Microbial production of scleroglucan and downstream processing

Synthetic petroleum-based polymers and natural plant polymers have the disadvantage of restricted sources, in addition to the non-Biodegradability of the former ones. In contrast, eco-sustainable microbial polysaccharides, of low-cost and standardized production, represent an alternative to address this situation. With a strong globalmarket, they attracted worldwide attention because of their novel and unique physico-chemical properties as well as varied industrial applications, and many of them are promptly becoming economically competitive. Scleroglucan, a β-1,3-β-1,6- glucan secreted by Sclerotium fungi, exhibits high potential for commercialization and may show different branching frequency, side-chain length, and/or molecular weightdepending on the producing strain or culture conditions. Water-solubility, viscosifying ability and wide stability over temperature, pH and salinity make scleroglucan useful for different biotechnological (enhanced oil recovery, food additives, drug delivery,cosmetic and pharmaceutical products, biocompatible materials, etc.), and biomedical(immunoceutical, antitumor, etc.) applications. It can be copiously produced at bioreactor scale under standardized conditions, where a high exopolysaccharide concentration normally governs the process optimization. Operative and nutritional conditions, as well as the incidence of scleroglucan downstream processing will be discussed in this chapter. The relevance of using standardized inocula from selectedstrains and experiences concerning the intricate scleroglucan scaling-up will be also herein outlined.Fil: Castillo, Natalia Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos (i); Argentina. Universidad Nacional de Tucumán; ArgentinaFil: Valdez, Alejandra Leonor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos (i); Argentina. Universidad Nacional de Tucumán; ArgentinaFil: Fariña, Julia Inés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos (i); Argentina. Universidad Nacional de Catamarca; Argentin

Cost-effective optimized scleroglucan production by Sclerotium rolfsii ATCC 201126 at bioreactor scale. A quantity-quality assessment

Exopolysaccharide (EPS) secretion by Sclerotium rolfsii ATCC 201126 in submerged cultures, already identified as high-osmolarity responsive, was assessed by reducing C-source without compromising EPS yields. A designed medium with 80 g sucrose L−1 (MOPT80) was tested at 3 L-bioreactor scale at different temperature, agitation, aeration and pH (uncontrolled vs. controlled) values. Optimal operative conditions (200 rpm, 28 °C, 0.5 vvm and initial pH -pHi- 4.5) were validated, as well as the possibility to work at pHi 5.5 to reduce biomass production. Purified EPSs produced in MOPT80 at optimal and other valid operative conditions exhibited refined grade (<1 % proteins and ash, 3–4 % reducing sugars, 87–99 % total sugars). EPS purity, MW and rheological parameters led to discourage pH controlled at 4.5. Relatively constant MW (6–8 × 106 Da) and outstanding viscosifying ability were found. Polyphasic EPS analysis (titre, purity, macromolecular features and rheological fitness) would support to properly select production conditions.Fil: Valdez, Alejandra Leonor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Delgado, Osvaldo Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Fariña, Julia Ines. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; Argentin

Adapted and optimized colorimetric method for the rapid on-line quantification of scleroglucan during a submerged fermentation process

Scleroglucan is an extracellular neutral b-1,3-b-1,6-glucan frequently produced by Sclerotium fungal species during submerged fermentation processes. Due to its physicochemical, rheological and biological properties, scleroglucan became particularly attractive for diverse food, agro industrial, biomedical and oil recovery applications. Currently, the most widely used technique for polymer quantification consists in its purification from culture broths and dry weightdetermination. This method has the inconvenience of being poorly sensitive at low concentrations and time-consuming, therefore, being not suitable for real-time monitoring. Recently, Jörg Nitschke et al. (Food Chemistry, 2011. 127: 791?796) developed a colorimetric Congo red-based method to quantify b-1,3-glucans in mycelia and fruiting bodies from edible mushrooms. Congo red would incorporate into the b-1,3-b-1,6-glucans triple helix thus leading to a bathochromic shift that can be used for colorimetric quantification. Based on this previous report, this work is aimed at adapting and optimizing this novel technique in order to on-line quantify scleroglucan production during submerged fermentation. For this purpose, several dye (0.6-1 g/L Congo red) and NaOH (80-200 μL of NaOH 1 or 1.2 N) concentrations were tested to achieve the greater bathochromic shift when using commercial scleroglucan (LSCL) as standard. Reproducibility of bathochromic shift was also evaluated with lab-scale produced scleroglucans. A scleroglucan calibration curve (0.1-0.9 g/L) could be satisfactorily constructed. Linearity, sensitivity and specificity within this working range were assessed at different wavelengths and time points (0, 30 min, 1, 3, 5, 8 and 24 h post reaction). Finally, to validate the methodology, a fermentation process with Sclerotium rolfsii ATCC 201126 was performed, and scleroglucan quantification was simultaneously accomplished by conventional (dry weight) and Congo red methods. Selected conditions allowed the reliable and sensitive scleroglucan Congo red quantification during fermentation. Both commercial and lab-scale produced scleroglucans could be successfully used for the standard curve preparation. This novel methodology proved to be highly effective and sensitive for the on-line quantification throughout scleroglucan production, and the obtained results were comparable to those from the conventional technique (dry weight). The method optimized for scleroglucan measurement showed to be inexpensive, practical, reliable, specific and time-effective, being also potentially useful for other triple-helical b-glucans. Additionally, on-line monitoring of scleroglucan production represents a critical tool for taking real-time appropriate decisions during fermentation process, particularly when working at large scaleFil: Castillo, Natalia Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Montes de Oca, Cecilia Estefania. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Valdez, Alejandra Leonor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Fariña, Julia Ines. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaIX Congreso Argentino de Microbiología GeneralSanta FeArgentinaSociedad Argentina de Microbiología Genera

Multi-Focused Laboratory Experiments Based on Quorum Sensing and Quorum Quenching for Acquiring Microbial Physiology Concepts

After a time away from the classrooms and laboratories due to the global pandemic, the return to the teaching activities during the semester represented a challenge to both teachers and students. Our particular situation in a Microbial Physiology course was the necessity of imparting in a shorter time, laboratory practices that usually take longer. This article describes a two-week long laboratory exercise that covers several concepts in an interrelated way: conjugation as a gene transfer mechanism, regulation of microbial physiology, production of secondary metabolites, degradation of macromolecules and biofilm formation. Utilizing a Quorum Quenching (QQ) strategy, the Quorum Sensing (QS) system of Pseudomonas aeruginosa is first attenuated. Then, phenotypes regulated by QS are evidenced. QS is a regulatory mechanism of the microbial physiology that relays on signal molecules. QS is related in P. aeruginosa to several virulence factors, some of which are exploited in the laboratory practices presented in this work. QQ is phenomenon by which QS is interrupted or attenuated. We utilized a QQ approach based on the enzymatic degradation of the P. aeruginosa QS signals in order to put in evidence QS-regulated traits that are relevant for our Microbial Physiology course.Fil: Torres, Mariela Analía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Valdez, Alejandra Leonor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Olea, Carolina de Lourdes. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Nieto Peñalver, Carlos Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; Argentin

Vinasse as a substrate for inoculant culture and soil fertigation: Advancing the circular and green economy

Vinasse is a by-product with a key role in circular economy. In this work, we analyze sugarcane vinasse as culture medium for obtaining single and mixed inoculants. Trichoderma harzianum MT2 was cultured in single and sequential co-culture with Pseudomonas capeferrum WCS358 or Rhizobium sp. N21.2. Fungal biomass in single culture was more than three folds higher in vinasse than in a standard medium, and was higher in co-culture with Rhizobium sp. N21.2 than with P. capeferrum WCS358. Bacterial growths in vinasse, in particular P. capeferrum WCS358, were improved in co-culture with T. harzianum MT2. Residual vinasses, obtained after microbial growth, presented almost neutral pH and lower conductivities and toxicity than raw vinasse. Fertigation with residual vinasses modifies characteristics of soil evidenced in the total N, cation exchange capacity, urease and acid phosphatase, and microbial metabolic diversity, in comparison to raw vinasse. In general, soil fertigation with residual vinasse from co-culture with P. capeferrum WCS358 is more similar to irrigation with water. Treatment evaluation indicates that vinasse is suitable for the production of mixed inoculants containing T. harzianum. The co-culture with P. capeferrum WCS358 improves the characteristics of the residual vinasse allowing a fertigation with less detrimental effect in soil in comparison to Rhizobium sp. N21.2. Obtaining valuable biomass of single or mixed inoculants in vinasse with lower ecological impact is relevant for the circular and green economy.Fil: Torres, Mariela Analía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Valdez, Alejandra Leonor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Angelicola, María Virginia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Raimondo, Enzo Emanuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Instituto de Física; ArgentinaFil: Pajot, Hipolito Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Nieto Peñalver, Carlos Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Instituto de Microbiología; Argentin

Fungal Factories: strengthening ties between genomics, metabolism and fermentation for the production of biotechnologically relevant enzymes and secondary metabolites

El reino de los hongos ofrece una enorme biodiversidad, de la cual sólo un 5% representaría especies conocidas. La mayoría son hongos filamentosos y difieren de las levaduras en morfología, desarrollo y complejidad metabólica. Las Yungas tucumanas representa un reservorio muy valioso de biodiversidad, donde la micodiversidad cumple roles diversos e irreemplazables. Nuestra investigación se centra en la Selva Pedemontana y explora la producción de actividades fúngicas de interés (ej. biopolímeros, estatinas, enzimas hidrolíticas o polímero-liasas, fibrinolíticas, tirosinasas, actividad decolorante, antioxidante, etc.), evidenciando géneros o especies fúngicas aún no reconocidas como productoras, o hasta aquí subvaluadas o inexploradas en su potencial biotecnológico. Nuestra búsqueda responde al concepto de screening inteligente, explorando la biodiversidad en base a un conocimiento a priori de metabolitos fúngicos de interés y su potencial actividad o efecto biológico, y en herramientas quimio-taxonómicas, a fin de detectar compuestos nuevos u organismos productores no reconocidos como tales, aunque taxonómicamente ya sean entidades definidas. Nuestro abordaje es usualmente polifásico e involucra el estudio del perfil metabólico así como la evaluación de las bases genéticas que fundamentan dicha actividad, para eventualmente manipularla hacia hiperproducción o expresión heteróloga, sumado a la I+D para su producción en biorreactor, escalamiento, purificación y caracterización.Fil: Fariña, Julia Ines. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Babot, Jaime Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Caro, Florencia Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Valdez, Alejandra Leonor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Delgado, Osvaldo Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones y Transferencia de Catamarca. Universidad Nacional de Catamarca. Centro de Investigaciones y Transferencia de Catamarca; Argentina. Universidad Nacional de Catamarca. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaXXXVI Jornadas Argentinas de BotánicaMendozaArgentinaSociedad de Botánica de ChileSociedad de Botánica de Argentin

Cultivation of plant-growth promoters in vinasse: contributions for a circular and green economy

Vinasse is a by-product with a key role in the circular economy. In this work, we analyze sugarcane vinasse as culture medium for obtaining single and mixed inoculants. Trichoderma harzianum was cultured in single and sequential co-culture with Pseudomonas capeferrum or Rhizobium sp. Fungal biomass was higher in vinasse than in a laboratory medium. Residual vinasses presented almost neutral pH and lower conductivities and toxicity than raw vinasse. Fertigation with residual vinasses improves characteristics of soil evidenced in the total N, cation exchange capacity, urease and acid phosphatase, and the microbial metabolic diversity, in comparison to raw vinasse. The evaluation of the treatment indicates that vinasse is suitable for the production of inoculants containing T. harzianum and that the co-culture with P. capeferrum improves the characteristics of the residual vinasse in comparison to Rhizobium sp. Obtaining this valuable biomass in vinasse is relevant for the circular and green economy.Fil: Torres, Mariela Analía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Valdez, Alejandra Leonor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Angelicola, María Virginia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Raimondo, Enzo Emanuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Pajot, Hipolito Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Nieto Peñalver, Carlos Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia; Argentin

Microbial production of scleroglucan and downstream processing

Synthetic petroleum-based polymers and natural plant polymers have the disadvantage of restricted sources, in addition to the non-biodegradability of the former ones. In contrast, eco-sustainable microbial polysaccharides, of low-cost and standardized production, represent an alternative to address this situation. With a strong global market, they attracted worldwide attention because of their novel and unique physico-chemical properties as well as varied industrial applications, and many of them are promptly becoming economically competitive. Scleroglucan, a beta-1,3-beta-1,6-glucan secreted by Sclerotium fungi, exhibits high potential for commercialization and may show different branching frequency, side-chain length and/or molecular weight depending on the producing strain or culture conditions. Water-solubility, viscosifying ability and wide stability over temperature, pH and salinity make scleroglucan useful for different biotechnological (enhanced oil recovery, food additives, drug delivery, cosmetic and pharmaceutical products, biocompatible materials, etc.), and biomedical (immunoceutical, antitumor, etc.) applications. It can be copiously produced at bioreactor scale under standardized conditions, where a high EPS concentration normally governs the process optimization. Operative and nutritional conditions, as well as the incidence of scleroglucan downstream processing will be discussed in this chapter. The relevance of using standardized inocula from selected strains and experiences concerning the intricate scleroglucan scaling-up will be also herein outlined

Valoración comparativa de escleroglucanos producidos por Sclerotium Rolfsii atcc 201126 mediante cultivo en lote con sustratos derivados de la agroindustria

El escleroglucano es un homo-exopolisacárido (EPS) producido por hongos del género Sclerotium. La producción a escala biorreactor con S. rolfsii ATCC 201126 en medio optimizado (MOPT) ha sido estudiada por nuestro grupo en los últimos años. El objetivo del presente trabajo fue producir escleroglucano por fermentación sumergida en similares condiciones operativas pero variando la fuente de C y evaluar comparativamente parámetros de producción, pureza, disolución y propiedades reológicas. Además de los medios MOPT y MP20 (sacarosa 150 y 20 g/L respectivamente), se ensayaron los medios M-Alm y M-Mel (~MP20 con C-almidón o C-melaza). El escleroglucano obtenido a las 72 h se recuperó, purificó, liofilizó y cuantificó según metodología previa. A partir de soluciones acuosas de EPS se determinó pureza (% azúcares totales, azúcares reductores y proteínas) y características reológicas (viscosidad aparente η = f (velocidad de corte g)). Se calculó coeficiente de consistencia K e índice de comportamiento de flujo n según modelo de Ostwald-de-Waele. Los mejores parámetros de producción correspondieron al medio M-Alm (EPS = 7,95 g/L; rendimiento Rp/C = 0,40; productividades Pv = 0,110 g EPS/L·h y Pv/x = 0,018 g EPS/g biom·h; eficiencia de recuperación Er = 51,53%). La pureza de los EPSs en función  de azúcares totales mostró el orden MOPT (98,3% p/p) > M-Alm ~ M-Mel (93%) > MP20 (72,3%), con bajo % de azúcares reductores (12-16% p/p), y mínima contaminación proteica (0,2-0,5% p/p). Al comparar la reología de las soluciones de EPS (1-5 g/L), se obtuvo el siguiente patrón de K (mPa·sn): M-Mel (3728, para 3 g EPS/L) > M-Alm (1863) ~ MOPT (1934) > MP20 (1236), y valores de n entre 0,15-0,24. Las cualidades de cada polímero purificado y sus parámetros de producción resultan de sumo valor para la producción a mayor escala y potenciales aplicaciones a nivel industrial donde la pureza y aptitudes reológicas condicionarán el uso final (aditivo alimentario, cosmicéutico, adyuvante para vacunas, etc.). Las diferencias reológicas sugieren evaluar la influencia de la fuente de C en la físico-química del EPS, avalando la revalorización de subproductos agroindustriales de alta disponibilidad, pudiendo además reducir costos y contaminación ambiental.Fil: Fariña, Julia Ines. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Castillo, Natalia Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaFil: Valdez, Alejandra Leonor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Planta Piloto de Procesos Industriales Microbiológicos; ArgentinaVIII Congreso Latinoamericano de MicologíaMedellínColombiaUniversidad de Antioquí