Efecto de distintas condiciones de cultivo sobre la toxicidad y esporulación de Bacillus thuringiensis var. Israelensis

A partir de los resultados presentados en este trabajo de Tesis se pueden extraer conclusiones que contribuirán a alcanzar un conocimiento más acabado de la microbiología y de la tecnología de cultivo de Bacillus íhuringiensis var. is rae l ensis. La necesidad de emplear medios complejos para cultivar Bacillus íhuringiensis var. israelensis queda demostrada mediante los experimentos realizados empleando medios sintéticos (Capítulo 2). El desarrollo del microorganismo en estos medios es lento, y no es posible reemplazar la fuente de nitrógeno compleja por vitaminas y aminoácidos. También se demostró que los medios deben ser suplementados con amonio, con lo que se obtiene un aumento significativo en la producción de proteína tóxica. Los experimentos en tanques agitados (Capítulo 3) permitieron determinar los parámetros de crecimiento del microorganismo, algunos de los cuales mostraron buena concordancia con datos de la literatura para otras variedades de Bacillus íhuringiensis. Es posible emplear medios concentrados (siete veces la concentración del medio de referencia), observándose una cierta inhibición en el crecimiento. Medios de mayor concentración causan una mayor inhibición, con supresión de la esporulación y sin producción de toxina. Este efecto puede revertirse diluyendo los cultivos. La aireación y la agitación afecta de modo sensible el crecimiento, la esporulación y la producción de toxina de Bacillus íhuringiensis var. israelensis (Capítulo 4). Se verifican variaciones importantes en los rendimientos cuando se estudian cultivos limitados y no limitados por oxígeno. La interrupción de la aireación provoca la supresión de la síntesis de toxina. Los ensayos realizados en batch alimentado con distintas estrategias de alimentación (Capítulo 5) permiten ver que las condiciones iniciales del cultivo afectan la estabilidad del sistema de modo muy marcado. Asimismo, los cultivos alimentados con perfiles exponenciales muestran acumulación de glucosa, con lo que el control de la velocidad de crecimiento se imposibilita. El consumo de nitrógeno en los cultivos lineales muestra diferencias respecto de los cultivos en batch. Los cultivos exponenciales indican que a mayor velocidad de alimentación, menor consumo de amonio. La toxicidad alcanzada en los cultivos batch alimentado, cualquiera sea el perfil de alimentación, son un orden de magnitud menores que la alcanzada en cultivos batch. El perfil de polipéptidos componentes de los cristales con menor toxicidad presenta una banda de 20 kDa, que no se observa en los cristales obtenidos en cultivos batch. Cuando se realiza el análisis estequiométrico de los cultivos (Capítulo 6) se observa que los cultivos batch y batch alimentado exponencial con velocidades de alimentación cercanas al µmax presentan acumulación de ácido acético. Los cultivos alimentados exponenciales a menores valores de µ no presentan acumulación de ácido. Esta podría deberse a la sobreoferta de fuente de carbono y energía que se observa en los cultivos realizados a altos valores de µ.Tesis digitalizada en SEDICI gracias a la Biblioteca Central de la Facultad de Ciencias Exactas (UNLP).Facultad de Ciencias Exacta

Analysis of glucose carbon fluxes in continuous cultures of Bacillus thuringiensis

The glucose carbon fluxes in continuous cultures of Bacillus thuringiensis grown in a complex medium have been studied as a function of the growth rate. The results are discussed in the light of a growth model. From reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and carbon balances it was determined that the fraction of glucose consumed for biomass synthesis decreased with the growth rate, while the glucose flux through the tricarboxylic acid (TCA) cycle diminished after a threshold value of D=0.34 h-1, where D=dilution rate. At the highest growth rate tested, glucose was used almost exclusively as the energy source, via fermentative pathways, which indicates that the yeast extract was used as the carbon source. The specific rate of oxygen consumption increased with growth even after the beginning of the accumulation of acids, indicating that the respiratory chain was not saturated. The results suggest that there is a mismatch between glycolysis and TCA cycle capacity, depending on the growth rate. Furthermore, values of (P/O) ratio and mATP are presented, where (P/O) is mole of ATP formed per gram atom oxygen consumed by the respiratory chains and mATP is the maintenance requirement for ATP.Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriale

NADH-based kinetic model for acetone-butanol-ethanol production by Clostridium

We present in this work a kinetic model of the acetone-butanol-ethanol (ABE) fermentation based on enzyme kinetics expressions. The model includes the effect of the co-substrate NADH as a modulating factor of cellular metabolism. The simulations obtained with the model showed an adequate fit to the experimental data reported by several authors, matching or improving the results observed with previous models. In addition, this model does not require artificial mathematical strategies such as on-off functions to achieve a satisfactory fit of the ABE fermentation dynamics. The parametric sensitivity allowed to identify the direct glucose → acetyl-CoA → butyryl-CoA pathway as being more significant for butanol production than the acid re-assimilation pathway. Likewise, model simulations showed that the increase in NADH, due to glucose concentration, favors butanol production and selectivity, finding a maximum selectivity of 3.6, at NADH concentrations above 55 mM and glucose concentration of 126 mM. The introduction of NADH in the model would allow its use for the analysis of electrofermentation processes with Clostridium, since the model establishes a basis for representing changes in the intracellular redox potential from extracellular variables

Organic and inorganic nitrogen source ratio effects on Bacillus thuringiensis var.israelensis delta-endotoxin production

The influence of different organic and inorganic nitrogen source combinations and C∶N ratios was studied in connection with growth and protein production of Bacillus thuringiensis var.israelensis. Protein production was assumed to be proportional to delta-endotoxin production. Delta-endotoxin concentration increased when media were supplemented with (NH4)2SO4, but the delta-endotoxin: biomass dry weight ratio was unaffected by different C∶N ratios. Organic nitrogen source, yeast extract, could be partially replaced by (NH4)2SO4 with a significant increase in delta-endotoxin production.On a étudié l'influence de diverses sources d'azote organique et inorganique et des rapports C∶N en relation avec la croissance et la production de protéine parBacillus thuringiensis var.israelensis. On fait l'hypothèse que la production de protéines est proportionnelle à la production de delta-endotoxine. La concentration de delta-endotoxine croît quand on ajoute au milieu du (NH4)2SO4, mais le rapport delta-endotoxine: poids sec de biomasse n'est pas affecté par différents rapports C∶N. On peut remplacer partiellement la source organique d'azote, l'extrait de levure, par du (NH4)2SO4 avec une augmentation significative de production de delta-endotoxine.Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriale

Streptomyces clavuligerus strain selection for clavulanic acid biosynthesis: a study based on culture composition effects and statistical analysis

The clinical and industrial importance of clavulanic acid (CA) promotes the search for novel strategies to boost productivity at lower costs. In this contribution, the production of CA was evaluated in two reference strains of Streptomyces clavuligerus (Sc), ATCC27064 and DSM41826; the strains were tested in different culture media, using product yields and culture media costs as selection criteria. On average, ScATCC reached a concentration of CA 1.6-fold higher than ScDSM, using the isolated soybean protein (ISP) culture medium. A central composite experimental design was used to optimize the medium, by studying the influence of ISP and K2HPO4 concentration on the production of CA. The maximum CA concentration obtained in this optimized medium was 56 mg·L-1, close to the theoretical optimum. Our results confirm that a culture medium containing a rich carbon source such as glycerol and/or starch provides the best conditions for CA production.La importancia clínica e industrial del ácido clavulánico (AC) promueve la búsqueda de nuevas estrategias para aumentar su productividad a un menor costo. En esta contribución, se evaluó la producción de AC en dos cepas de referencia de Streptomyces clavuligerus (Sc), ATCC27064 y DSM41826; éstas se probaron en diferentes medios de cultivo; los rendimientos de producto y costo de los medios se usaron como criterios de selección. En promedio, ScATCC alcanzó una concentración de AC 1.6-veces mayor que ScDSM, en el medio de proteína de soya (ISP). Se optimizó el medio con un diseño experimental central compuesto, estudiando la influencia del ISP y K2HPO4 sobre la producción de AC. La concentración máxima de AC obtenida en el medio optimizado (56mg·L-1) estuvo cerca del óptimo teórico. Nuestros resultados confirman que medios de cultivo con fuentes de carbono como glicerol y/o almidón proporcionan las mejores condiciones para la producción de AC

Acorn: A grid computing system for constraint based modeling and visualization of the genome scale metabolic reaction networks via a web interface

Constraint-based approaches facilitate the prediction of cellular metabolic capabilities, based, in turn on predictions of the repertoire of enzymes encoded in the genome. Recently, genome annotations have been used to reconstruct genome scale metabolic reaction networks for numerous species, including Homo sapiens, which allow simulations that provide valuable insights into topics, including predictions of gene essentiality of pathogens, interpretation of genetic polymorphism in metabolic disease syndromes and suggestions for novel approaches to microbial metabolic engineering. These constraint-based simulations are being integrated with the functional genomics portals, an activity that requires efficient implementation of the constraint-based simulations in the web-based environment

Bacillus thuringiensis growth and toxicity: basic and applied considerations

Despite the known importance of the composition of culture media and culture conditions on Bacillus thuringiensis growth and toxicity, very few reviews are concerned with this subject. This article reviews some aspects of the microbiology of Bacillus thuringiensis, and how toxicity is affected by the composition of growth media and bioreactor operation.Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriale