené ako vhodné z hľadiska vyslovovania záverov o vplyve osvitu na akumuláciu týchto polymérov. Na základe toho sa v druhej časti tieto kultivácie zamerali skôr na sledovanie možnej produkcie kopolymérov PHA v prítomnosti známych prekurzorov. Analýzy však nepotvrdili ani v jednom prípade prítomnosť inej monomérnej jednotky, ako 3-hydroxybutyrátu (3HB).
The submitted diploma thesis is focused on establishing a quantification method for glycogen analysis in cyanobacterial cells in order to be able to consider the impact of illumination and other parameters on accumulation of reserve polymers, glycogen and polyhydroxyalkanoates (PHA), namely poly(3-hydroxybutyrate) (PHB). The experiments were conducted with two cyanobacterial species, Synechocystis sp. PCC 6803 and Synechocystis salina CCALA 192, which were grown both in Erlenmayer flasks (EF) and multicultivator (MC). The methodology for glycogen accumulation was introduced based on available literature and conducted optimalization. The effect of different illumination conditions was observed in a nitrogen-limiting media M22O, in which half of the cultures were cultivated with a 16 hours of light and 8 lights of darkness periods (EF) for the whole duration of the experiment. Others were transfered into full-time dark period after entering the dormant chlorosis state, following the exhaustion of nitrogen levels in the media. Synechocystis sp. PCC 6803 showed a decrease in both of the reserve polymers accumulation when introduced to this type of stress conditions. On the other hand, Synechocystis salina CCALA 192 converted some of the glycogen into PHB in the dark, but the polyester levels were lower than those of the cultures continuously cultivated under the lamp. A negative effect on the biomass concentration was also detected, while cyanobacterial pigments seemed to be unaffected by the lack of light, their levels in the EF that remained illuminated decreased due to chrolosis. The experiments in the MC were conducted in the same way, but the light period consisted of constant, 24-hour illumination. Synechocystis sp. PCC 6803 seemed to follow a different trend than in cultivations in EF, the PHB concentration was not affected by the dark period and remained on the same amounts, while glycogen was metabolised. Synechocystis salina CCALA 192 increased its polyester reserves in the darkness and in comparison with the first species accumulated almost 4 times more PHB. However, the results acquired from cultivations in MC seemed to be very unequal due to a lot of small differences in the cultivation conditions. That was the reason why in the later stages of experiments they were focused more on a possible PHA copolymer formation, rather than comparing the functions of these two reserve polymers in the light/dark cycles. However, none of the cultivations was succesful in this matter and no monomer other than 3-hydroxybutyrate (3HB) was detected in the dried biomass.
Keywords:
cyanobacteria; glycogen; impact of illumination; mixotrophic cultivations; photoautotrophic cultivations; Polyhydroxyalkanoates; reserve polymers; Synechocystis salina CCALA 192; Synechocystis sp. PCC 6803
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/11012/204449
guest ::
