Estudos metabolicos para otimização de condições nutricionais e de cultivo para produção microbiana de acido hialuronico
Aline Mara Barbosa Pires
TESE
Português
T/UNICAMP P665e
[Metabolic studies for the optimization of nutritional and culture conditions in the microbial production of hyaluronic acid]
Campinas, SP : [s.n.], 2009.
184p. : il.
Orientador: Maria Helena Andrade Santana
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica
Resumo: Neste trabalho, estudou-se a otimização da produção de ácido hialurônico (HA) por cultivo de Streptococcus zooepidemicus em batelada, com base nas alterações metabólicas ao longo do cultivo. Ás condições ambientais estudadas foram a concentração inicial de glicose, controle do pH, íons...
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Resumo: Neste trabalho, estudou-se a otimização da produção de ácido hialurônico (HA) por cultivo de Streptococcus zooepidemicus em batelada, com base nas alterações metabólicas ao longo do cultivo. Ás condições ambientais estudadas foram a concentração inicial de glicose, controle do pH, íons minerais e fonte de nitrogênio orgânico. Nos cultivos em frascos, a concentração inicial de glicose não alterou nem o crescimento celular nem a produção de HA. Entretanto, no cultivo em biorreator sem o controle do pH, ambos foram fortemente dependentes da concentração inicial de glicose, com maior produção de HA (1,21 g.L-1) no cultivo realizado em meio com 25 g.L-1 glicose. Tal condição nutricional foi a única que apresentou maior conversão de glicose em HA (YHA/S) do que conversão de glicose em massa celular (YX/S). O controle do pH ao longo do cultivo com 25 g.L-1 glicose resultou em maior produtividade de células (0,21 g.L-1.h-1) e de HA (0,10 g.L-1.h-1). apesar dos menores rendimentos em relação à glicose. A combinação desses resultados relaciona o maior direcionamento da fonte de carbono para HA do que para células a uma resposta do microrganismo ao stress ácido ocorrido no cultivo sem controle do pH. Uma análise da distribuição dos fluxos metabólicos nas condições ambientais estudadas demonstrou que as alterações na via de produção de HA foram mais relacionadas à distribuição dos fluxos para os açúcares precursores da síntese do polímero que à disponibilidade de energia (ATP) ou potencial redutor (NADH/NAD+) das células. A total suplementação do meio de cultura com íons minerais (K+, Mg++, Na+, Fe++, Ca++, Mn++, Zn++ e Cu++) foi benéfica para o crescimento celular, porém não alterou a produção de HA de forma significativa. O estudo demonstrou ainda que a qualidade do polímero produzido pode ser modulada pela suplementação do meio com íons minerais. As propriedades reológicas do HA com baixo teor de proteína (0.44 g.g-1) e massa molar média de 4.0 x 106 Da demonstraram elevada densidade de emaranhamento das cadeias devido à alta dependência do módulo elástico com a concentração e desvios da viscosidade complexa com relação à regra de Cox-Merz. O estudo de meios alternativos contendo derivados agroindustriais demonstrou maiores concentrações de HA em meios contendo extrato de levedura como fonte de nitrogênio. Este conjunto de resultados contribui para a otimização da produção de HA, assim como para um melhor entendimento do metabolismo do Streptococcus zooepidemicus.
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Abstract: In this work, h was studied the optimization of HA production by hatch culture of Streptococcus zooepidemicus, with focus on the metabolic changes along cultivation. The environmental conditions studied were the initial glucose concentration, pH control, mineral ions and organic nitrogen...
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Abstract: In this work, h was studied the optimization of HA production by hatch culture of Streptococcus zooepidemicus, with focus on the metabolic changes along cultivation. The environmental conditions studied were the initial glucose concentration, pH control, mineral ions and organic nitrogen source. In flask cultivations, the initial glucose concentration had no influence on the amounts of either the biomass or the MA produced. However, in bioreactor cultivations, at non-controlled pH. both were strongly dependent on the initial glucose concentration. The highest HA concentration (1.21 g.L-1) was obtained from 25 g.L-1 glucose, which was the only cultivation where the conversion of glucose to HA (YHA/S) was higher than the one of glucose to biomass (YX/S). Not only did the pH control along cultivation result in higher cell productivity (0.21 g.L-1.h-1), but also in the HA productivity (0.10 g.L-1.h-1), However, the HA and cell yields from glucose were lower. The combination of these results relates the higher direction of the carbon source to the HA synthesis at the expenses of the cell growth to a microbial response to the acid stress observed in non-controlled pH. An analysis of the metabolic flux distribution in the environmental conditions studied shows that the changes in the HA production pathway were more related to die distributions of duxes 10 the precursors of HA synthesis than to the energy availability (ATP) or redox slate (NADH/NAD+) of the cells. The total supplementation of the culture medium with ions was beneficial to die cell growth. However, if did not have any influence on the HA production. Moreover, the results showed that the HA quality may be modulated through the mineral ion supplementation. The rheological properties of HA with low protein content (0.44 g.g-1) and average molecular weight of 4.0 x 106 Da showed the high entanglements density of the HA chains due to the high storage modulus concentration dependence as well as to the complex viscosity deviations with respect to the Cox - Merz rule. Alternative media containing agricultural resources derivates were studied. The higher HA concentrations were produced in media whose organic nitrogen source was yeast extract. This set of results contributes not only to the optimization of the HA production, but also to a better understanding of the Streptococcus zooepidemicus metabolism.
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Santana, Maria Helena Andrade, 1951-
Orientador
Eguchi, Silvia Yuko
Avaliador
Passos, Frederico Jose Vieira
Avaliador
Ogrodowski, Christiane Saraiva
Avaliador
Barreto Junior, Amaro Gomes
Avaliador
Estudos metabolicos para otimização de condições nutricionais e de cultivo para produção microbiana de acido hialuronico
Aline Mara Barbosa Pires
Estudos metabolicos para otimização de condições nutricionais e de cultivo para produção microbiana de acido hialuronico
Aline Mara Barbosa Pires
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