|
|
Optimalizace podmínek kultivace řasových kultur ve fotobioreaktorech
Byrtusová, Dana ; Márová, Ivana (oponent) ; Kočí, Radka (vedoucí práce)
Předložená diplomová práce je zaměřena na optimalizaci kultivace kmenů Hameatococcus pluvialis ve fotobioreaktorech a biotechnologickou produkci astaxanthinu. V teoretické části byly shrnuty poznatky o podmínkách pro optimální růst a produkci sekundárních metabolitů. Dále byly charakterizovány aktuální kultivační systémy a možnosti monitoringu metabolitů a živin. V rámci experimentální části byla stanovena růstová charakteristika kmenu z Březové nad Svitavou HMP – CCALA 375 za optimálních podmínek na bílém a červeném světle. V průběhu růstu kultury byl studován také profil karotenoidů a jejich koncentrace. Vyšší výtěžek biomasy byl dosažen v kultivaci s bílým světlem (0,939 g/l). Z hlediska obsahu karotenoidů byly u obou kultivací dominujícími pigmenty lutein a -karoten. Další experimenty byly zaměřeny na stanovení optimálních růstových podmínek pro vybrané čtyři kmeny H. pluvialis z Německa, Ameriky, Afriky a Švýcarska. Jako nejvhodnější médium pro kultivaci bylo vyhodnoceno BBM, naopak nejhorší výsledky byly zaznamenány u BG11. Teplota kultivace 22°C byla v předchozích experimentech stanovena jako optimum pro srovnávací kmen HMP - CCALA 375. Vybrané čtyři kmeny byly podrobeny kultivaci nejen při 22°C, ale i při teplotě 25 °C. Kultivace při vyšší teplotě se ukázala být vhodná hlavně pro švýcarský, německý i africký kmen. Analýzou změny osvětlení bylo zjištěno, že je výhodnější kulturu předem adaptovat na nižší osvětlení (50 µmol fotonů•m^-2•s^-1) a poté zvýšit intenzitu na 100-150 µmol fotonů•m^-2•s^-1. Nejlepších růstových výsledků dosahoval švýcarský kmen, který by mohl být využitelný pro komerční produkci astaxanthinu. V poslední části práce byl zkoumán vliv stresových podmínek na produkci astaxanthinu kmenem z Březové nad Svitavou HMP – CCALA 375. Jako stresové faktory byly použity vysoké osvětlení (1 000 µmol fotonů•m^-2•s^-1), nízká koncentrace dusíku (32,96 mg/l), přídavek chloridu sodného (0,5%), vliv octanu sodného (2,2 mM) a kombinace chloridu a octanu sodného (0,5% NaCl, 2mM NaAc). Při vysokém osvětlení (1 000 µmol fotonů•m^-2•s^-1) bylo dosaženo největší akumulace astaxanthinu, která přesahovala 20 mg/g sušiny. Významný výtěžek byl pozorován i v kultivaci s přídavkem octanu sodného (9,2 mg/g) vzhledem k publikovaným hodnotám [103, 105]. Naopak minimální nárůst vykazovala kultura rostoucí v prostředí solného stresu (3,8 mg/g). V navazujících experimentech bude zkoumán vliv vhodných kombinací stresových faktorů nejen na kmen HMP – CCALA 375, ale i na jiné perspektivní kmeny H. pluvialis s cílem dosáhnout nadprodukce astaxanthinu významné pro velkoobjemovou kultivaci.
|
|
|
Produkce vybraných kvasinkových metabolitů využitelných do potravinových doplňků
Němcová, Andrea ; Čertík, Milan (oponent) ; Vávrová, Milada (oponent) ; Márová, Ivana (vedoucí práce)
Karotenoidy sú prirodzene sa vyskytujúce pigmenty rastlín, ktoré sú tiež produkované mnohými baktériami a hubami. Predstavujú jednu z najviac rozšírených skupín prírodných antioxidantov s významnými biologickými účinkami a mnohými priemyselnými aplikáciami. V tomto smere je zvýšený záujem o karotenoidy ako prirodzené antioxidanty, ktoré majú mimo iné schopnosť znižovať prejavy chronických ochorení, patologických stavov u ľudí a celkovo spomaľujú proces stárnutia. Používajú sa prevažne v potravinárskom priemysle, ale hojne sú využívané aj v chemickom, farmaceutickom či kozmetickom priemysle. Jednou z možností získavania týchto látok je využívanie potenciálu červených kvasiniek, ktoré sú schopné prevádzať rôzne substráty v karoténové pigmenty. V predloženej práci boli testované kvasinky patriace do rodov Rhodotorula, Sporobolomyces a Cystofilobasidium z hľadiska využívania vybraných odpadových substrátov. Boli tiež podrobené náhodnej mutagenéze za účelom zvýšenia produkcie biomasy a špecifických metabolitov – karotenoidov a iných lipidických látok. Ako alternatívne nutričné zdroje boli testované odpadové substráty z poľnohospodárskej a potravinárskej výroby (repka, ryža, pšeničné otruby, jablčná vláknina, cestoviny a lignocelulózové materiály). V niektorých produkčných médiách boli odpadové materiály hydrolyzované extracelulárnymi hydrolytickými enzýmami alebo komerčnými enzýmami za cieľom rozloženia komplexných sacharidických substrátov na jednoduché cukry utilizovateľné kvasinkami. Všetky testované kvasinkové kmene boli schopné využívať tieto odpadové materiály ako jediný zdroj uhlíka a zároveň produkovať pigmenty a obohatenú biomasu. V tejto práci bola študovaná charakterizácia karotenogénnych kvasiniek využitím molekulárnych techník. K tomuto účelu boli amplifikované medzidruhové konzervované sekvencie genómovej DNA, špeciálne oblasti rDNA D1/D2 ribozomálnej podjednotky a úseky ITS1 a 5,8-ITS2 rDNA. Tieto sekvencie boli podrobené analýze pomocou metódy DGGE k porovnaniu odlišností medzi jednotlivými karotenogénnymi kvasinkami. Technika izolácie intaktnej DNA bola optimalizovaná pre karyotypovú charakterizáciu kvasiniek metódou pulznej elektroforézy (PFGE). Jednotlivé karyotypy testovaných kvasiniek obsahovali viditeľné odlišnosti medzi kvasinkovými druhmi a rodmi.
|
|
|
Využití odpadních surovin k produkci obohacené kvasinkové biomasy
Starečková, Terezie ; Demnerová, Kateřina (oponent) ; Vávrová, Milada (oponent) ; doc.PharmDr.Petr Babula, Ph.D. (oponent) ; Márová, Ivana (vedoucí práce)
Kvasinky jsou stejně jako ostatní organismy neustále vystavovány vlivům okolního prostředí. Jejich přežití závisí na dovednosti přizpůsobit se environmentálním změnám včetně schopnosti využívat různé alternativní zdroje živin. V předložené disertační práci byly karotenogenní kvasinky patřící mezi rody Rhodotorula, Sporobolomyces a Cystofilobasidium testovány z hlediska využitelnosti vybraných odpadních substrátů a rovněž podrobeny souběžně účinkům několika typů exogenního stresu a mutacím za účelem zvýšení produkce mikrobiální biomasy obohacené specifickými metabolity. Jako alternativní nutriční zdroje pocházející z odpadních substrátů ze zemědělské a hospodářské výroby byly testovány jablečné slupky, vláknina, kukuřičné klíčky a další. Kvasinky byly dále vystaveny působení osmotického, oxidačního a kombinovaného stresu (přídavky NaCl a H2O2 o různých koncentracích do kultivačních médií), dále iontů kovů selenu a chromu v koncentracích 0,01 mM, 0,1 mM a 1 mM. Testoval se také vliv mutagenu ethylesteru kyseliny metansulfonové. Při provedených experimentech se sledovala schopnost adaptace buněk, morfologické změny, zabarvení médií produkovanými pigmenty, tvorba některých významných kvasinkových metabolitů a změny ve fragmentaci chromozomální DNA. Za účelem vyhodnocení potenciálních změn v kvasinkovém genomu po působení mutagenu a stresových faktorů se optimalizovaly metody izolace intaktní chromozomální DNA a následná analýza pulsní gelovou elektroforézou. Množství produkovaných metabolitů se analyzovalo zejména pomocí RP-HPLC s UV/VIS a MS detekcí. V práci bylo prokázáno, že většina kmenů je schopna využívat studované odpadní substráty a produkovat na nich vybrané cílové metabolity. Biomasa se např. u R. aurantiaca na jablečné vláknině pohybovala kolem 7 g/l a u C. capitatum při kultivaci na neupravené syrovátce dosahovala 9 g/l. Vyprodukované množství karotenoidů činilo u R. aurantiaca při kultivacích na pšeničné kaši a kukuřičných klíčcích s enzymatickou hydrolýzou F. solani 1,01 mg/g, u S. roseus na těstovinách až 4,3 mg/g. Hodnoty syntézy ergosterolu se u R. aurantiaca pohybovaly na jablečných slupkách kolem 4,8 mg/g, u S. roseus při kultivaci na těstovinách s enzymatickou hydrolýzou P. chrysosporium 8,9 mg/g. Nejvhodnějším substrátem pro produkci biomasy a indukci karotenoidů jsou odpady obsahující směs jednodušších a složených sacharidů obohacená o přídavek dusíkatých látek. Potenciální cytotoxický účinek stresových faktorů o nízkých koncentracích nebyl prokázán. Genom karotenogenních kvasinek se podařilo rozdělit optimalizovanou metodou PFGE, karyotypy jednotlivých zástupců obsahují 11 a více chromosomů s viditelnými odlišnostmi mezi jednotlivými druhy i rody. V rámci zahraniční stáže se testovala schopnost rekombinantní kvasinky S. cerevisiae přeměňovat xylózu na xylitol, čímž by se dosáhlo zvýšení produkce bioethanolu jakožto náhradního zdroje paliv. Ukázalo se, že jak využitím ligninocelulózových materiálů k produkci biolihu, tak i různých odpadních substrátů k mikrobiální syntéze karotenoidů by vedlo ke snížení průmyslových výrobních nákladů na produkci kvasinkových metabolitů, jakož i ke snížení negativní zátěže na životní prostředí.
|
|
|
Molecular Study of Intracellular Changes as Response of Microorganisms to Environment
Čarnecká, Martina ; Kráčmar, Stanislav (oponent) ; Márová, Ivana (vedoucí práce)
In nature yeast cells live in a rapidly changing environment. In order to survive constant fluctuations in their external surroundings cells quickly and effectively adapt their internal systems to meet the challenges of each new environment. One aspect of this cellular adaptation is the reorganization of genomic expression to the program required for growth in each environment. This genomic reorganization results in altered cell’s metabolome and physiology. The molecular responses elicited by the cells dictate whether the organism adapts, survives or, if injured beyond repair, undergoes death. In this work, genomic, proteomic and metabolic profiles of some carotenogenic yeasts grown in optimal and stress conditions were compared. To increase the yield of carotenoid pigments, several types of environmental changes as well as nutrition stress were applied. Yeasts were cultivated under osmotic, oxidative and metal stress, on different carbon sources or on various waste materials (whey, potato extract). Some chemical and UV mutants were also prepared and tested. Changes on yeast metabolome level were studied by RP-HPLC/MS technique used to carotenoid analysis. Another possibility to study stress response is preparation of transformed cells with deletion of definite genes. For setup, the method was first optimized for fission yeasts Schizosaccharomyces pombe. Technique is based on knockout constructs that contain regions homologous to the target gene cloned into vectors carrying dominant drug-resistance markers. As transformation vector plasmid pCloneKanmx confering resistance to geneticine was used. The vector and constructs were digested by relevant restriction endonucleases, ligated, amplified in E.coli and transformed into the yeast Schizosaccharomyces pombe sp286. Positive transformants were selected according to resistance to geneticine and checking PCR products. By analysis of transformants proteins required for meiotic chromosome segregation were identified.
|
|
|
Regulace produkce lipidů a lipidických metabolitů u kvasinek
Rapta, Marek ; Breierová, Emília (oponent) ; Márová, Ivana (vedoucí práce)
U oleogénnych kvasiniek dochádza za vhodných podmienok k nadprodukcii a následnej akumulácii lipidov a lipidických látok. Touto vlastnosťou sa vyznačujú aj červené kvasinky, ktoré okrem lipidov produkujú aj karotenoidy – prírodné pigmenty využívané v potravinár-stve a doplnkoch stravy. Práca bola zameraná na skríning produkčných vlastností kmeňov Cystofilobasidium capitatum, Rhodotorula glutinis, Sporobolomyces roseus a Sporobolomy-ces shibatanus. Ako zdroje uhlíka boli zvolené glukóza a glycerol ako odpadný produkt pri produkcii biopalív. Najlepšie produkčné vlastnosti sa prejavili pri kmeňoch Cystofilobasidium capitatum a Rhodotorula glutinis. Pri nich došlo k zvýšeniu akumulovaných lipidov za súčasnej produkcie vyšších koncentrácii karotenoidov. Kmene boli testované metódou FTIR spektroskopie, ktorá umožňuje vysokovýkonnú, nenáročnú a presnú analýzu.
|
|
|
Možnosti enkapsulace přírodních antioxidantů
Štindlová, Jitka ; Obruča, Stanislav (oponent) ; Márová, Ivana (vedoucí práce)
Tato diplomová práce ve své teoretické části popisuje základní vlastnosti antioxidantů, především pak fenolických látek a anthokyanů, dále také přibližuje základní vlastnosti a principy vzniku volných radikálů. V teoretické části jsou také popsány různé způsoby enkapsulace antioxidantů do lipidických i polysacharidických částic. V experimentální části práce jsou popsány základní charakteristiky extraktů vybraných lyofilizovaných druhů ovoce a zeleniny – mrkve, jablek a směsi lesního ovoce. Jako skupinové parametry byly v extraktech stanovovány celková antioxidační aktivita, obsah polyfenolických a flavonoidních látek, anthokyanových a karotenoidních barviv a také obsah kyseliny askorbové. Dále jsou v experimentální části popisovány různé enkapsulační techniky, metody stanovení enkapsulační účinnosti jednotlivých postupů, stability a velikosti vzniklých částic. V práci bylo zjištěno, že ve většině zkoumaných vzorků i u většiny parametrů lze jako nejvýhodnější metodu enkapsulace z hlediska enkapsulační účinnosti vyhodnotit ethanolové vstřikování. Na druhou stranu jsou však částice připravené ethanolovým vstřikováním nejméně stabilní z hlediska zeta-potenciálu a z toho vyplývá jejich tendence vytvářet agregáty a shlukovat se. Naopak nejstabilnější se jeví částice připravené metodou odpařování na tenké vrstvě (TLE) a odpařování na tenké vrstvě s reverzními fázemi (RP-TLE). Částice připravené metodami TLE, RP-TLE a chitosan-alginátové částice měly záporný náboj, částice připravené ethanolovým vstřikováním měly náboj pohybující se kolem nuly a chitosanové částice měly kladný náboj.
|
|
|
Produkce karotenoidů kvasinkami rodu Cystofilobasidium
Vavrysová, Alena ; Kočí, Radka (oponent) ; Márová, Ivana (vedoucí práce)
Karotenoidy jsou významné průmyslové pigmenty přítomné prakticky ve všech živých organismech. Cílem předložené práce bylo studium regulace produkce karotenoidních pigmentů kvasinkami rodu Cystofilobasidium s využitím exogenních stresových faktorů. Růstová křivka kvasinky C. capitatum vykazuje podobně jako ostatní karotenogenní kvasinky dvoustupňový průběh s prodlouženou stacionární fází a s maximem produkce biomasy i beta-karotenu ve 103. hodině. Aplikované stresové faktory (2-5% NACl, 2-5 mM peroxid, 0,01 - 1 mM Se (IV), 0,1-5 mM Cr(III)) neměly významný vliv na tvorbu biomasy, která dosahovala průměrně 8-9 g/l. Výrazně pozitivní efekt vykazoval 5mM Cr, v jehož přítomnosti množství biomasy dosáhlo hodnoty 10 g/L. Tvorbu -karotenu pozitivně ovlivňovala řada aplikovaných stresových faktorů, nejvyšší výtěžek (695 g/g) byl dosažen v přítomnosti 0,1 mM Se. Tvorba ergosterolu nebyla regulována souběžně s karotenoidy jako u jiných karotenogenních kmenů. Produkční vlastnosti kvasinky C. capitatum za stresových podmínek byly srovnány s produkcí biomasy a pigmentů u kvasinek rodů Rhodotorula a Sporobolomyces. Kvasinka C. capitatum produkuje srovnatelné množství biomasy jako kvasinky rodu Rhodotorula v přítomnosti NaCl. Produkce -karotenu vykazovala vyšší hodnoty (502 g -karotenu/g) než kvasinky rodu Rhodotorula, avšak nižší hodnoty než zástupci rodu Sporobolomyces, u nichž však byla podstatně nižší produkce biomasy. Karyotyp kvasinky Cystofilobasidium se poměrně značně liší od karyotypů kvasinek rodů Rhodotorula i Sporobolomyces. Ze souhrnu dosavadních výsledků vyplývá, že kvasinka Cystofilobasidium capitatum vykazuje podobné fyziologické i produkční vlastnosti jako průmyslové kvasinky rodu Rhodotorula. I přes určité odlišnosti lze tyto kvasinky považovat za potenciální průmyslově využitelné kmeny k produkci karotenoidních pigmentů i biomasy obohacené karotenoidy a přídavkem biogenních prvků.
|
|
|
Stanovení beta-karotenu v ječmeni metodou HPLC
Puč, Vojtěch ; Maleček, Miroslav (oponent) ; Prýma, Jaroslav (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá problematikou přírodních antioxidantů obsažených v obilovinách a zvláště v ječmeni (Hordeum vulgare). Pozornost se zaměřuje především na karotenoidy. Teoretická část shrnuje poznatky o obsahu antioxidantů v obilovinách a o jejich zdravotním významu. Byla vypracována také rešerše na téma metody stanovení karotenoidů. V experimentální části byla optimalizována metoda stanovení beta-karotenu pomocí vysokoúčinné kapalinové chromatografie s detektorem diodového pole a s hmotnostním detektorem (HPLC/DAD/APCI-MS). Tato metoda byla využita ke stanovení beta-karotenu a luteinu ve vzorcích zrna ječmene, sladu a zeleného ječmene. Metoda zahrnuje zmýdelnění vzorků, extrakci diethyletherem, separaci na koloně ODS Hypersil 250x4,6 mm za použití mobilní fáze MTBE/MeOH (20:80) a spektrofotometrickou detekci při 450 nm. Kvantitativní analýza byla realizována v systému HPLC/DAD. Hmotnostní detektor byl využit pro identifikaci analytů. V této práci jsou uvedeny některé dosud nepublikované údaje o obsahu beta-karotenu a luteinu v několika odrůdách sladovnického ječmene, sladu a v zeleném ječmeni. Nejvyšší hodnoty beta-karotenu byly naměřeny ve vzorku zeleného ječmene odrůdy Malz, sklizeného v 1. fázi růstu (8,49 mg/kg sušiny). Obsah beta-karotenu v zrnu ječmene je relativně nízký (0,07-0,14 mg/kg sušiny). Ve sladu vyrobeném z tohoto ječmene je obsah beta-karotenu několikrát vyšší (0,24-0,56 mg/kg sušiny). Diplomová práce byla realizována ve Výzkumném ústavu pivovarském a sladařském a. s. v Brně.
|
|
|
Sledování metabolických změn karotenogenních kvasinek v závislosti na podmínkách kultivace
Starečková, Terezie ; Breierová, Emília (oponent) ; Márová, Ivana (vedoucí práce)
Cílem diplomové práce koncipované jako srovnávací studie bylo studium regulace produkce karotenoidů a ergosterolu u několika druhů karotenogenních kvasinek. Kmeny byly vystaveny působení exogenních stresových faktorů vyvolaných přídavky NaCl a H2O2 do produkčních médií. Posléze byly zkoumány komplexní změny na úrovni metabolomu (tj. v produkci pigmentů a ergosterolu), ale také změny na úrovni proteomu a genomu. Analýza proteinových změn byla provedena metodami PAGE-SDS a 2D elektroforézou, pro izolaci a následnou analýzu chromozomální DNA bylo využito pulzní gelové elektroforézy. Do srovnávací studie bylo zařazeno celkem šest kvasinkových kmenů, tři patřící do rodu Rhodotorula a tři zástupci rodu Sporobolomyces. Zatímco kvasinky Rhodotorula byly charakteristické zvýšenou tvorbou biomasy a některých karotenoidů i při vystavení stresovým podmínkám, kvasinky rodu Sporobolomyces se vyznačovaly poklesem biomasy a rovněž zvýšenou tvorbou ß-karotenu a ergosterolu. Nejvyšší produkce ß-karotenu byla zaznamenána u kvasinky Sporobolomyces salmonicolor, kdy při využití solného stresu byl nárůst zvýšen až 4x oproti kontrolnímu vzorku a při použití peroxidového stresu více než 5x. Bílkoviny vybraných kvasinkových kmenů kultivovaných za stresových podmínek byly izolovány kombinací mechanické a chemické dezintegrace pomocí skleněných kuliček o průměru 160 m a dále s využitím hydroxidu sodného nebo dodecylsulfátu sodného. Metoda využívající hydroxid sodný se jevila jako výhodnější. Při vizualizaci byly vyzkoušeny také dvě metody barvení polyakrylamidového gelu. Barvení využívající Coomassie Brilliant Blue vykazovalo s nižší citlivost, zatímco barvení stříbrem umožňovalo vizualizaci i hůře viditelných proteinových frakcí. Změny proteomu v 1D gelech byly obtížně hodnotitelné, proto byl proetom dvou vybraných kmenů (R.glutinis a R.rubra) podrobně analyzován i pomocí 2D elektroforézy. Srovnávací analýza genomu karotenoidních kvasinek metodou PFGE prokázala přítomnost nejméně 7 DNA frakcí. Tyto výsledky však nelze považovat za definitivní a určení přesné struktury genomu bude vyžadovat další studium.
|
|
|
Produkce karotenoidů a obohacené kvasinkové biomasy na řepkových odpadech
Mikheichyk, Nadzeya ; Kostovová, Iveta (oponent) ; Márová, Ivana (vedoucí práce)
Karotenoidy patří k nejrozšířenějším přirozeným pigmentům s významnými biologickými účinky. V poslední době se intenzivně zkoumá mikrobiologická produkce karotenoidů namísto syntetické výroby. Cílem práce je studium produkčních vlastností karotenogenních kvasinek na odpadním řepkovém substrátu. Tato práce je srovnávací studií tří kmenů karotenogenních kvasinek: Rhodotorula glutinis, Sporobolomyces roseus a Cystofilobasidium capitatum. Kvasinky byly kultivované na různých živných médiích, kde se jako nutriční zdroj používal vybraný odpadní materiál - řepkový substrát dvou typů, které se od sebe lišily obsahem lipidů. U všech kmenů byly provedeny růstové charakteristiky na řepkovém substrátu prvního typu s nižším obsahem lipidů. Všechny studované kmeny byly schopny využívat použité odpadní substráty jako zdroj živin. Většina kmenů produkovala zvýšené množství karotenoidů, v některých případech bylo doprovázeno i relativně vysokou produkcí biomasy. Jako potenciálně nejlepšími producenty obohacené biomasy se prokázaly kvasinky Rhodotorula glutinis a Sporobolomyces roseus, které měly nejvyšší produkci všech metabolitů i biomasy v médiích s poměrem řepka:glukóza 1:3 a 1:1. Z výsledků vyplývá, že využití řepkového substrátu jako možného zdroje uhlíku ke kultivaci karotenogenních kvasinek a produkci karotenoidů a vybraných lipidů se jeví jako vhodná varianta do určitého poměru daného odpadu. Úprava řepkového substrátu s následnou kultivací je vhodný cíl k dalšímu studiu v navazujících pracích.
|
host ::
RSS.