Studium produkce polyhydroxyalkanoátů u psychrofilních bakterií

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.