Search

Tato bakalářská práce se zabývá využitím termofilní bakterie Schlegelella thermodepolymerans k biodegradaci vybraných polymerů, mezi které patří poly(3-hydroxybutyrát) (PHB), polyester kyseliny mléčné (PLA) a poly(butylen adipát-co-tereftalát) (PBAT). V teoretické části práce jsou přiblíženy vlastnosti a původ těchto bioplastů, charakteristika studovaných bakterií a celkový průběh biodegradačního procesu. Experimentální část je zaměřena na dvacetidenní kultivaci tří testovaných kmenů v přítomnosti zmíněných polymerů a následné zhodnocení míry degradace těchto materiálů. Největší nárůst biomasy byl pomocí spektrofotometrie pozorován u kmene DSM 15344 při kultivaci na PHB. Díky slepým vzorkům (bez polymerů) bylo prokázáno, že pro významnější růst musely bakterie opravdu utilizovat přítomné polymery. Gravimetrická analýza obsahu biomasy potvrdila, že nejvhodnějším substrátem pro kultivaci byl PHB. Největší hmotnostní ztráty byly zaznamenány u PHB a pohybovaly se v rámci všech tří kmenů okolo 30 %. U kmene LMG 21645 činil úbytek téměř 33 %. Hmotnostní ztráty PLA a PBAT dosahovaly znatelně nižších hodnot. Přesto byl pomocí SEC-MALS zaznamenán nejvýraznější pokles molekulové hmotnosti právě u PLA, a to asi 80 % u kmene DSM 15264. Analýza povrchu polymerů využitím SEM potvrdila, že biodegradace PHB probíhá formou povrchové enzymatické eroze. Naopak u vzorků PLA a PBAT se biodegradace neprokázala., This bachelor’s thesis deals with the employment of thermophilic bacterium Schlegelella thermodepolymerans for biodegradation of selected polymers, namely poly(3-hydroxybutyrate) (PHB), polylactic acid (PLA), and poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT). The theoretical part focuses on the properties and origin of these bioplastics, the characteristics of the studied bacteria, and the general course of the biodegradation process. The experimental part discusses the twenty-day cultivation of three tested strains in the presence of the mentioned polymers and the subsequent evaluation of the degradation rate of these materials. The greatest increase in biomass content was observed by spectrophotometry for strain DSM 15344 when cultured on PHB. With blank samples (without polymers), it was shown that for significant growth, the bacteria had to truly utilize the polymers present. Gravimetric analysis of biomass content confirmed that PHB was the most suitable substrate for cultivation. The highest mass losses were recorded for PHB and were around 30 % across all three strains. For strain LMG 21645, the mass has decreased by almost 33 %. The weight losses of PLA and PBAT were considerably lower. Nevertheless, the most significant molecular weight loss was observed by SEC-MALS for PLA, reaching approximately 80 % for strain DSM 15264. SEM analysis of the polymer surface confirmed that the biodegradation of PHB occurs by enzymatic surface erosion. In contrast, the PLA and PBAT samples did not show any signs of biodegradation.

Tato bakalářská práce se zabývá využitím termofilní bakterie Schlegelella thermodepolymerans k biodegradaci vybraných polymerů, mezi které patří poly(3-hydroxybutyrát) (PHB), polyester kyseliny mléčné (PLA) a poly(butylen adipát-co-tereftalát) (PBAT). V teoretické části práce jsou přiblíženy vlastnosti a původ těchto bioplastů, charakteristika studovaných bakterií a celkový průběh biodegradačního procesu. Experimentální část je zaměřena na dvacetidenní kultivaci tří testovaných kmenů v přítomnosti zmíněných polymerů a následné zhodnocení míry degradace těchto materiálů. Největší nárůst biomasy byl pomocí spektrofotometrie pozorován u kmene DSM 15344 při kultivaci na PHB. Díky slepým vzorkům (bez polymerů) bylo prokázáno, že pro významnější růst musely bakterie opravdu utilizovat přítomné polymery. Gravimetrická analýza obsahu biomasy potvrdila, že nejvhodnějším substrátem pro kultivaci byl PHB. Největší hmotnostní ztráty byly zaznamenány u PHB a pohybovaly se v rámci všech tří kmenů okolo 30 %. U kmene LMG 21645 činil úbytek téměř 33 %. Hmotnostní ztráty PLA a PBAT dosahovaly znatelně nižších hodnot. Přesto byl pomocí SEC-MALS zaznamenán nejvýraznější pokles molekulové hmotnosti právě u PLA, a to asi 80 % u kmene DSM 15264. Analýza povrchu polymerů využitím SEM potvrdila, že biodegradace PHB probíhá formou povrchové enzymatické eroze. Naopak u vzorků PLA a PBAT se biodegradace neprokázala., This bachelor’s thesis deals with the employment of thermophilic bacterium Schlegelella thermodepolymerans for biodegradation of selected polymers, namely poly(3-hydroxybutyrate) (PHB), polylactic acid (PLA), and poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT). The theoretical part focuses on the properties and origin of these bioplastics, the characteristics of the studied bacteria, and the general course of the biodegradation process. The experimental part discusses the twenty-day cultivation of three tested strains in the presence of the mentioned polymers and the subsequent evaluation of the degradation rate of these materials. The greatest increase in biomass content was observed by spectrophotometry for strain DSM 15344 when cultured on PHB. With blank samples (without polymers), it was shown that for significant growth, the bacteria had to truly utilize the polymers present. Gravimetric analysis of biomass content confirmed that PHB was the most suitable substrate for cultivation. The highest mass losses were recorded for PHB and were around 30 % across all three strains. For strain LMG 21645, the mass has decreased by almost 33 %. The weight losses of PLA and PBAT were considerably lower. Nevertheless, the most significant molecular weight loss was observed by SEC-MALS for PLA, reaching approximately 80 % for strain DSM 15264. SEM analysis of the polymer surface confirmed that the biodegradation of PHB occurs by enzymatic surface erosion. In contrast, the PLA and PBAT samples did not show any signs of biodegradation.

Baktérie produkujú polyhydroxyalkanoáty (PHA) za účelom vnútrobunkových zásob uhlíka a energie. Z technologického hľadiska majú veľký potenciál ako biologicky odbúrateľné verzie bežných plastov. Ich hlavnou nevýhodou v porovnaní s nimi sú však vysoké výrobné náklady. Výskum sa preto zameriava na spôsoby, ako túto prekážku prekonať, pričom jedným z nich je použitie kmeňov extrémofilných mikroorganizmov. Množstvo výskumov so psychrofilami je však v porovnaní s inými typmi extrémofilov menšie. V tejto práci sú uvedené výsledky prvého skríningu zahŕňajúceho 78 bakteriálnych kmeňov adaptovaných na chlad izolovaných z východnej Antarktídy. Na výber potenciálnych producentov PHA sa použili genotypové aj fenotypové metódy. Polymerázová reťazová reakcia predovšetkým preukázala prítomnosť génov kódujúcich PHA syntázy, konkrétne PHA syntázy triedy I a II. Farbenie Nílskou červenou a Sudánskou čerňou B, ako typická metóda prvotného skríningu z fenotypovej úrovne, neposkytlo smerodajné výsledky u psychrofilov a/alebo psychrotolerantov. V tejto práci sa na zisťovanie prítomnosti PHA, ktorá sa neskôr potvrdila plynovou chromatografiou, použila FTIR spektroskopia v kombinácii s vysokovýkonným mikrokultivačným systémom (Duetz-MTPS). Kultivácia sa uskutočnila na piatich rôznych médiách. Na základe všetkých výsledkov bola najvyššia produkcia biomasy a zároveň akumulácia PHA zaznamenaná u Pseudomonas sp. patriaceho k izolátom zo zeleného snehu. Zaujímavé je, že zvýšená syntéza PHA, konkrétne P(3HB), bola pozorovaná na komplexnom BHI médiu s dodatočným prídavkom glukózy nepredstavujúcim limitáciu dusíkom, ktorá je typická pri stimulácii syntézy a akumulácii PHA. Možno zhodnotiť, že prítomnosť sľubných producentov medzi polárnymi baktériami bola potvrdená a výťažok PHA je naďalej možné navýšiť optimalizáciou zloženia média a rastových podmienok., Bacteria produce polyhydroxyalkanoates (PHA) as intracellular storage of carbon and energy. From a technological point of view, they have great potential as biodegradable versions of conventional plastics. However, their main disadvantage compared to them is the high cost of production. Research is therefore focusing on ways to overcome this obstacle, one of which is the use of strains of extremophilic micro-organisms. However, the amount of research on psychrophiles is lower compared to other types of extremophiles. Here, the results of the first screening involving 78 cold-adapted bacterial strains isolated from East Antarctica are presented. Both genotypic and phenotypic methods were used for the selection of potential PHA producers. The polymerase chain reaction mainly demonstrated the presence of genes encoding PHA synthases, namely PHA synthases class I and II. Staining with Nile Red and Sudan Black B, as a typical initial screening method from the phenotypic level, did not provide indicative results for psychrophiles and/or psychrotolerants. In this work, FTIR spectroscopy in combination with a high-throughput microculture system (Duetz-MTPS) was used to explore the presence of PHA, which was later confirmed by gas chromatography. Cultivation was conducted on five different media. Based on all the results the highest biomass production and PHA accumulation showed Pseudomonas sp. belonging to the green snow isolates. Interestingly, a high synthesis of PHA, specifically P(3HB), was observed on complex BHI medium with extra glucose addition, which did not provide the nitrogen limitation that is typical for the stimulation of the PHA synthesis and accumulation. It can be assessed that the presence of promising producers among polar bacteria was confirmed and the yield of PHA can be further increased by optimizing the media composition and growth conditions.

Baktérie produkujú polyhydroxyalkanoáty (PHA) za účelom vnútrobunkových zásob uhlíka a energie. Z technologického hľadiska majú veľký potenciál ako biologicky odbúrateľné verzie bežných plastov. Ich hlavnou nevýhodou v porovnaní s nimi sú však vysoké výrobné náklady. Výskum sa preto zameriava na spôsoby, ako túto prekážku prekonať, pričom jedným z nich je použitie kmeňov extrémofilných mikroorganizmov. Množstvo výskumov so psychrofilami je však v porovnaní s inými typmi extrémofilov menšie. V tejto práci sú uvedené výsledky prvého skríningu zahŕňajúceho 78 bakteriálnych kmeňov adaptovaných na chlad izolovaných z východnej Antarktídy. Na výber potenciálnych producentov PHA sa použili genotypové aj fenotypové metódy. Polymerázová reťazová reakcia predovšetkým preukázala prítomnosť génov kódujúcich PHA syntázy, konkrétne PHA syntázy triedy I a II. Farbenie Nílskou červenou a Sudánskou čerňou B, ako typická metóda prvotného skríningu z fenotypovej úrovne, neposkytlo smerodajné výsledky u psychrofilov a/alebo psychrotolerantov. V tejto práci sa na zisťovanie prítomnosti PHA, ktorá sa neskôr potvrdila plynovou chromatografiou, použila FTIR spektroskopia v kombinácii s vysokovýkonným mikrokultivačným systémom (Duetz-MTPS). Kultivácia sa uskutočnila na piatich rôznych médiách. Na základe všetkých výsledkov bola najvyššia produkcia biomasy a zároveň akumulácia PHA zaznamenaná u Pseudomonas sp. patriaceho k izolátom zo zeleného snehu. Zaujímavé je, že zvýšená syntéza PHA, konkrétne P(3HB), bola pozorovaná na komplexnom BHI médiu s dodatočným prídavkom glukózy nepredstavujúcim limitáciu dusíkom, ktorá je typická pri stimulácii syntézy a akumulácii PHA. Možno zhodnotiť, že prítomnosť sľubných producentov medzi polárnymi baktériami bola potvrdená a výťažok PHA je naďalej možné navýšiť optimalizáciou zloženia média a rastových podmienok., Bacteria produce polyhydroxyalkanoates (PHA) as intracellular storage of carbon and energy. From a technological point of view, they have great potential as biodegradable versions of conventional plastics. However, their main disadvantage compared to them is the high cost of production. Research is therefore focusing on ways to overcome this obstacle, one of which is the use of strains of extremophilic micro-organisms. However, the amount of research on psychrophiles is lower compared to other types of extremophiles. Here, the results of the first screening involving 78 cold-adapted bacterial strains isolated from East Antarctica are presented. Both genotypic and phenotypic methods were used for the selection of potential PHA producers. The polymerase chain reaction mainly demonstrated the presence of genes encoding PHA synthases, namely PHA synthases class I and II. Staining with Nile Red and Sudan Black B, as a typical initial screening method from the phenotypic level, did not provide indicative results for psychrophiles and/or psychrotolerants. In this work, FTIR spectroscopy in combination with a high-throughput microculture system (Duetz-MTPS) was used to explore the presence of PHA, which was later confirmed by gas chromatography. Cultivation was conducted on five different media. Based on all the results the highest biomass production and PHA accumulation showed Pseudomonas sp. belonging to the green snow isolates. Interestingly, a high synthesis of PHA, specifically P(3HB), was observed on complex BHI medium with extra glucose addition, which did not provide the nitrogen limitation that is typical for the stimulation of the PHA synthesis and accumulation. It can be assessed that the presence of promising producers among polar bacteria was confirmed and the yield of PHA can be further increased by optimizing the media composition and growth conditions.

Tato bakalářská práce se zaobírala bioinformatickou analýzou extremofilních bakterií v kontextu jejich schopnosti akumulovat polyhydroxyalkanoáty (PHA) – mikrobiální zásobní polyestery. Konkrétně jsme se věnovali bioinformatickému výzkumu v online dostupných databázích BacDive a BLAST, jejichž cílem bylo identifikovat nové termofilní a psychrofilní bakteriální kmeny disponující genetickými predispozicemi pro syntézu PHA. Identifikace těchto potenciálních producentů PHA byla provedena na základě identifikace přítomnosti genu phaC (jako templát byl zvolen gen phaC bakterie Cupriavidus necator). Pomocí databáze BLAST, optimální kultivační teplota poté byla pro vybrané kandidáty ověřena v databázi BacDive. Vybrané bakteriální kmeny, které obsahovali gen phaC a zároveň svými vlastnostmi zapadali do skupiny termofilů nebo psychrofilů byly podrobně charakterizovány pomocí literární rešerše. Na základě získaných dat byly sestaveny dvě tabulky obsahující celkem 60 termofilních a 60 psychrofilních bakterií, které disponují genetickými předpoklady pro syntézu PHA. V experimentální části bylo vybráno pět psychrofilních bakterií kmene Massilia a pomocí polymerázové řetězové reakce (PCR) bylo zkoumáno zda vybrané psychrofilní bakterie disponují genem phaC. Přítomnost genu phaC syntázy I. třídy byla prokázána u dvou bakteriálních kmenů. U dalších dvou bakterií byla potvrzena absence tohoto genu. U jednoho kmene se pravděpodobně nepodařilo vyisolovat DNA v potřebné čistotě a množství., This bachelor thesis is focused on the bioinformatic analysis of extremophilic bacteria in the context of their ability to accumulate Polyhydroxyalkanoates (PHA) – microbial storage polyesters. Specifically, we conducted bioinformatic research using the online available databases BacDive and BLAST to identify new thermophilic and psychrophilic bacterial strains with genetic predispositions for PHA synthesis. The identification of these potential PHA producers was based on the presence of the phaC gene (using the phaC gene from the bacterium Cupriavidus necator as a template). Using the BLAST database, the optimal cultivation temperature was then verified for the selected candidates in the BacDive databse. Selected bacterial strains that contained the phaC gene and fit into the group of themophiles or psychrophiles wre thoroughly characterized through literature review. Based in the obtained data, two tables were cimpiled containing a total of 60 themophilic and 60 psychrophilic bacteria with genetic predispositions for the PHA synthesis. In the experimental part, five psychrophilic bacteria of the genus Massilia were selected and the presence of the phaC gene was exymined using polymerase chain reaction (PCR). The presence of the class I phaC synthase was confirmed in two other bacteria. In one strain, it was likely that DNA isolation in the required purity and quantity was not successful.

Tato bakalářská práce se zaobírala bioinformatickou analýzou extremofilních bakterií v kontextu jejich schopnosti akumulovat polyhydroxyalkanoáty (PHA) – mikrobiální zásobní polyestery. Konkrétně jsme se věnovali bioinformatickému výzkumu v online dostupných databázích BacDive a BLAST, jejichž cílem bylo identifikovat nové termofilní a psychrofilní bakteriální kmeny disponující genetickými predispozicemi pro syntézu PHA. Identifikace těchto potenciálních producentů PHA byla provedena na základě identifikace přítomnosti genu phaC (jako templát byl zvolen gen phaC bakterie Cupriavidus necator). Pomocí databáze BLAST, optimální kultivační teplota poté byla pro vybrané kandidáty ověřena v databázi BacDive. Vybrané bakteriální kmeny, které obsahovali gen phaC a zároveň svými vlastnostmi zapadali do skupiny termofilů nebo psychrofilů byly podrobně charakterizovány pomocí literární rešerše. Na základě získaných dat byly sestaveny dvě tabulky obsahující celkem 60 termofilních a 60 psychrofilních bakterií, které disponují genetickými předpoklady pro syntézu PHA. V experimentální části bylo vybráno pět psychrofilních bakterií kmene Massilia a pomocí polymerázové řetězové reakce (PCR) bylo zkoumáno zda vybrané psychrofilní bakterie disponují genem phaC. Přítomnost genu phaC syntázy I. třídy byla prokázána u dvou bakteriálních kmenů. U dalších dvou bakterií byla potvrzena absence tohoto genu. U jednoho kmene se pravděpodobně nepodařilo vyisolovat DNA v potřebné čistotě a množství., This bachelor thesis is focused on the bioinformatic analysis of extremophilic bacteria in the context of their ability to accumulate Polyhydroxyalkanoates (PHA) – microbial storage polyesters. Specifically, we conducted bioinformatic research using the online available databases BacDive and BLAST to identify new thermophilic and psychrophilic bacterial strains with genetic predispositions for PHA synthesis. The identification of these potential PHA producers was based on the presence of the phaC gene (using the phaC gene from the bacterium Cupriavidus necator as a template). Using the BLAST database, the optimal cultivation temperature was then verified for the selected candidates in the BacDive databse. Selected bacterial strains that contained the phaC gene and fit into the group of themophiles or psychrophiles wre thoroughly characterized through literature review. Based in the obtained data, two tables were cimpiled containing a total of 60 themophilic and 60 psychrophilic bacteria with genetic predispositions for the PHA synthesis. In the experimental part, five psychrophilic bacteria of the genus Massilia were selected and the presence of the phaC gene was exymined using polymerase chain reaction (PCR). The presence of the class I phaC synthase was confirmed in two other bacteria. In one strain, it was likely that DNA isolation in the required purity and quantity was not successful.

Baktérie produkujú polyhydroxyalkanoáty (PHA) za účelom vnútrobunkových zásob uhlíka a energie. Z technologického hľadiska majú veľký potenciál ako biologicky odbúrateľné verzie bežných plastov. Ich hlavnou nevýhodou v porovnaní s nimi sú však vysoké výrobné náklady. Výskum sa preto zameriava na spôsoby, ako túto prekážku prekonať, pričom jedným z nich je použitie kmeňov extrémofilných mikroorganizmov. Množstvo výskumov so psychrofilami je však v porovnaní s inými typmi extrémofilov menšie. V tejto práci sú uvedené výsledky prvého skríningu zahŕňajúceho 78 bakteriálnych kmeňov adaptovaných na chlad izolovaných z východnej Antarktídy. Na výber potenciálnych producentov PHA sa použili genotypové aj fenotypové metódy. Polymerázová reťazová reakcia predovšetkým preukázala prítomnosť génov kódujúcich PHA syntázy, konkrétne PHA syntázy triedy I a II. Farbenie Nílskou červenou a Sudánskou čerňou B, ako typická metóda prvotného skríningu z fenotypovej úrovne, neposkytlo smerodajné výsledky u psychrofilov a/alebo psychrotolerantov. V tejto práci sa na zisťovanie prítomnosti PHA, ktorá sa neskôr potvrdila plynovou chromatografiou, použila FTIR spektroskopia v kombinácii s vysokovýkonným mikrokultivačným systémom (Duetz-MTPS). Kultivácia sa uskutočnila na piatich rôznych médiách. Na základe všetkých výsledkov bola najvyššia produkcia biomasy a zároveň akumulácia PHA zaznamenaná u Pseudomonas sp. patriaceho k izolátom zo zeleného snehu. Zaujímavé je, že zvýšená syntéza PHA, konkrétne P(3HB), bola pozorovaná na komplexnom BHI médiu s dodatočným prídavkom glukózy nepredstavujúcim limitáciu dusíkom, ktorá je typická pri stimulácii syntézy a akumulácii PHA. Možno zhodnotiť, že prítomnosť sľubných producentov medzi polárnymi baktériami bola potvrdená a výťažok PHA je naďalej možné navýšiť optimalizáciou zloženia média a rastových podmienok., Bacteria produce polyhydroxyalkanoates (PHA) as intracellular storage of carbon and energy. From a technological point of view, they have great potential as biodegradable versions of conventional plastics. However, their main disadvantage compared to them is the high cost of production. Research is therefore focusing on ways to overcome this obstacle, one of which is the use of strains of extremophilic micro-organisms. However, the amount of research on psychrophiles is lower compared to other types of extremophiles. Here, the results of the first screening involving 78 cold-adapted bacterial strains isolated from East Antarctica are presented. Both genotypic and phenotypic methods were used for the selection of potential PHA producers. The polymerase chain reaction mainly demonstrated the presence of genes encoding PHA synthases, namely PHA synthases class I and II. Staining with Nile Red and Sudan Black B, as a typical initial screening method from the phenotypic level, did not provide indicative results for psychrophiles and/or psychrotolerants. In this work, FTIR spectroscopy in combination with a high-throughput microculture system (Duetz-MTPS) was used to explore the presence of PHA, which was later confirmed by gas chromatography. Cultivation was conducted on five different media. Based on all the results the highest biomass production and PHA accumulation showed Pseudomonas sp. belonging to the green snow isolates. Interestingly, a high synthesis of PHA, specifically P(3HB), was observed on complex BHI medium with extra glucose addition, which did not provide the nitrogen limitation that is typical for the stimulation of the PHA synthesis and accumulation. It can be assessed that the presence of promising producers among polar bacteria was confirmed and the yield of PHA can be further increased by optimizing the media composition and growth conditions.

Baktérie produkujú polyhydroxyalkanoáty (PHA) za účelom vnútrobunkových zásob uhlíka a energie. Z technologického hľadiska majú veľký potenciál ako biologicky odbúrateľné verzie bežných plastov. Ich hlavnou nevýhodou v porovnaní s nimi sú však vysoké výrobné náklady. Výskum sa preto zameriava na spôsoby, ako túto prekážku prekonať, pričom jedným z nich je použitie kmeňov extrémofilných mikroorganizmov. Množstvo výskumov so psychrofilami je však v porovnaní s inými typmi extrémofilov menšie. V tejto práci sú uvedené výsledky prvého skríningu zahŕňajúceho 78 bakteriálnych kmeňov adaptovaných na chlad izolovaných z východnej Antarktídy. Na výber potenciálnych producentov PHA sa použili genotypové aj fenotypové metódy. Polymerázová reťazová reakcia predovšetkým preukázala prítomnosť génov kódujúcich PHA syntázy, konkrétne PHA syntázy triedy I a II. Farbenie Nílskou červenou a Sudánskou čerňou B, ako typická metóda prvotného skríningu z fenotypovej úrovne, neposkytlo smerodajné výsledky u psychrofilov a/alebo psychrotolerantov. V tejto práci sa na zisťovanie prítomnosti PHA, ktorá sa neskôr potvrdila plynovou chromatografiou, použila FTIR spektroskopia v kombinácii s vysokovýkonným mikrokultivačným systémom (Duetz-MTPS). Kultivácia sa uskutočnila na piatich rôznych médiách. Na základe všetkých výsledkov bola najvyššia produkcia biomasy a zároveň akumulácia PHA zaznamenaná u Pseudomonas sp. patriaceho k izolátom zo zeleného snehu. Zaujímavé je, že zvýšená syntéza PHA, konkrétne P(3HB), bola pozorovaná na komplexnom BHI médiu s dodatočným prídavkom glukózy nepredstavujúcim limitáciu dusíkom, ktorá je typická pri stimulácii syntézy a akumulácii PHA. Možno zhodnotiť, že prítomnosť sľubných producentov medzi polárnymi baktériami bola potvrdená a výťažok PHA je naďalej možné navýšiť optimalizáciou zloženia média a rastových podmienok., Bacteria produce polyhydroxyalkanoates (PHA) as intracellular storage of carbon and energy. From a technological point of view, they have great potential as biodegradable versions of conventional plastics. However, their main disadvantage compared to them is the high cost of production. Research is therefore focusing on ways to overcome this obstacle, one of which is the use of strains of extremophilic micro-organisms. However, the amount of research on psychrophiles is lower compared to other types of extremophiles. Here, the results of the first screening involving 78 cold-adapted bacterial strains isolated from East Antarctica are presented. Both genotypic and phenotypic methods were used for the selection of potential PHA producers. The polymerase chain reaction mainly demonstrated the presence of genes encoding PHA synthases, namely PHA synthases class I and II. Staining with Nile Red and Sudan Black B, as a typical initial screening method from the phenotypic level, did not provide indicative results for psychrophiles and/or psychrotolerants. In this work, FTIR spectroscopy in combination with a high-throughput microculture system (Duetz-MTPS) was used to explore the presence of PHA, which was later confirmed by gas chromatography. Cultivation was conducted on five different media. Based on all the results the highest biomass production and PHA accumulation showed Pseudomonas sp. belonging to the green snow isolates. Interestingly, a high synthesis of PHA, specifically P(3HB), was observed on complex BHI medium with extra glucose addition, which did not provide the nitrogen limitation that is typical for the stimulation of the PHA synthesis and accumulation. It can be assessed that the presence of promising producers among polar bacteria was confirmed and the yield of PHA can be further increased by optimizing the media composition and growth conditions.

Tato bakalářská práce se zabývá využitím termofilní bakterie Schlegelella thermodepolymerans k biodegradaci vybraných polymerů, mezi které patří poly(3-hydroxybutyrát) (PHB), polyester kyseliny mléčné (PLA) a poly(butylen adipát-co-tereftalát) (PBAT). V teoretické části práce jsou přiblíženy vlastnosti a původ těchto bioplastů, charakteristika studovaných bakterií a celkový průběh biodegradačního procesu. Experimentální část je zaměřena na dvacetidenní kultivaci tří testovaných kmenů v přítomnosti zmíněných polymerů a následné zhodnocení míry degradace těchto materiálů. Největší nárůst biomasy byl pomocí spektrofotometrie pozorován u kmene DSM 15344 při kultivaci na PHB. Díky slepým vzorkům (bez polymerů) bylo prokázáno, že pro významnější růst musely bakterie opravdu utilizovat přítomné polymery. Gravimetrická analýza obsahu biomasy potvrdila, že nejvhodnějším substrátem pro kultivaci byl PHB. Největší hmotnostní ztráty byly zaznamenány u PHB a pohybovaly se v rámci všech tří kmenů okolo 30 %. U kmene LMG 21645 činil úbytek téměř 33 %. Hmotnostní ztráty PLA a PBAT dosahovaly znatelně nižších hodnot. Přesto byl pomocí SEC-MALS zaznamenán nejvýraznější pokles molekulové hmotnosti právě u PLA, a to asi 80 % u kmene DSM 15264. Analýza povrchu polymerů využitím SEM potvrdila, že biodegradace PHB probíhá formou povrchové enzymatické eroze. Naopak u vzorků PLA a PBAT se biodegradace neprokázala., This bachelor’s thesis deals with the employment of thermophilic bacterium Schlegelella thermodepolymerans for biodegradation of selected polymers, namely poly(3-hydroxybutyrate) (PHB), polylactic acid (PLA), and poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT). The theoretical part focuses on the properties and origin of these bioplastics, the characteristics of the studied bacteria, and the general course of the biodegradation process. The experimental part discusses the twenty-day cultivation of three tested strains in the presence of the mentioned polymers and the subsequent evaluation of the degradation rate of these materials. The greatest increase in biomass content was observed by spectrophotometry for strain DSM 15344 when cultured on PHB. With blank samples (without polymers), it was shown that for significant growth, the bacteria had to truly utilize the polymers present. Gravimetric analysis of biomass content confirmed that PHB was the most suitable substrate for cultivation. The highest mass losses were recorded for PHB and were around 30 % across all three strains. For strain LMG 21645, the mass has decreased by almost 33 %. The weight losses of PLA and PBAT were considerably lower. Nevertheless, the most significant molecular weight loss was observed by SEC-MALS for PLA, reaching approximately 80 % for strain DSM 15264. SEM analysis of the polymer surface confirmed that the biodegradation of PHB occurs by enzymatic surface erosion. In contrast, the PLA and PBAT samples did not show any signs of biodegradation.

Tato bakalářská práce se zabývá využitím termofilní bakterie Schlegelella thermodepolymerans k biodegradaci vybraných polymerů, mezi které patří poly(3-hydroxybutyrát) (PHB), polyester kyseliny mléčné (PLA) a poly(butylen adipát-co-tereftalát) (PBAT). V teoretické části práce jsou přiblíženy vlastnosti a původ těchto bioplastů, charakteristika studovaných bakterií a celkový průběh biodegradačního procesu. Experimentální část je zaměřena na dvacetidenní kultivaci tří testovaných kmenů v přítomnosti zmíněných polymerů a následné zhodnocení míry degradace těchto materiálů. Největší nárůst biomasy byl pomocí spektrofotometrie pozorován u kmene DSM 15344 při kultivaci na PHB. Díky slepým vzorkům (bez polymerů) bylo prokázáno, že pro významnější růst musely bakterie opravdu utilizovat přítomné polymery. Gravimetrická analýza obsahu biomasy potvrdila, že nejvhodnějším substrátem pro kultivaci byl PHB. Největší hmotnostní ztráty byly zaznamenány u PHB a pohybovaly se v rámci všech tří kmenů okolo 30 %. U kmene LMG 21645 činil úbytek téměř 33 %. Hmotnostní ztráty PLA a PBAT dosahovaly znatelně nižších hodnot. Přesto byl pomocí SEC-MALS zaznamenán nejvýraznější pokles molekulové hmotnosti právě u PLA, a to asi 80 % u kmene DSM 15264. Analýza povrchu polymerů využitím SEM potvrdila, že biodegradace PHB probíhá formou povrchové enzymatické eroze. Naopak u vzorků PLA a PBAT se biodegradace neprokázala., This bachelor’s thesis deals with the employment of thermophilic bacterium Schlegelella thermodepolymerans for biodegradation of selected polymers, namely poly(3-hydroxybutyrate) (PHB), polylactic acid (PLA), and poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT). The theoretical part focuses on the properties and origin of these bioplastics, the characteristics of the studied bacteria, and the general course of the biodegradation process. The experimental part discusses the twenty-day cultivation of three tested strains in the presence of the mentioned polymers and the subsequent evaluation of the degradation rate of these materials. The greatest increase in biomass content was observed by spectrophotometry for strain DSM 15344 when cultured on PHB. With blank samples (without polymers), it was shown that for significant growth, the bacteria had to truly utilize the polymers present. Gravimetric analysis of biomass content confirmed that PHB was the most suitable substrate for cultivation. The highest mass losses were recorded for PHB and were around 30 % across all three strains. For strain LMG 21645, the mass has decreased by almost 33 %. The weight losses of PLA and PBAT were considerably lower. Nevertheless, the most significant molecular weight loss was observed by SEC-MALS for PLA, reaching approximately 80 % for strain DSM 15264. SEM analysis of the polymer surface confirmed that the biodegradation of PHB occurs by enzymatic surface erosion. In contrast, the PLA and PBAT samples did not show any signs of biodegradation.

Tato bakalářská práce se zabývá využitím termofilní bakterie Schlegelella thermodepolymerans k biodegradaci vybraných polymerů, mezi které patří poly(3-hydroxybutyrát) (PHB), polyester kyseliny mléčné (PLA) a poly(butylen adipát-co-tereftalát) (PBAT). V teoretické části práce jsou přiblíženy vlastnosti a původ těchto bioplastů, charakteristika studovaných bakterií a celkový průběh biodegradačního procesu. Experimentální část je zaměřena na dvacetidenní kultivaci tří testovaných kmenů v přítomnosti zmíněných polymerů a následné zhodnocení míry degradace těchto materiálů. Největší nárůst biomasy byl pomocí spektrofotometrie pozorován u kmene DSM 15344 při kultivaci na PHB. Díky slepým vzorkům (bez polymerů) bylo prokázáno, že pro významnější růst musely bakterie opravdu utilizovat přítomné polymery. Gravimetrická analýza obsahu biomasy potvrdila, že nejvhodnějším substrátem pro kultivaci byl PHB. Největší hmotnostní ztráty byly zaznamenány u PHB a pohybovaly se v rámci všech tří kmenů okolo 30 %. U kmene LMG 21645 činil úbytek téměř 33 %. Hmotnostní ztráty PLA a PBAT dosahovaly znatelně nižších hodnot. Přesto byl pomocí SEC-MALS zaznamenán nejvýraznější pokles molekulové hmotnosti právě u PLA, a to asi 80 % u kmene DSM 15264. Analýza povrchu polymerů využitím SEM potvrdila, že biodegradace PHB probíhá formou povrchové enzymatické eroze. Naopak u vzorků PLA a PBAT se biodegradace neprokázala., This bachelor’s thesis deals with the employment of thermophilic bacterium Schlegelella thermodepolymerans for biodegradation of selected polymers, namely poly(3-hydroxybutyrate) (PHB), polylactic acid (PLA), and poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT). The theoretical part focuses on the properties and origin of these bioplastics, the characteristics of the studied bacteria, and the general course of the biodegradation process. The experimental part discusses the twenty-day cultivation of three tested strains in the presence of the mentioned polymers and the subsequent evaluation of the degradation rate of these materials. The greatest increase in biomass content was observed by spectrophotometry for strain DSM 15344 when cultured on PHB. With blank samples (without polymers), it was shown that for significant growth, the bacteria had to truly utilize the polymers present. Gravimetric analysis of biomass content confirmed that PHB was the most suitable substrate for cultivation. The highest mass losses were recorded for PHB and were around 30 % across all three strains. For strain LMG 21645, the mass has decreased by almost 33 %. The weight losses of PLA and PBAT were considerably lower. Nevertheless, the most significant molecular weight loss was observed by SEC-MALS for PLA, reaching approximately 80 % for strain DSM 15264. SEM analysis of the polymer surface confirmed that the biodegradation of PHB occurs by enzymatic surface erosion. In contrast, the PLA and PBAT samples did not show any signs of biodegradation.

Baktérie produkujú polyhydroxyalkanoáty (PHA) za účelom vnútrobunkových zásob uhlíka a energie. Z technologického hľadiska majú veľký potenciál ako biologicky odbúrateľné verzie bežných plastov. Ich hlavnou nevýhodou v porovnaní s nimi sú však vysoké výrobné náklady. Výskum sa preto zameriava na spôsoby, ako túto prekážku prekonať, pričom jedným z nich je použitie kmeňov extrémofilných mikroorganizmov. Množstvo výskumov so psychrofilami je však v porovnaní s inými typmi extrémofilov menšie. V tejto práci sú uvedené výsledky prvého skríningu zahŕňajúceho 78 bakteriálnych kmeňov adaptovaných na chlad izolovaných z východnej Antarktídy. Na výber potenciálnych producentov PHA sa použili genotypové aj fenotypové metódy. Polymerázová reťazová reakcia predovšetkým preukázala prítomnosť génov kódujúcich PHA syntázy, konkrétne PHA syntázy triedy I a II. Farbenie Nílskou červenou a Sudánskou čerňou B, ako typická metóda prvotného skríningu z fenotypovej úrovne, neposkytlo smerodajné výsledky u psychrofilov a/alebo psychrotolerantov. V tejto práci sa na zisťovanie prítomnosti PHA, ktorá sa neskôr potvrdila plynovou chromatografiou, použila FTIR spektroskopia v kombinácii s vysokovýkonným mikrokultivačným systémom (Duetz-MTPS). Kultivácia sa uskutočnila na piatich rôznych médiách. Na základe všetkých výsledkov bola najvyššia produkcia biomasy a zároveň akumulácia PHA zaznamenaná u Pseudomonas sp. patriaceho k izolátom zo zeleného snehu. Zaujímavé je, že zvýšená syntéza PHA, konkrétne P(3HB), bola pozorovaná na komplexnom BHI médiu s dodatočným prídavkom glukózy nepredstavujúcim limitáciu dusíkom, ktorá je typická pri stimulácii syntézy a akumulácii PHA. Možno zhodnotiť, že prítomnosť sľubných producentov medzi polárnymi baktériami bola potvrdená a výťažok PHA je naďalej možné navýšiť optimalizáciou zloženia média a rastových podmienok., Bacteria produce polyhydroxyalkanoates (PHA) as intracellular storage of carbon and energy. From a technological point of view, they have great potential as biodegradable versions of conventional plastics. However, their main disadvantage compared to them is the high cost of production. Research is therefore focusing on ways to overcome this obstacle, one of which is the use of strains of extremophilic micro-organisms. However, the amount of research on psychrophiles is lower compared to other types of extremophiles. Here, the results of the first screening involving 78 cold-adapted bacterial strains isolated from East Antarctica are presented. Both genotypic and phenotypic methods were used for the selection of potential PHA producers. The polymerase chain reaction mainly demonstrated the presence of genes encoding PHA synthases, namely PHA synthases class I and II. Staining with Nile Red and Sudan Black B, as a typical initial screening method from the phenotypic level, did not provide indicative results for psychrophiles and/or psychrotolerants. In this work, FTIR spectroscopy in combination with a high-throughput microculture system (Duetz-MTPS) was used to explore the presence of PHA, which was later confirmed by gas chromatography. Cultivation was conducted on five different media. Based on all the results the highest biomass production and PHA accumulation showed Pseudomonas sp. belonging to the green snow isolates. Interestingly, a high synthesis of PHA, specifically P(3HB), was observed on complex BHI medium with extra glucose addition, which did not provide the nitrogen limitation that is typical for the stimulation of the PHA synthesis and accumulation. It can be assessed that the presence of promising producers among polar bacteria was confirmed and the yield of PHA can be further increased by optimizing the media composition and growth conditions.

Polyhydroxyalkanoáty (PHA) sa radia medzi mikrobiálne polyestery a bunkám dokážu poskytnúť vnútrobunkové zásoby uhlíka a energie. Hlavná výhoda PHA spočíva v tom, že ide o biodegradovateľné a biokompatibilné polyméry. Ich fyzikálne vlastnosti sú porovnateľné s petrochemickými plastami, ktoré by mohli v budúcnosti čiastočne nahradiť. Avšak, ich biotechnologická produkcia je stále veľmi nákladná. Preto sa hľadajú rôzne alternatívne metódy, ktoré by dokázali znížiť tieto procesné výdavky a ako jedna z možností sa javí využitie extrémofilných mikroorganizmov. Za jedného z vhodných kandidátov na priemyselnú produkciu PHA sa považuje termofilná baktéria Caldimonas thermodepolymerans. K jej ďalším výhodám okrem iného patrí aj to, že dokáže spracovávať sacharidy, ktoré sú vo veľkej miere obsiahnuté v lignocelulózových odpadoch. Táto práca bola konkrétne zameraná na štúdium metabolizmu troch lignocelulózových sacharidov (xylózy, glukózy a celobiózy) a ich vzájomných kombinácií u zbierkového kmeňa DSM 15344. V experimentálnej časti práce boli realizované kultivácie na jednotlivých sacharidových substrátoch, kde následne zo získanej biomasy bol stanovený celkový obsah PHA pomocou CG-FID. Na záver bola vyhodnotená expresia vybraných génov xylF a gtsA pri zmenách sacharidových substrátov v priebehu kultivácie za využitia RT-qPCR. U študovaného zbierkového kmeňa DSM 15344 bola pozorovaná preferencia xylózy a celobiózy ako substrátu., Microbial polyesters such as polyhydroxyalkanoates (PHAs) can serve as intracellular carbon and energy reserves for cells. One of the main advantages of PHAs is their biodegradability and biocompatibility, making them a potential partial replacement for traditional petrochemical plastics. However, their biotechnological production remains costly, and alternative methods are being sought to reduce process costs. The use of extremophilic microorganisms, like the thermophilic bacterium Caldimonas thermodepolymerans, is a promising possibility. This bacterium can process carbohydrates, which are abundant in lignocellulosic waste. In this study, the metabolism of three lignocellulosic carbohydrates (xylose, glucose, and cellobiose) and their combinations were investigated for the DSM 15344 from the DSMZ-German Collection. The biomass PHA content was determined through CG-FID after cultivations on individual carbohydrate substrates. Finally, changes in carbohydrate substrates during cultivation were evaluated by RT-qPCR, focusing on selected xylF and gtsA genes. A preference for xylose and cellobiose as a substrate was observed in the studied DSM 15344 from the DSMZ-German Collection.