Biosynthesis of Multi-component Polyhydroxyalkanoates by the Bacterium Wautersia Eutropha

The study addresses the effect of different conditions of carbon nutrition on synthesis of polyhydroxyalkanoates by the bacterium Wautersia eutropha. In experiments with two wild-type strains (H16 and B5786) it has been first found that under mixotrophic growth conditions – CO2 + co-substrate (alkanoic acids) – bacteria can synthesize multi-component PHAs, consisting of short- and medium-chain-length monomers with carbon chains containing 4 to 8 atoms. It has been shown that PHA composition is determined by the type of the co-substrate. Fatty acids with odd number of carbons induce bacteria to synthesize four- and five-component PHAs with hydroxybutyrate, hydroxyvalerate, and hydroxyhexanoate as major monomers and hydroxyhexanoate and hydroxyoctanoate as minor, occasionally occurring, ones. Fatty acids with even number of carbons induce synthesis of not only their respective monomers (hydroxyhexanoate and hydroxyoctanoate) but also hydroxyvalerate, making possible synthesis of four-component PHAs, containing hydroxybutyrate and hydroxyhexanoate as major components (up to 18 mol%). A family of short- and medium-chain-length four- and five-component PHAs has been synthesized and their physicochemical properties examined

Characterization of Cupriavidus eutrophus В-10646 Culture Synthesizing Polyhydroxyalkanoates Grown on Sugars And Lipidic Substrates

Исследованы рост, синтез полимера, изменения в общем жирнокислотном составе липидов Cupriavidus eutrophus B-10646 при культивировании на сахарах (фруктоза, глюкоза) и липидных субстратах (олеиновая кислота, подсолнечное масло). Наилучшими субстратами для роста бактерий (7.8-8.6 г/л) и синтеза полимера (7.3-7.9 г/л) были сахара и олеиновая кислота. При росте на всех субстратах, за исключением олеиновой кислоты, бактерии синтезировали гомополимер поли(3-гидроксибутират). В составе полимера, полученного при росте на олеиновой кислоте, идентифицированы включения 3-гидроксивалерата (2.0-4.2 мол. %). Исследование общего жирнокислотного (ЖК) состава липидов показало, что основными жирными кислотами были пальмитиновая (16:0), пальмитолеиновая (16:1ω7) и цис-вакценовая (18:1ω7). Установлено, что замена углеводного субстрата на олеиновую кислоту или подсолнечное масло отразилась на спектре общего ЖК состава липидов бактерий, приводя к значительному увеличению олеиновой кислоты. Кроме того, в составе ЖК липидов бактерий, выращенных на растительном масле, обнаружена и линолевая кислота, являющаяся основной кислотой подсолнечного маслаGrowth, polyhydroxyalkanoates (PHAs) accumulation and total fatty acid composition of the lipids of Cupriavidus eutrophus B-10646 were studied, using various carbon sources (fructose, glucose, oleic acid, sunflower seed oil). The best substrates for biomass production (7.8-8.6 g/l) and polymer synthesis (7.3-7.9 g/l) were sugars and oleic acid. Bacterial cells grown on sugars and sunflower seed oil synthesized only homopolymer poly(3-hydroxybutyrate). 3-hydroxyvalerate (2.0-4.2 mol. %) was identified in polymer when Cupriavidus eutrophus used oleic acid as sole carbon source. Study of total fatty acid composition of lipids showed that major fatty acids were palmitic (16:0), palmitoleic (16:1ω7), and cis-vaccenic (18:1ω7) acids. When carbohydrate substrate was replaced by oleic acid or sunflower seed oil, the proportion of oleic acid in the total fatty acids increased considerably. In addition to that, the lipid fatty acids of bacterial cells grown on sunflower seed oil also contained linoleic acid, which is the major acid of sunflower seed oi

Salicornia europaea L. (fam. Chenopodiaceae) Plants as Possible Constituent of Bioregenerative Life Support Systems’ Phototrophic Link

The work is devoted to investigation of productivity, biochemical and mineral composition of Salicornia europaea grown under intensive light culture conditions as applied to bioregenerative life support systems (BLSS). Furthermore influence of amide form of nitrogen on plants growth is investigated in the work. Biochemical composition of the Salicornia europaea edible part showed that raw protein was contained in the highest degree. The water-soluble sugars content and the polysaccharides number (except cellulose) were not high in the Salicornia europaea edible part. It was shown that the plants lipids are characterized by a high unsaturation degree mainly due to alpha linolenic and linoleic acids. Nitrogen nutrition form did not significantly affect the Salicornia europaea productivity. Sodium and its concentrations predominated in the plants mineral composition. Hence Salicornia europaea vegetable plants not only contribute to involvement of sodium chloride in BLSS matter turnover, but also can be the source of several biochemical substances and essential fatty acids for a human

To the Question About Intracellular Polyhydroxybutyrate Degradation

Исследованы в динамике потоки меченого углеродного субстрата (1,214С-ацетата) в меняющихся режимах биосинтеза бактерий Cupriavidus eutrophus B-10646 при росте на фруктозе и ацетате: а) в ходе накопления запасного соединения – полигидроксибутирата (ПГБ), б) эндогенной деградации ПГБ и синтеза азотсодержащих компонентов, в) ресинтеза ПГБ. Показано, что при выращивании бактерий C. eutrophus B-10646 в режиме аккумуляции ПГБ на фруктозе и ацетате в период накопления полимера в среднем около 80 % радиоуглерода направляется на его синтез. Установлено, что в условиях, благоприятных для внутриклеточной деградации ПГБ, также происходит синтез полимера, что подтверждает предположение об одновременном синтезе и деградации полимера в клетках бактерийThe investigation of dynamics of 1,214С-acetate flows was carried out in three different regimes of bacteria Cupriavidus eutrophus B-10646 biosynthesis on fructose and acetate: a) in the phase of accumulation of polyhydroxybutyrate; b) in the phase of intracellular PHB degradation and the synthesis of nitrogen compounds; c) in the phase of resynthesis of PHB. It has been shown that in regime of PHB accumulation 80 % of labeled carbon was used for synthesis of PHB. At the condition of PHB degradation both synthesis and degradation take place simultaneously. This confirms the cyclic nature of PHB methabolis

Distribution and Resorption of Intravenously Administrated Polymer Microparticles in Tissues of Internal Organs of Laboratory Animals

Resorbable polymer of hydroxybutyric acid labeled with 14C was used to prepare microparticles (diameter smaller than 3.8 μm ) that were then injected to laboratory animals (Wistar rats) via the tail vein, without causing any adverse effects on growth and development of the animals or altering the macroscopic and microscopic structure of the tissues of internal organs. Examination of the distribution of microparticles among the internal organs and the dynamics of accumulation of carbon-containing polymer degradation products in internal organs showed that the main targets for microparticles were tissues of the liver, kidneys, and spleen. The most rapid degradation of the polymer of microparticles occurred in the spleen and liver. The presence of high molecular weight polymer registered in internal organs suggested that the microparticles remained undecomposed and that the PHB microparticles could function in vivo for extended periods of time (up to 12 weeks).С применением резорбируемого полимера гидроксимасляной кислоты, меченого по 14C, получены микрочастицы (диаметром менее 3,8 мкм), которые были введены лабораторным животным (крысы линии Вистар) в хвостовую вену без негативных последствий для роста и развития животных и без изменения макро- и микроскопической структуры тканей органов. Изучено распределение микрочастиц среди внутренних органов и динамика накопления углеродсодержащих продуктов разрушения полимера во внутренних органах. Показано, что основной мишенью для частиц являются ткани печени, а также почек и селезенки. Наиболее активное разрушение полимерного матрикса микрочастиц происходит в селезенке и печени. Выявленное наличие высокомолекулярного полимерного матрикса в органах, свидетельствует о целостности микрочастиц и возможности долговременного (до 12 недель) функционирования препарата в виде полимерных микрочастиц in vivo

Гигантская африканская наземная улитка Achatina fulica (Bowdich, 1720) как вид-кандидат для биорегенеративной системы жизнеобеспечения

The capability of snails to consume and convert inedible plant biomass and kitchen waste was tested. Inedible biomass of wheat and cabbage and also potato peels as a food were worse than lettuce, which is an ordinary feed for snails. In order to describe the growth of Achatina fulica its logistic function was fitted to the experimental data. It was found that calculated specific growth rate and carrying capacity, as constants of the logistic function, are 1.06 month-1 and 250 g of wet weight correspondingly. Mass ratio shell/whole body in terms of wet weight was 18-21 % irrespective of snail age. Snail meat was characterized by the low content of fat – 6.0 % DM. Essential fatty acids constituted 16.6 % of the total sum. Linolenic and linoleic acids dominated in a pool of essential fatty acids. The scores of essential amino acids, except sulfuric amino acids, exceeded 100 %. To estimate nutritious properties of snail meat, a computer program was developed. It was observed that the maximum intake of snail meat can reach 497 g/crewmember day. Addition of snail meat to a basic diet enabled increasing food independence of bioregenerative life support system to 97 %Изучена способность улиток потреблять и перерабатывать несъедобную биомассу растений и пищевые отходы. Несъедобная биомасса пшеницы и капусты, а также картофельные очистки оказались менее пригодными, чем салат, которым обычно кормят улиток. Для описания роста Achatina fulica проведено приближение логистической функции к экспериментальным данным. Установлено, что удельная скорость роста и максимальная масса особи как константы логистической функции составляют 1.06 месяц-1 и 250 г влажного веса соответственно. Отношение веса раковины к общему весу улитки составляло 18-21 % независимо от возраста. Мясо улитки характеризовалось низким содержанием жира – 6.0 % в пересчёте на сухой вес. Содержание незаменимых жирных кислот составило 16.6 % от их общего количества. В пуле незаменимых жирных кислот доминируют линоленовая и линолевая кислоты. Скоры незаменимых аминокислот, за исключением серосодержащих аминокислот, превышали 100 %. Чтобы оценить питательные свойства мяса улитки, была разработана компьютерная программа. Рассчитано, что максимальное потребление мяса улитки может достигнуть 497 г на одного члена экипажа в сутки. Добавление мяса улитки к основной диете позволяет увеличить продовольственную независимость биорегенеративной системы жизнеобеспечения до 97

Characterization of Cupriavidus eutrophus В-10646 Culture Synthesizing Polyhydroxyalkanoates Grown on Sugars And Lipidic Substrates

Исследованы рост, синтез полимера, изменения в общем жирнокислотном составе липидов Cupriavidus eutrophus B-10646 при культивировании на сахарах (фруктоза, глюкоза) и липидных субстратах (олеиновая кислота, подсолнечное масло). Наилучшими субстратами для роста бактерий (7.8-8.6 г/л) и синтеза полимера (7.3-7.9 г/л) были сахара и олеиновая кислота. При росте на всех субстратах, за исключением олеиновой кислоты, бактерии синтезировали гомополимер поли(3-гидроксибутират). В составе полимера, полученного при росте на олеиновой кислоте, идентифицированы включения 3-гидроксивалерата (2.0-4.2 мол. %). Исследование общего жирнокислотного (ЖК) состава липидов показало, что основными жирными кислотами были пальмитиновая (16:0), пальмитолеиновая (16:1ω7) и цис-вакценовая (18:1ω7). Установлено, что замена углеводного субстрата на олеиновую кислоту или подсолнечное масло отразилась на спектре общего ЖК состава липидов бактерий, приводя к значительному увеличению олеиновой кислоты. Кроме того, в составе ЖК липидов бактерий, выращенных на растительном масле, обнаружена и линолевая кислота, являющаяся основной кислотой подсолнечного маслаGrowth, polyhydroxyalkanoates (PHAs) accumulation and total fatty acid composition of the lipids of Cupriavidus eutrophus B-10646 were studied, using various carbon sources (fructose, glucose, oleic acid, sunflower seed oil). The best substrates for biomass production (7.8-8.6 g/l) and polymer synthesis (7.3-7.9 g/l) were sugars and oleic acid. Bacterial cells grown on sugars and sunflower seed oil synthesized only homopolymer poly(3-hydroxybutyrate). 3-hydroxyvalerate (2.0-4.2 mol. %) was identified in polymer when Cupriavidus eutrophus used oleic acid as sole carbon source. Study of total fatty acid composition of lipids showed that major fatty acids were palmitic (16:0), palmitoleic (16:1ω7), and cis-vaccenic (18:1ω7) acids. When carbohydrate substrate was replaced by oleic acid or sunflower seed oil, the proportion of oleic acid in the total fatty acids increased considerably. In addition to that, the lipid fatty acids of bacterial cells grown on sunflower seed oil also contained linoleic acid, which is the major acid of sunflower seed oi

Salicornia europaea L. (fam. Chenopodiaceae) Plants as Possible Constituent of Bioregenerative Life Support Systems’ Phototrophic Link

The work is devoted to investigation of productivity, biochemical and mineral composition of Salicornia europaea grown under intensive light culture conditions as applied to bioregenerative life support systems (BLSS). Furthermore influence of amide form of nitrogen on plants growth is investigated in the work. Biochemical composition of the Salicornia europaea edible part showed that raw protein was contained in the highest degree. The water-soluble sugars content and the polysaccharides number (except cellulose) were not high in the Salicornia europaea edible part. It was shown that the plants lipids are characterized by a high unsaturation degree mainly due to alpha linolenic and linoleic acids. Nitrogen nutrition form did not significantly affect the Salicornia europaea productivity. Sodium and its concentrations predominated in the plants mineral composition. Hence Salicornia europaea vegetable plants not only contribute to involvement of sodium chloride in BLSS matter turnover, but also can be the source of several biochemical substances and essential fatty acids for a human

To the Question About Intracellular Polyhydroxybutyrate Degradation

Исследованы в динамике потоки меченого углеродного субстрата (1,214С-ацетата) в меняющихся режимах биосинтеза бактерий Cupriavidus eutrophus B-10646 при росте на фруктозе и ацетате: а) в ходе накопления запасного соединения – полигидроксибутирата (ПГБ), б) эндогенной деградации ПГБ и синтеза азотсодержащих компонентов, в) ресинтеза ПГБ. Показано, что при выращивании бактерий C. eutrophus B-10646 в режиме аккумуляции ПГБ на фруктозе и ацетате в период накопления полимера в среднем около 80 % радиоуглерода направляется на его синтез. Установлено, что в условиях, благоприятных для внутриклеточной деградации ПГБ, также происходит синтез полимера, что подтверждает предположение об одновременном синтезе и деградации полимера в клетках бактерийThe investigation of dynamics of 1,214С-acetate flows was carried out in three different regimes of bacteria Cupriavidus eutrophus B-10646 biosynthesis on fructose and acetate: a) in the phase of accumulation of polyhydroxybutyrate; b) in the phase of intracellular PHB degradation and the synthesis of nitrogen compounds; c) in the phase of resynthesis of PHB. It has been shown that in regime of PHB accumulation 80 % of labeled carbon was used for synthesis of PHB. At the condition of PHB degradation both synthesis and degradation take place simultaneously. This confirms the cyclic nature of PHB methabolis

Influence of Conditions a Birch Outer-Bark Acetylation and Pre-Treatment on the Yield and Composition of Triterpenes Products

Изучено влияние измельчения бересты коры березы и ее кратковременной обработки перегретым водяным паром на выход и состав тритерпеновых продуктов, получаемых ацетилированием бересты уксусной кислотой. Подобраны условия активации и ацетилирования бересты, позволяющие получать преимущественно бетулин либо диацетат бетулина.Influence of a birch outer-bark grinding and short-time treatment by overheated steam on the yield and composition of triterpenes products, obtained by bark acetylation with acetic acid was studied. At selected conditions of birch outer-bark activation and acetylation the products, containing mainly betulin or betulin diacetate were produced