|
|
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.
|
|
|
Experimental study on the adsorption of bacterial cells on solid surfaces
Kahanovská, Kristína ; Obruča, Stanislav (referee) ; Sedláček, Petr (advisor)
This diploma thesis focuses on an optimalization of simple laboratory model systems which serve as an innovative tool for an experimental study on the adsorption of bacterial cells on solid surfaces. In the description of living biological systems, an adsorption is labelled as an adhesion. Designed model systems were validated with a physical-chemical analysis. Various techniques were used to determine bacteria properties, more specifically Burkholderia cepacia and Bacillus megaterium. The solid surfaces after sorption of bacterial cells of Bacillus megaterium were subjected to a structural and visual analysis. Applying the theoretical approach (e.g. using different physical-chemical models) to study the adhesion of microorganisms to a particular surface allows a prediction of the conditions for a successful adhesion. The results will give us a better understanding of a formation and development of a biofilm.
|
|
|
Study population of bacteria by image analysis methods
Ševčík, Jan ; Veselá, Mária (referee) ; Zmeškal, Oldřich (advisor)
This bachelor thesis is focused on monitoring and application of image analysis methods on Bacillus megaterium and Cupriavidus necator bacteria. The introduction describes a general knowledge about bacteria, microscopic and image analysis methods. At first it was necessary to prepare suitable microscopic specimens using Gram staining for the observation of a bacteria cell. Every picture of bacteria was taken using a CCD camera and a microscope. Box–Counting method was used to identify the optimal threshold value, corresponding to their fractal measure (or surface areas covered with bacteria) and fractal dimension (or entropy of their arrangement on the surface area). After thresholding, the images were further processed using the Mass–Radius method, which defines a distribution of bacteria relative to the centroid of a cluster.
|
|
|
Study of polyhydroxybutyrate production in bacteria
Melušová, Soňa ; Babák, Libor (referee) ; Márová, Ivana (advisor)
Presented work is focused on study of polyhydroxybutyrate production in bacteria. In theoretical part short characterization of PHB was given and the most common representative of wide group of polyhydroxyalkanoates (PHA) were described. Then, production of PHB and copolymer P(HB-co-HV) in selected bacterial strains was experimentally proven. First, PHB production in Bacillus megaterium using synthetic medium was studied. The PHB content in cells was increased during cultivation under limiting conditions, despite low growth. Addition of ethanol into production media resulted in increased PHB synthesis as well as biomass production (21 % PHB of 1,8 g/l biomass). Further, BM medium containing 8 g/l glucose was tested. PHB production was more than 1 g/l at significant growth increase when compared with synthetic medium. The bacteria B.megaterium showed, except glucose, ability to utilize maltose and xylose. Another cultivations were tested with bacterial strain Azotobacter vinelandii, which is capable of copolymer P(HB-co-HV) synthesis. Maximal growth and copolymer content was reached on Burk's medium with 30 g/l of glucose. Addition of peroxide to growth medium influenced P(HB-co-HV) synthesis to 46 % of 2,6 g/l biomass. Bacteria A.vinelandii showed the best growth on maltose, even compared with glucose (54 % copolymer of biomass content). Finally, PHB production on industrial waste product – whey was monitored. Using Plackett-Burman design for statistical media optimization, the whey content was modified. B.megaterium grown on adjusted whey reached 0,5 g/l PHB, 32 % of cell's content.
|
|
|
Production of toxins by Bacillus subtilis and their roles in interspecies competitions.
Šureková, Kristína ; Krásný, Libor (advisor) ; Mikušová, Gabriela (referee)
Bacillus subtilis is a gram positive soil bacterium that is surrounded by many other microorganisms its environment. That is why it is necessary for the bacterium to be able to fight with these microorganisms for the nutrients and living space. B. subtilis contains the modules in its genetic make-up that improve its ability to compete. These modules are called the toxin-antitoxin systems. This Diploma Thesis is trying to identify yet undescribed extracellular toxins produced by the wild type BSB1 strain of B. subtilis. The related microorganism Bacillus megaterium was used as a competing bacterium. The contact-dependent or independent manner of killing the competing bacterium was demonstrated using this model. By deletion analysis and comparisons of the genomes of the various strains of B. subtilis, the SPβ prophage was first identified as a region containing an unknown toxin(s). Analysis of the extracellular proteome of B. subtilis subsequently revealed an unknown toxin (or toxin complex, respectively) of the molecular weight exceeding 100 kDa. Even more fascinating was the finding that such a large protein molecule is resistant to the pancreatic protease, trypsin. Subsequent non-enzymatic cyanogen bromide cleavage of the extracellular proteins and their analysis by mass spectrometry revealed...
|
|
|
Změna produkčních charakteristik modelových rostlin po aplikaci vermikompostu s přídavkem bakteriálního inokula
Malsová, Anna
This diploma thesis deals with the change of production characteristics of model plants after application of vermicompost with addition of bacterial inoculum. In this work is elaborated a literature review focused on the process of vermicomposting, composting and stimulation of the root system of cultural crops using symbiotic or growth-promoting microorganisms. In addition, a practical experiment was carried out - an in-house vessel experiment with model plants was established, which was evaluated. The resulting data suggest that the most suitable variants in the formation of above-ground biomass were those containing vermicompost. The highest weight of aboveground biomass was achieved in vermicompost with the addition of Rizocore, where the production of aboveground biomass was increased 1.5 times compared to control soil.
|
|
|
Experimental study on the adsorption of bacterial cells on solid surfaces
Kahanovská, Kristína ; Obruča, Stanislav (referee) ; Sedláček, Petr (advisor)
This diploma thesis focuses on an optimalization of simple laboratory model systems which serve as an innovative tool for an experimental study on the adsorption of bacterial cells on solid surfaces. In the description of living biological systems, an adsorption is labelled as an adhesion. Designed model systems were validated with a physical-chemical analysis. Various techniques were used to determine bacteria properties, more specifically Burkholderia cepacia and Bacillus megaterium. The solid surfaces after sorption of bacterial cells of Bacillus megaterium were subjected to a structural and visual analysis. Applying the theoretical approach (e.g. using different physical-chemical models) to study the adhesion of microorganisms to a particular surface allows a prediction of the conditions for a successful adhesion. The results will give us a better understanding of a formation and development of a biofilm.
|
|
|
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.
|
|
|
Study of polyhydroxybutyrate production in bacteria
Melušová, Soňa ; Babák, Libor (referee) ; Márová, Ivana (advisor)
Presented work is focused on study of polyhydroxybutyrate production in bacteria. In theoretical part short characterization of PHB was given and the most common representative of wide group of polyhydroxyalkanoates (PHA) were described. Then, production of PHB and copolymer P(HB-co-HV) in selected bacterial strains was experimentally proven. First, PHB production in Bacillus megaterium using synthetic medium was studied. The PHB content in cells was increased during cultivation under limiting conditions, despite low growth. Addition of ethanol into production media resulted in increased PHB synthesis as well as biomass production (21 % PHB of 1,8 g/l biomass). Further, BM medium containing 8 g/l glucose was tested. PHB production was more than 1 g/l at significant growth increase when compared with synthetic medium. The bacteria B.megaterium showed, except glucose, ability to utilize maltose and xylose. Another cultivations were tested with bacterial strain Azotobacter vinelandii, which is capable of copolymer P(HB-co-HV) synthesis. Maximal growth and copolymer content was reached on Burk's medium with 30 g/l of glucose. Addition of peroxide to growth medium influenced P(HB-co-HV) synthesis to 46 % of 2,6 g/l biomass. Bacteria A.vinelandii showed the best growth on maltose, even compared with glucose (54 % copolymer of biomass content). Finally, PHB production on industrial waste product – whey was monitored. Using Plackett-Burman design for statistical media optimization, the whey content was modified. B.megaterium grown on adjusted whey reached 0,5 g/l PHB, 32 % of cell's content.
|
|
|
Study population of bacteria by image analysis methods
Ševčík, Jan ; Veselá, Mária (referee) ; Zmeškal, Oldřich (advisor)
This bachelor thesis is focused on monitoring and application of image analysis methods on Bacillus megaterium and Cupriavidus necator bacteria. The introduction describes a general knowledge about bacteria, microscopic and image analysis methods. At first it was necessary to prepare suitable microscopic specimens using Gram staining for the observation of a bacteria cell. Every picture of bacteria was taken using a CCD camera and a microscope. Box–Counting method was used to identify the optimal threshold value, corresponding to their fractal measure (or surface areas covered with bacteria) and fractal dimension (or entropy of their arrangement on the surface area). After thresholding, the images were further processed using the Mass–Radius method, which defines a distribution of bacteria relative to the centroid of a cluster.
|
guest ::
