|
|
Ramanova spektroskopie prokaryotních buněk
Večeríková, Paula ; Bernatová,, Silvie (oponent) ; Samek, Ota (vedoucí práce)
Predkladaná bakalárska práca sa zaoberá Ramanovou spektroskopiou bakteriálnych buniek. Táto metóda sa ukazuje ako veľmi vhodná na sledovanie kultivačných podmienok týchto bakteriálnych kmeňov, pretože je vo svojej podstate nedeštruktívna a rýchla v porovnaní s plynovou chromatografiou. Vďaka nedeštruktívnemu charakteru je možné zmerané bunky ďalej kultivovať. Túto analytickú metódu je ďalej možné využiť k triedeniu a výberu jedincov so zvýšenou schopnosťou tvorby PHB. Týmto výberom by bolo potom možné vybrať generáciu tzv. superproducentov PHB. Polyhydroxybutyrát (PHB) patrí do skupiny polyhdroxyalkanoátov (PHA), ktoré slúžia ako náhrada plastov z petrochemického priemyslu, ktorých spotreba narastá obzvlášť v dobe pandémie. Súčasne biodegradabilné náhrady sú na báze škrobu, čím však dochádza ku odčerpávaniu nutričného materiálu pre ľudí a zvieratá. Táto bakalárska práca môže slúžiť ako podklad ku zníženiu ceny výroby PHB, keďže výsledky môžu byť použité pri kultivácií buniek ako senzor obsahu PHB v reakcií na kmeň baktérií. V experimentálnej časti práce boli premerané Ramanové spektrá vybraných baktérií, kde výsledok ukázal najväčšiu odozvu pre PHB u Chelatococcus shambunathi a najnižšiu u termofilný izolát BZ (Paenibacillus sp.). Kvantitatívna informácia o obsahu PHA v baktériách bola zistená plynovou chromatografiou, kde najvyšší obsah mala baktéria – Chelatococcus shambunathi a naopak najnižší Termobacillus composti. Predmetom druhej časti bolo oddelenie zmesi dvoch bakteriálnych kultúr produkujúcich a neprodukujúcich PHA. Výsledkom bol jednoznačný dôkaz, že zmes je oddeliteľná na základe intenzity vybraného triediaceho parametra.
|
|
|
Příprava a aplikace částic z kopolymeru P(3HB-co-4HB)
Ostanina, Kseniia ; Sedláček, Petr (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Bakalářská práce se zabývá přípravou částic z kopolymeru poly(3-hydroxybutyrát-co-4-hydroxybutyrát). Postup je založen na rozpuštění kopolymeru v acetonu a jeho následném dávkování do anti-solventů, se kterými je aceton plně mísitelný. Teoretická část se zaměřuje na vlastnosti kopolymeru, jeho produkci a možné využití v medicínských aplikacích. V rámci experimentální části bylo vyzkoušeno kapání do vybraných anti-solventů pomocí stříkačky a pipety nad a pod hladinou kapaliny. Byly zvoleny následující anti-solventy: voda, 50 % roztok acetonu ve vodě, 75 % aceton ve vodě, methanol, 50 % methanol ve vodě, 75 % methanol ve vodě a dimethylsulfoxid (DMSO). Využívaly se tři kopolymery s různým podílem monomerních jednotek (63 %, 87 % a 33 % 4HB), který byl stanoven pomocí plynové chromatografie. Kopolymery byly získány kultivací bakteriálního kmenu Aneurinibacillus sp. H1. Výsledky svědčí o tom, že pomocí metod, popsaných v této práci, lze připravit částice o velikosti přibližně 100-500 nm. Vyrobené částice mohou být následně úspěšně využity v medicínských aplikacích.
|
|
|
Studium produkce PHA u extremofilnich zástupců rodu Bacillus a příbuzných rodů
Reinohová, Nikola ; Kouřilová, Xenie (oponent) ; Pernicová, Iva (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce je zaměřena na studium produkce polyhydroxyalkanoátů pomocí extremofilních zástupců rodu Bacillus a příbuzných rodů. V rámci práce byly zkoumány jak sbírkové mikroorganismy Ureibacillus composti DSM 171951, Alkalibacillus haloalkaliphilus DSM 5271, Alicyclobacillus acidocaldarius DSM 446, Halobacillus halophilus CCM 3527, Thermobacillus composti DSM 18247 a Bacillus licheniformis CCM 2206, tak i izolované mikroorganismy z přírodních zdrojů Aneurinibacillus thermoaerophilus LK7, Aneurinibacillus thermoaerophilus F109, Aneurinibacillus thermoaerophilus AFn2, Geobacillus thermodenitrificans F101, Geobacillus thermodenitrificans F102, Geobacillus stearothermophilus A12 a Geobacillus sp. AH11.V teoretické části jsou popsány extremofilní mikroorganismy, polyhydroxyalkanoáty a jejich využití. V experimentální části byla provedena detekce produkce PHA na úrovni genotypu pomocí metody PCR, kde byla zjišťována přítomnost PHA syntáz první a čtvrté třídy pro určité zástupce a taktéž přítomnost genu 16SrRNA. Dále byla testována produkce PHA na úrovni fenotypu, kde se testovala utilizace různých uhlíkových zdrojů a schopnost mikroorganismů tvořit s různými prekurzory kopolymery 4HB a 3HV při různých teplotách. Kopolymery jsou velice zajímavé svými vlastnostmi, díky kterým mají širokou škálu využití. Jako nejlepším zástupcem se pro produkci PHA v této práci ukázal mikroorganismus Aneurinibacillus thermoaerophilus AFn2 s produkcí PHA až 1,99 g/l a kopolymeru 3HV až 0,49 g/l.
|
|
|
Hydrogelové nosiče mikroorganismů v moderních environmentálních aplikacích
Súkeník, Martin ; Slaninová, Eva (oponent) ; Sedláček, Petr (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá optimalizací kultivace a gelace bakterie rodu Azotobacter vinelandii patřící do skupiny PGPR, která je schopná syntetizovat intracelulární polyhydroxyalkanoáty a extracelulární alginát. Bakterií produkovaný alginát je síťován pomocí roztoku chloridu vápenatého za vzniku hydrogelového nosiče obsahující zmíněnou bakterii. Tento nekonvenční koncept enkapsulace bakterií přináší zjednodušení procesu výroby hydrogelových nosičů a širší uplatnění v moderních environmentálních aplikacích. V první části práce byly vybrány tři kmeny (DSM 85, 87 a 720), při kterých byla gravimetricky stanovena koncentrace produkovaného alginátu, jeho molekulová hmotnost byla určena technikou SEC-MALS a poměr M/G podjednotek byl analyzován technikou infračervené spektroskopie. Kmen Azotobacter vinelandii DSM 87 dosáhl při gravimetrickém stanovení nejvyšší koncentraci alginátu (4,9 ± 0,6) g/l v 5. den kultivace. Koncentrace produkovaného PHB se pohybovala v rozmezí 6 až 48 % CDW, která byla určena metodou plynové chromatografie. Nicméně nejlepší gelační vlastnosti vykazoval kmen DSM 720, který byl v druhé části práce použit na podrobnější optimalizaci kultivačních podmínek, a dále na analýzu tvorby gelů při rozdílné teplotě, čase gelovatění a různé koncentraci síťovacího činidla. Vytvořené gely byly porovnané reologickým měřením pomocí amplitudového a frekvenčního testu.
|
|
|
Využití vibrační spektroskopie při in-situ kvalitativní a kvantitativní analýze polyhydroxyalkanoátů v bakteriální biomase
Kevélyová, Barbora ; Enev, Vojtěch (oponent) ; Sedláček, Petr (vedoucí práce)
Cieľom tejto bakalárskej práce bolo zhodnotiť využiteľnosť vybranej metódy vibračnej spektroskopie pre kvalitatívnu a kvantitatívnu analýzu biomasy, ktorá obsahuje polyhydroxyalkanoáty. Bola zvolená metóda infračervenej spektroskopie s Fourierovou transformáciou, ktorá využíva tzv. zoslabený úplný odraz (ATR-FTIR). Poly(3-hydroxybutyrát-co-4-hydroxybutyrát) bol skúmaný v baktériách Cupriavidus malaysiensis, Thermomonas hydrothermalis a Aneurinibacillus thermoaerophilus sp. H1. Vyhodnotením infračervených spektier boli získané dáta, ktoré sa následne porovnali s výsledkami prevedenej plynovej chromatografie. Boli tiež pozorované vizuálne zmeny v spektrách a stav kryštalinity. Pri kvantitatívnej analýze kopolyméru v biomase metódou ATR-FTIR nebola pozorovaná korelácia dát s výsledkami plynovej chromatografie. Táto metóda teda nie je vhodná pre stanovenie celkového obsahu poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) v biomase v prípade nami nastaveného experimentu a použitých baktérií. Na druhej strane bola daná metóda úspešne využitá pri kvalitatívnej analýze kopolyméru in-situ v biomase producenta Aneurinibacillus thermoaerophilus sp. H1. Miera korelácie dát bola v danom experimente dosť vysoká. ATR-FTIR je teda vhodná analytická metóda pre stanovenie monomérneho zloženia kopolyméru poly(3-hydroxybutyrát-co-4-hydroxybutyrát) priamo v biomase pri tejto baktérií. Porovnaním s producentom Cupriavidus malaysiensis sa ukázalo, že táto metóda nie je univerzálna pre všetky typy nami skúmaných mikroorganizmov.
|
|
|
Complementary analysis of procaryotic cells by electron microscopy and Raman spectroscopy
Ikrényiová, Terézia ; Sedláček, Petr (oponent) ; Hrubanová, Kamila (vedoucí práce)
This master thesis deals with conventional methods of bacterial cell analysis, polyhydroxyalkanoates, Raman spectroscopy and electron microscopy in the theoretical part. The production of polyhydroxybutyrate by selected thermophilic bacteria and their analysis by gas chromatography, cryogenic scanning electron microscopy and Raman spectroscopy is described in the experimental part. The chosen sample was analyzed by a transmission electron microscope. Comparing the results from previous mentioned methods it was found that the bacteria Schlegelella thermodepolymerans accumulated the highest amount of PHB. The lowest amount of PHB was obtained by bacteria Rubrobacter xylanophilus. The assumption that the PHB granules formed so-called needle-like plastic deformations during freeze-fracturing was affirmed by cryo-SEM photos analysis. Moreover, it was found that the bacterial cell characterization deduced from microscopic observation of samples corresponded to the description in the literature. TEM provided better resolution photos and in consequence the cells and PHB are more visible. The thesis is also focused on chemical fingerprint analysis of cells by Raman spectroscopy. Several biomolecules were identified by measured Raman spectra for the particular samples.
|
|
|
Metabolická a biofyzikální charakterizace bakteriálních buněk schopných akumulace PHA
Slaninová, Eva ; Lehocký, Marián (oponent) ; Doškař, Jiří (oponent) ; Chodak, Ivan (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Předložená disertační práce se zabývá charakterizací bakteriálních buněk schopných akumulace polyhydroxyalkanoátů (PHA). Disertační práce je vypracovaná formou komentované diskuse publikovaných prací, které jsou součástí příloh. Práce rozvíjí aktuální téma studia protektivních funkcí PHA a nově objasňuje některé protektivní mechanismy vůči vybraným stresorům. V rámci práce byly studovány protektivní účinky PHA granulí před UV zářením a osmotickým stresem, konkrétně hypotonickým prostředím. V případě expozice buněk UV zářením jsou buňky chráněny především díky rozptylu UV záření na granulích, které se vyskytují v těsné blízkosti nukleoidu. U osmotického stresu hraje klíčovou roli amorfní stav PHA granulí, který stabilizuje buněčné membrány při hypertonickém namáhání buněk, načež jsou bakteriální buňky lépe schopné odolávat přechodu do hypotonického prostředí a udržet si svoji buněčnou integritu. Obecně je možné konstatovat, že amorfní stav PHA granulí je klíčový pro zajištění správné biologické funkce PHA, ať už jako zásobního nebo protektivního polymeru. Proto jsme se v další části této práce věnovali objasnění podstaty stabilizačního mechanismu, který chrání nativní PHA granule před krystalizací a udržují tak intracelulární polymer v termodynamicky nevýhodném fázovém stavu. Na základě experimentálních poznatků, kde jsme aplikovali vybrané stresy, jsme navrhli nový model stabilizace amorfního stavu PHA granulí in vivo. Jedná se o kombinaci dvou mechanismů, kdy je z důvodu malého objemu granulí snížena rychlost krystalizace a zároveň voda přítomná v granulích plní roli nízkomolekulárního plastifikátoru. Díky metabolickému aparátu buněk jsou PHA neustále syntetizovány a zároveň degradovány, což vede k navýšení intracelulární koncentrace monomerů, které rovněž figurují v protektivním efektu PHA. V tomto kontextu jsme se tedy zaměřili na popis mechanismu kryoprotektivního účinku 3-hydroxybutyráru, monomeru nejrozšířenějšího zástupce PHA, poly(3-hydroxybutyrátu). Byl sestrojen rovnovážný a nerovnovážný fázový diagram systému 3HB-voda, díky kterému je možné konstatovat, že 3HB představuje velice efektivní kryoprotektant, což má fundamentální význam pro pochopení protektivních vlastností PHA, ale tato skutečnost může být také aplikačně využita například při úchově biologických vzorků anebo v potravinářském průmyslu.
|
|
|
Identifikace a izolace PHA produkujících bakterií
Pernicová, Iva ; Ondrejovič, Miroslav (oponent) ; Rychtera, Mojmír (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Polyhydroxyalkanoáty (PHA) jsou mikrobiální zásobní polyestery, které mohou představovat obnovitelnou a ekologicky šetrnou alternativu k petrochemickým plastům. Jejich výroba a využití jsou do velké míry znevýhodněny vysokou produkční cenou. Jednou z možností, jak snížit cenu produkce PHA, je využití extrémofilních PHA producentů, které s sebou přináší především výhody vyplývající z vysoké robustnosti procesu vůči mikrobiální kontaminaci. V předložené práci byla pozornost zaměřena na studium produkce PHA pomocí vybraných halofilních a termofilních mikroorganismů. Z halofilních mikroorganismů byly testováni především vybraní sbírkoví zástupci rodu Halomonas, a to vzhledem k jejich možnému využití k produkci PHA z levného odpadního fritovacího oleje. Byli identifikováni dva slibní PHA producenti, a to konkrétně Halomonas hydrothermalis a Halomonas neptunia. Oba kmeny dosahovaly v rámci baňkových experimentů solidních výtěžků PHA a při přídavku vhodných strukturních prekurzorů byly také schopny produkce kopolymerů se zajímavými materiálovými vlastnostmi. Hlavní důraz byl však v práci kladen na studium produkce PHA pomocí termofilních mikroorganismů. V rámci práce byla provedena izolace termofilních PHA producentů z různých termofilních konsorcií (aktivní kal, kompost atd.). V průběhu izolačních experimentů byl navržen originální izolační postup využívající změny osmotického tlaku tzv. osmoselekce. Touto originální cestou bylo získáno několik desítek slibných termofilních producentů PHA, kteří byli taxonomicky zařazeni pomocí sekvenace genu 16S rRNA a byl u nich testován PHA produkční potenciál. Nejslibnějším PHA producentem byl izolát klasifikovaný jako Aneurinibacillus sp. H1. K produkci PHA pomocí Aneurinibacillus sp. H1 lze využít řadu substrátů včetně odpadního glycerolu. Ještě významnější je schopnost syntetizovat kopolymery s vysokým obsahem 4-hydroxybutyrátu. Monomerní složení PHA kopolymeru, a tím i materiálové vlastnosti připraveného kopolymeru, je možné kontrolovat vhodným nastavením kultivačních podmínek. Připravený kopolymer P(3HB-co-4HB) má unikátní vlastnosti a velký aplikační potenciál v řadě high-end aplikací například v oblasti péče o zdraví, potravinářství nebo kosmetice.
|
|
|
Incorporation of microbial cells in hydrogel carriers
Orišková, Sofia ; Pekař, Miloslav (oponent) ; Sedláček, Petr (vedoucí práce)
The presented diploma thesis focuses on the use of plant growth promoting bacteria as an ecological alternative to conventional fertilizers. The incorporation of bacterial cells into hydrogel carriers is already a well-studied topic, but due to its disadvantages it has not yet found wider application in agriculture. This work offers a novel concept of encapsulating bacteria by gelation directly from the culture. This is achieved by crosslinking the bacterial alginate produced by the model microorganism Azotobacter vinelandii. Since this process was not described before, first its optimization was needed. Alginate production was determined gravimetrically, and its parameters were further characterized using available analytical methods – infrared spectroscopy to monitor structural parameters (monomer composition and the extent of acetylation), dynamic light scattering to characterize the size distribution and AF4-MALS-dRI to obtain the molecular weight. Bacterial PHB production was also investigated using gas chromatography and infrared spectroscopy. The second part of the work is focused on the optimization of the gelling process using bacterial alginate from the culture and CaCl2 as a crosslinking agent. Rheological experiments were used as a tool in understanding the viscoelastic properties of the prepared gels. Gelation was demonstrated within the first day after inoculation. Maximum production of alginate (1,9 ± 0,3) g/l was reached on the fourth day after inoculation. It was found that the addition of 5 g/l of calcium carbonate promotes the production of alginate. Nevertheless, further addition of CaCO3 (30 g/l) showed adverse effects on the molecular weight and is therefore not recommended. Production of PHB was confirmed by both FTIR and GC measurements, with a maximum yield of (23 ± 3) % CDW. Rheological testing confirmed that the product of the crosslinking was a gel. It was found that the crosslinker concentration plays an important role at time 0 min of the gelation, forming a denser network in the structure and causing higher rigidity. Using the highest studied concentration of CaCl2, the critical strain reached values of (5,0 ± 0,7) %. Finally, the incorporation of bacterial cells into the hydrogel was confirmed using fluorescence microscope.
|
|
|
Production of polyesters by extremophilic bacteria
Bednárová, Kristína ; Mravec, Filip (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
This bachelor thesis deals with the study of the production of polyhydroxyalkanoates using thermophilic bacterial strains Schlegelella thermodepolymerans, Schlegelella aquatica and Thermomonas hydrothermalis. The aim of the thesis is to optimize the conditions of polymer production. In bacterial strains of the genus Schlegelella, phaC gene at the genotype level was confirmed. The ability to produce polyhydroxyalkanoates in the bacterial strain Thermomonas hydrothermalis at the phenotype level was demonstrated. The utilization of selected carbon sources was studied experimentaly. The production of PHA was optimized by selecting the appropriate substrate and cultivation temperature. The effect of precursors on the production of copolymers P(3HB-co-4HB) and P(3HB-co-3HV) was observed. The most promising carbon substrate for bacterial strain Schlegelella aquatica was glycerol while the best metabolic activity was at 45 °C. Strain Thermomonas hydrothermalis was able to produce the copolymer P(3HB-co-4HB) with extreme high molar fraction of 4HB. Optimal cultivation temperature was 55 °C. The highest yield of P(3HB) among selected bacteria, synthesized Schlegelella thermodepolymerans cultivated on xylose at 55 °C. For this strain, the effect of aeration on biomass growth and PHA production was observed. In an effort to reduce production costs, Schlegelella thermodepolymerans was cultivated on model hydrolysates of lignocellulose-rich materials. Finally, batch cultivation in a larger production volume in laboratory fermentor was performed.
|
host ::
RSS.