Блог

Apr 04, 2023

Оценка синтеза полигидроксиалканоата (ПГА) Pichia sp. Дрожжи TSLS24, выделенные во Вьетнаме

Научные отчеты, том 13,

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3137 (2023) Цитировать эту статью

1185 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В связи с растущим беспокойством по поводу экологических проблем, вызванных традиционными пластиками на основе ископаемого топлива и истощением ресурсов сырой нефти, полигидроксиалканоаты (ПГА) представляют большой интерес для ученых и рынка биоразлагаемых полимеров из-за их выдающихся свойств, которые включают высокую биоразлагаемость в различных условиях и гибкость обработки. Многие микроорганизмы, синтезирующие полигидроксиалканоаты, включая нормальные и галофильные бактерии, а также водоросли, были исследованы на предмет их эффективности в производстве полигидроксиалканоатов. Однако, насколько нам известно, исследования морских дрожжей, продуцирующих PHA, все еще ограничены. В настоящем исследовании штамм галофильных дрожжей, выделенный с острова Спратли во Вьетнаме, был исследован на предмет его потенциала в биосинтезе полигидроксиалканоатов путем выращивания дрожжей в морской агаризованной среде Зобелла (ZMA), содержащей краситель Нильский красный. Штамм был идентифицирован с помощью анализа 26S рДНК как Pichia kudriavzevii TSLS24 и зарегистрирован в базе данных Genbank под кодом OL757724. Количество синтезированных полигидроксиалканоатов определяли количественно путем измерения внутриклеточных материалов (предсказанных как поли(3-гидроксибутират)-ПГБ) гравиметрическим методом и впоследствии подтверждали с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) и спектроскопического анализа ядерного магнитного резонанса (ЯМР). В оптимальных условиях роста 35 °C и pH 7 с добавлением глюкозы и дрожжевого экстракта в дозах 20 и 10 г/л выделенный штамм достиг содержания и концентрации поли(3-гидроксибутирата) 43,4% и 1,8 г/л через 7 дней. выращивания. Полученный поли(3-гидроксибутират) продемонстрировал превосходную биоразлагаемость со скоростью разложения 28% после 28 дней инкубации в морской воде.

Биоразлагаемые пластмассы — это пластиковые изделия, которые могут разлагаться под действием живых организмов, таких как дрожжи, грибы, бактерии, актиномицеты и другие, при определенных условиях при попадании в природную среду. Спрос на биоразлагаемые пластики в настоящее время растет из-за их многообещающей способности смягчать проблемы загрязнения, вызванные обычными нефтяными пластиками. Поэтому сообщалось о многих исследованиях биопластиков, включая полимолочную кислоту (PLA) и полигидроксиалканоаты (PHA). Среди различных типов биопластиков ПОА могут биологически синтезироваться и полностью разлагаться микроорганизмами даже в соленых условиях, например, в морской воде1. Помимо своей биоразлагаемости и компостируемых свойств, ПГА обладают многообещающим потенциалом промышленного производства, поскольку их можно легко преобразовать в различные формы с желаемыми характеристиками из-за большой изменчивости их структуры2. Они продемонстрировали многообещающий потенциал в медицинском применении и производстве клеев, пленок, формованных изделий, покрытий для бумаги, упаковки, нетканых материалов и добавок3.

В природе ПОА преимущественно накапливаются внутри микроорганизмов в виде нерастворимых частиц в цитоплазме. Вследствие дисбаланса питательных веществ из-за избытка источников углерода или дефицита источников питательных веществ, таких как азот, фосфор, сера или даже кислород, ПГА с высокой молекулярной массой (содержащие 103–104 мономеров размером 0,2–0,5 мкм и количеством частиц составляет 5–13 частиц/клетку) будут образовываться внутриклеточной ферментативной системой посредством переноса источника углерода4. Эти нерастворимые частицы служат хранилищем углерода и энергетическим резервом клетки, что не влияет на клеточное осмотическое давление даже при его накоплении в высоких концентрациях1. Было проведено множество исследований различных типов бактерий, продуцирующих PHA, включая Pseudomonas, Bacillus, Alcaligenes, Azotobacter, Burkholderia, а также галофильные бактерии, такие как Halomonas, Haloferix5,6.

Дрожжи являются потенциальными хозяевами для производства полимеров ПГА, поскольку они могут использовать недорогие субстраты в качестве источников углерода и их можно легко подвергнуть генной инженерии7. Кроме того, они также имеют хорошую толерантность к высоким концентрациям сахаров и органических кислот. Сообщалось, что дрожжи Saccharomyces cerevisiae, Yarrowia lipolytica и Pichia Pastoris способны синтезировать PHA с короткой цепью (например, полигидроксибутират), PHB) и со средней длиной цепи из глюкозы5,6,8,9, 10. Кроме того, проводятся также исследования генно-инженерных штаммов дрожжей для производства ФГА, включая Y. lipolytica11,12, S. cerevisiae13,14,15, Rhodotorula minuta RY411, Kebeckera spp.16 и P. Pastoris17, хотя выходы неудовлетворительно для крупносерийного производства. Микробы могут накапливать PHA до 90% от массы их сухих клеток и усиливать выработку PHA, а характеристики могут быть достигнуты путем модификации типов субстратов, стратегии кормления, условий культивирования и/или генетических манипуляций18. Однако исследований PHA не так много. продукция штаммами дрожжей дикого типа, особенно галофильными дрожжами10. Поэтому необходимо изучить потенциал галофильных штаммов дрожжей, выделенных из морской среды, как гиперпродуцентов ПОА.