|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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 ::
