|
|
Analytical centrifugation as a tool for characterization of microbial cells
Beránková, Barbora ; Müllerová, Lucie (referee) ; Obruča, Stanislav (advisor)
This bachelor thesis deals with the study of centrifugation potential of microorganisms depending on the cultivation conditions The experimental part focuses on the sedimentation velocity and the instability index of the studied microorganisms during growth, under temperature and salt stress, the influence of the medium composition on centrifugation and the effect of osmotic strength on halophilic microbe Haloferax mediterranei. The sedimentation velocity and the instability index are increasing with increasing amount of water present in the bacterial culture of Haloferax mediterranei. The presence and type of polyhydroxyalkanoate (PHA) play a role in the monitoring of growth of bacteria Cupriavidus necator H16, Cupriavidus necator PHB-4, Haloferax mediterranei, Burkholderia cepacia and Burkholderia sacchari at the rate of sedimentation and instability index. Bacteria Cupriavis necator H16 with the highest content of poly(3-hydroxybutyrate) present was the fastest sedimentating and most unstable of the bacteria studied. Bacteria Cupriavidus necator H16 and Cupriavidus necator PHB-4, exposed to temperature and salt stress, exhibited only a slight influence on the rate of sedimentation and instability under temperature stress. The sedimentation velocity and instability index decreased with saline stress with increasing concentration of NaCl solution in culture. When comparing the media composition to polyhydroxyalkanoate (PHA) producing bacteria, Cupriavidus necator H16 cultivated in the mineral medium demonstrated the lowest sedimentation velocity and instability index rates, but Cupriavidus necator PHB-4 reached the lowest sedimentation velocity and instability index when grown in Nutrient Broth medium. For yeast Saccharomyces cerevisiae, the choice of medium had only a slight effect on sedimentation velocity and instability index.
|
|
|
Stress resistance of bacterial pure cultures and mixed cultures
Chorvátová, Michaela ; Slaninová, Eva (referee) ; Obruča, Stanislav (advisor)
The purpose of this bachelor thesis was to investigate a stress resistance of bacterial monocultures and defined mixed culture. The theoretical part contains a literary review, which deals with the general stress resistance of bacteria and the dynamics of their growth. Furthermore, polyhydroxyalkanoates are introduced, as well as their involvement into stress response of bacteria. In this review was also elaborated the flow cytometry, significant modern method, which was important part of the experiment. In the experimental part, the resistance to osmotic and temperature stress was studied. For this purpose, monocultures of the PHA accumulating strain Cupriavidus necator H16 and the mutant strain Cupriavidus necator H16/PHB-4 unable to accumulate PHA were used. The defined mixed culture was prepared by cocultivating these two strains. Overall, the accumulation and utilization of PHA, namely poly (3-hydroxybutyrate), increased the resistance of bacteria. The most notable was the increase in the case of osmotic stress, when salt concentrations did not significantly reduce the viability of Cupriavidus necator H16 against a mutant strain which viability decreased with growing intensity of stress. On the other hand, experimental temperatures did not have a significant effect on cell viability. The highest growth of bacteria was recorded, in most cases, at their temperature´s optimum of 30 °C.
|
|
|
Connection between stress resistance of bacteria to temperature-mediated stress and PHA accumulating ability
Nováčková, Ivana ; Benešová, Pavla (referee) ; Obruča, Stanislav (advisor)
This bachelor thesis deals with the involvement of polyhydroxyalkanoates (PHA) into the stress response of bacteria, specifically when they are exposed to temperature-mediated stress. The theoretical part focuses on the stress response of bacteria in general, the mechanism of response to temperature-mediated stress and PHA involvement into the stress response. The aim of experimental work was to study the correlation between the amount of PHA in the biomass of the bacteria and their viability after exposure to temperature-mediated stress. PHA producing bacterial strains Cupriavidus necator H16, Burkholderia cepacia and Burkholderia sacchari and non-producing mutant strain Cupriavidus necator PHB4 were used for experimental work. Bacteria accumulated poly(3-hydroxybutyrate) (PHB), the amount of PHB in the biomass was determined by gas chromatography with FID. Viability of live bacterial cells and cells after exposure to temperature-mediated stress was determined by using flow cytometry. It turned out that the content of PHB in biomass assists bacteria to resist the freezing shock. By comparing the viability of bacteria C. necator H16 and C. necator PHB4 after exposure to multiple stresses it also has been observed that PHB increased the resistance of cells against temperature-mediated stress and stress caused by low pH.
|
|
|
Acetic acid as a side product of metabolism of PHA producing bacteria
Ryšavá, Lenka ; Obručová,, Hana (referee) ; Obruča, Stanislav (advisor)
The Bachelor´s thesis deals with experimental study production of acetic acid as a side product of metabolism of PHA producing bacteria. Experimental part of work deals with the impact of used substrate on the biomass growth, PHA production and the formation of organic acids in strains that can potentially find their application in industrial production of PHA – Cupriavidus necator H16, Burkholderia sacchari, Burkholderia cepacia. The highest yields of organic acid have been reached on Burkholderia sacchari when cultivated on mineral medium with glucose. The last part of the thesis is focused on determining the viability of micro organisms using flow cytometry where bacteria Cupriavidus necator H16, Burkholderia sacchari, Burkholderia cepacia were exposed to selected stress factors.
|
|
|
Study on resistance of bacteria to selected stress factors
Miléřová, Miluše ; Samek,, Ota (referee) ; Obruča, Stanislav (advisor)
The aim of the master thesis was to study the effect of the accumulation of polyhydroxyalkanoates (PHA) for bacterial resistance to selected stress factors. In the theoretical part the selected stress factors, polyhydroxyalkanoates and the involvement of polyhydroxyalkanoates into stress response of bacteria were reviewed. In the experimental part we used bacteria Cupriavidus necator H16 and its mutant strain Cupriavidus necator H16/PHB-4 unable of polyhydroxybutyrate (PHB) accumulation. The resistance of above-mentioned bacterial strains against thermal and osmotic stress was tested. According to the results of the experiment, when the bacteria were exposed to three different concentrations of NaCl (50, 100 and 200 g/l) PHB accumulating strain showed a higer resistance to hyperosmotic stress than the strain unable of PHB accumulation. There was demonstrated with Raman spectroscopy that in the hyperosmotic environment induced crystallization of the intracellular PHB granules. Transmission electron microscopy indicated that strain Cupriavidus necator H16/PHB-4 is subject to plasmolysis during hyperosmotic stress. As a consequence the hyperosmomotic stress occurs to the aggregation intracellular PHB granules in strain Cupriavidus necator H16 but there is no plasmolysis or is much less intensive.
|
|
|
Controlled Production and Degradation of Selected Biomaterials
Obruča, Stanislav ; Demnerová, Kateřina (referee) ; Vávrová, Milada (referee) ; Němec, Miroslav (referee) ; Márová, Ivana (advisor)
Předložená disertační práce se zabývá studiem produkce a degradace polymerních materiálů s využitím mikroorganismů. Hlavní pozornost je upřena ke studiu produkce polyesterů bakteriálního původu - polyhydroxyalkanoátů. Tyto materiály jsou akumulovány celou řadou bakterií jako zásobní zdroj uhlíku, energie a redukční síly. Díky svým mechanickým vlastnostem, kterými silně připomínají tradiční syntetické polymery jako jsou polyetylén nebo polypropylén, a také díky své snadné odbouratelnosti v přírodním prostředí, jsou polyhydroxyalkanoáty považovány za ekologickou alternativu k tradičním plastům vyráběným z ropy. Polyhydroxyalkanoáty mají potenciál najít řadu aplikací v průmyslu, zemědělství ale také v medicíně. Významná část předložené práce je zaměřena na produkci polyhydroxyalkanoátů z odpadních substrátů pocházejících především z potravinářských výrob. Testována byla odpadní syrovátka nebo odpadní oleje z různých zdrojů. Právě využití levných odpadních substrátů je strategií, která by mohla přispět ke snížení ceny polyhydroxyalkanoátů a tím usnadnit jejich masové rozšíření. Podle výsledků dosažených v této práci jsou právě odpadní olejové substráty velice perspektivní cestou k ekonomicky rentabilní biotechnologické produkci polyhydroxyalkanoátů. Další část předložené práce se zabývá studiu spojení metabolické role polyhydroxyalkanoátů a stresové odpovědi bakterií. V této práci bylo zjištěno, že expozice bakteriální kultury řízené dávce etanolu nebo peroxidu vodíku významně navýší dosažené výtěžky a to o přibližně 30 %. Po aplikaci výše zmíněných stresových faktorů došlo k aktivaci metabolických drah vedoucí k odbourání stresového faktoru z média. Výsledkem bylo navýšení poměru NAD(P)H/NAD(P)+, což vedlo k částečné inhibici Krebsova cyklu a naopak aktivaci biosyntetické dráhy polyhydroxyalkanoátů. Mimoto došlo k významnému navýšení molekulové hmotnosti výsledných materiálů. Podle těchto výsledků se regulovaná aplikace vhodně zvolených stresových podmínek zdá být zajímavou strategií, která vede nejen k navýšení celkových výtěžků, ale také významnému zlepšení vlastností polymeru. Poslední část disertační práce se zabývala studiem procesu biodegradace polyuretanových materiálů. Polyuretanové eleastomery byly modifikovány rozličnými biopolymery za účelem navýšení jejich biodegradability. Tyto materiály byly posléze vystaveny působení směsné termofilní kultury jako modelového systému, který simuluje přirozené konsorcium bakterií. Přítomnost testovaných materiálů v kultivačním médiu vedla k neobvyklým růstovým charakteristikám bakteriální kultury. V průběhu prvních několika dní byl růst kultury silně inhibován, nicméně po překonání této neobvykle dlouhé lag-fáze došlo k intenzivnímu nárůstu kultury. Hlavní podíl na hmotnostním úbytku testovaných materiálů během experimentů měl samovolný rozpad materiálů, nicméně byl pozorován i vliv bakteriální kultury, kdy míra biotické degradace závisela na použitém modifikačním činidle. Nejvyšší míra biotické degradace byla pozorována u polyuretanového materiálu modifikovaného acetylovanou celulózou. Lag-fáze byla způsobena uvolněním nezreagovaného katalyzátoru (dibutylcínlaurát) a polyolu do kultivačního média. Bakteriální kultura se však po čase dokázala na přítomnost toxických látek v médiu adaptovat nebo je dokázala eliminovat.
|
|
|
Controlled biotechnological production of polyhydroxyalkanoates
Šnajdar, Ondřej ; Pekař, Miloslav (referee) ; Obruča, Stanislav (advisor)
Předložená diplomová práce se zabývá produkcí polyhydroxyalkanoátů (PHA) bakterií Cupriavidus necator H16. Cílem práce byla příprava, selekce a charakterizace mutantních kmenů schopných vyšší produkce PHA. V teoretické části byla zpracována literární rešerše zabývající se nejdůležitějšími typy PHA, bakterií Cupriavidus necator a způsoby indukce mutageneze. V experimentální části byly připraveny mutantní kmeny pomocí fyzikální a chemické mutageneze. Mutantní kmeny schopné nadprodukce PHA byly selektovány pomocí kultivace na minerálním médium s olejem. Pro další studium byly vybrány 4 mutantní kmeny schopné nadprodukce PHA. Tyto mutantní kmeny byly dále podrobeny biochemické charakterizaci. Byly naměřeny specifické aktivity vybraných intracelulárních enzymů včetně enzymů podílejících se na biosyntéze PHA. Také byla naměřena resistence mutantů vůči oxidačnímu stresu. Bylo zjištěno, že mutantní kmeny schopné nadprodukce PHA mají vyšší aktivity enzymů produkujících NADPH. NADPH je jeden z klíčových substrátů ovlivňujících směr toku acetyl-CoA metabolizmem. Vyšší intracelulární koncentrace NADPH parciálně inhibuje Krebsův cyklus a aktivuje akumulaci PHA. Aktivity acetoacetyl-CoA reduktázy a PHA syntázy, enzymů zapojených do syntézy PHA, těchto mutantů proto byly také vyšší stejně jako molekulová hmotnost připravených polymerů. Aplikace fyzikálních a chemických mutagenů je způsob, kterým lze připravit biotechnologicky perspektivní mutantní kmeny schopné nadprodukce PHA.
|
|
|
Study of bioremediation of some organic polutants by Cupravidus necator
Miléřová, Miluše ; Hurtová, Jana (referee) ; Obruča, Stanislav (advisor)
The aim of this work is the study of bioremediation of p-nitrophenol using bacteria Cupriavidus necator. The theoretical part contains a summary of organic pollutants and the bioremediation aproaches used to remove them from the environment. In the experimental part of this work we used bacteria Cupriavidus necator H16 and its mutant strain Cupriavidus necator H16/PHB-4 unable of PHB accumulation. The experiments were performed with different concetrations of p-nitrophenol and also under none-optimal conditions. Apart from concentration of p-nitrophenol, viability of the bacterial cultures was determined by flow cytometry. During cultivation in progress for sub-optimal conditions with a concentration of 50 mg•l-1 p-nitrophenol at 4°C using a flow cytometer seemed more resistant bacteria Cupriavidus necator H16. On the contrary strain Cupriavidus necator H16/PHB-4 was more resistant at 37 °C. The biodegradation assay was also performed in fermentor, during 51 hours lasting cultivation, bacterial culture degraded 65 % of p-nitrophenol and moreover decreased wavelenght of maximum in absorption spectra from 401 m to 384 nm was observed. The quantity of PHB was analyzed by gas chromatography with FID detector along with the p-nitrophenol determined by spectrophotometry, whose maximum content of PHB was achieved in 20 hour of cultivation
|
|
|
Involvement of polyhydroxyalkanoates in stress response of bacteria during late stationary phase
Šuráňová, Zuzana ; Sedláček, Petr (referee) ; Obruča, Stanislav (advisor)
The aim of this work was to study the involvement of polyhydroxyalkanoates into stress response of bacteria in the late stationary phase. Bacteria Cupriavidus necator H16 (able to produce PHA) and bacteria Cupriavidus necator H16/PHB-4 (unable to produce PHA) were used for the experiment. In the theoretical part, the polyhydroxyalkanoates and a stress response of bacteria were reviewed. In the experimental part of the work, the involvement of polyhydroxyalkanoates into stress response of bacteria in the late stationary phase against selected stress factors was studied. A resistence against various stress conditions of bacteria was studied. During long term cultivations a culture viability as well as PHA distribution among bacterial populations were assessed by using flow cytometry and the PHA content in biomass was analyzed by gas chromatography with FID detector.. Based on the results obtained in this work, it was found that the PHA acumulating bacteria Cupriavidus necator H16 is capable to survive carbon substrate limitations better than the bacteria Cupriavidus necator H16/PHB. Further, Cupriavidus necator H16 also revealed higher resistence against various stress factors such as ethanol treatment and freezing.
|
|
|
Involvement of polyhydroxyalkanoates into stress response of bacteria
Kučera, Dan ; Skoumalová, Petra (referee) ; Obruča, Stanislav (advisor)
The aim of this work was to study the involvement of polyhydroxyalkanoates (PHA) into stress response of bacteria. The theoretical part of the thesis deals with the possibility of establishing the viability of microorganisms using modern techniques, in particular flow cytometry. Furthermore, the research focused on selected stress factors and PHA involvement in stress response was described. In the experimental part of the work the stress response with regard to the ability to accumulate PHA was assessed. Bacteria Cupravidus necator was used for the experiment. Its ability to accumulate PHA at a later stage of growth increased resistance to ethanol, high temperature and freezing. Conversely, the PHA-producing strain showed lower resistance to the action of inorganic acids and bases. This may be caused by different morphology of PHA-producing cells. One of partial objectives was also to study the possibilities of staining of living cells accumulating PHA using Nile red. The research proved that the dye penetrates into living cells at elevated temperature of 40-45°C. This temperature is not lethal to the cells and the intensity of staining is sufficient to distinguish PHA-producing cells using flow cytometry; that can be applied in the selection of industrial PHA producers.
|
guest ::
