Биосинтез поли-3-гидроксибутирата разной молекулярной массы культурой Azotobacter chroococcum и его биодеградация

• Автор: Николаева, Дария Александровна
• Шифр специальности: 03.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

Введение

Часть 1. Литературный обзор

Глава 1. История изучения полигидроксиалканоатов

Глава 2. Физикохимические свойства полигидроксиалканоатов

2.1. Строение ПГБ. Гранулы ПГБ.

2.2. Вариабельность мономерного состава ПГА.

2.3.Физикохимические свойства поли3гидроксибугирата

и полиЗгидроксибутиратаЗгидроксивалерата

Глава 3. Физиологические функции ПГА

3.1. Распространенность ПГА среди прокариот.

3.2. Условия, способствующие накоплению ПГБ в клетках. ПГБ как резервное вещество для запасания углерода и энергии
3.3. ПГБ как депо восстановительных эквивалентов
3.4. Низкомолекулярный ПГБ в составе клеточных мембран
Глава 4. Пути синтеза и распада ПГБ
4.1. Синтез поли3гидроксибутирата
4.2. Внутриклеточная деградация ПГБ Глава 5. Влияние условий культивирования на молекулярную массу ПГА
5.1. Влияние разных факторов на молекулярную массу ПГБ, синтезируемого метилотрофными и водородоокисляющими бактериями
5.2. Влияние разных факторов на молекулярную массу и выход ПГБ
у бактерий рода ЛгоЮЬаМег
5.3. Использование неочищенных субстратов для биосинтеза ПГБ бактериями рода АгоШЬаасг
5.4.Синтсз сополимера полиЗгидроксибутиратаЗгидроксивалерата бактериями рода АгоЬаег
Глава 6. Внеклеточная биодеградация ПГА
6.1. Исследование биодеградации ПГБ в природных условиях и в модельных системах
6.2. Микроорганизмы, способные к внеклеточной деградации ПГА.
ПГАдеполимеразы.
Глава 7. Применение ПГА в медицине
Часть 2. Материалы и методы исследования
1. Объекты исследования
1.1. Культурально морфологические признаки штаммов ЛгоюЬаМег сИгоососсит 7Б и АгоюЬааег скгоососсит .
1.2. Физиологобиохимические признаки.
2. Получение высокоочищенного ПГБ из бактериальной массы
3. Определение содержания поли3гидроксибутирата в клетках по Зевенхаузену
4. Определение молекулярной массы полимера
5. Газохроматографические измерения
6. Исследование состава полимера методом ядерномагнитного резонанса
7. Определение степени кристалличности образцов полимера
методом рентгеноструюурного анализа
8. Механические испытания образцов пленок полимера
9. Электронная микроскопия
. Исследование биодеградации пленок ГГБ в почвенной суспензии
. Изучение биодсструкции пленок ПГБ в накопительной
культуре денитрифицирующих бактерий
. Изготовление пленок ПГЛ матричного типа с включением модельного лекарственного вещества
метилового красного
Источники углерода, используемые в качестве ростовых субстратов
Часть 3. Результаты и их обсуждение
Глава 1. Влияние разных источников углерода и условий культивирования на степень полимеризации поли3гидроксибутирата синтезируемого культурой ЛгоЮЬаМег сИгоососсит. Получение сополимера поли3гидроксибутирата 3гидроксивалерата ПГБГВ
1.1. Биосинтез поли3гидроксибутирата и динамика изменения
молекулярной массы ПГБ в процессе периодического культивирования Аго1оЬаег сИгоососсит 7Б
1.2. Влияние условий культивирования на степень полимеризации ПГБ
1.2.1. Влияние разных источников углерода на молекулярную массу ПГБ
1.2.2. Влияние дополнительного источника углерода ацетата натрия на молекулярную массу ПГБ, синтезируемого А. сИгоососсит 7Б
и А. сИгоососсит
1.2.3. Влияние р I среды на молекулярную массу синтезированного ПГБ
1.2.4. Влияние уровня аэрации
1.2.5. Влияние температуры
1.3. Условия синтеза сополимера поли3гидроксибутирата
3гидроксивалерата при использовании в качестве
продуцента А. сИгоососсит 7Б.
Глава 2. Биодеградация ПГБ . Изменение физикохимических характеристик полимера в процессе биодеградации.
2.1. Биодеградация ПГБ в модельных условиях почвенного сообщества
2.2. Биодеструкция ПГБ сообществом денитрифицирующих микроорганизмов
2.3. Биодеструкния ПГБ микроскопическими грибами Глава 3. Кинетика высвобождения молельного лекарственного вещества метилового красного из полимерной матрицы ПГБ и ПГБГВ
в зависимости от физикохимических характеристик полимера
Выводы
Литература


По своим базовым показателям эти полимеры близки к синтетическим термопластикам полипропилену и полиэтилену, но обладают рядом уникальных свойств, главными из которых являются биосовместимость и биодеградабельность. В отличие от обычных пластиков, ПГА не засоряют окружающую среду, а полностью разлагаются до СОг и воды. Перспективными областями использования ПГА являются в промышленности производство биоразлагаемых пластмасс, упаковок и материалов одноразового пользования в сельском хозяйстве создание систем медленного высвобождения удобрений и агрохимикатов в медицине изготовление рассасывающихся шовных нитей, хирургических пластин, пленок для покрытия ран, эндопротезов, матриц для лекарственных форм пролонгированного действия и др. В связи с тем, что для разных целей требуется полимер с определенными технологическими характеристиками, которые, в первую очередь, определяются качественным составом мономеров и молекулярной массой полимера, необходимо уметь управлять процессом биосинтеза с целью получения полимера с заданными свойствами. Целью нашей работы было изучение влияния условий культивирования на величину молекулярной массы иолиЗгидроксибугирата синтезируемого штаммомпродуцентом АгоюЬас1ег сИгоососсит 7Б получение сополимера полиЗгидроксибугиратаЗгидроксивалерата изучение влияния условий среды на скорость биодеструкции полученных биопластиков. Часть 1. Литературный обзор Глава 1. Суданофильные, липидоподобные включения впервые были отмечены в клетках в начале прошлого столетия Меуег, . Стан , обнаружил растворимость жира из клеток в хлороформе, но ему не удалось установить химическую природу этого вещества. Состав вещества был открыт Лемуанем в г. Образовавшаяся кислота была идентифицирована как гидроксимасляная, а вещество источник этой кислоты как полиРгидроксибутират i, . ПГБ не привлекал к себе широкого внимания исследователей вплоть до конца х гг. ПГБ у бактерий рода i, в которой было показано, что в клетках синтезируется тем больше ПГБ, чем больше соотношение С в среде культивирования, а внутриклеточная деградация ПГБ происходит в отсутствие экзогенного источника углерода ii, . Авторы сделали вывод, что ПГБ является резервным веществом для запасания углерода и энергии, которое задерживает лизис клетки в период голодания. Кроме того, в работе была описана процедура выделения гранул ПГБ щелочным гипохлоритом, благодаря чему стало возможным быстро выделять ПГБ из клеток. Начиная с этого времени, интерес к полиидроксибутирату резко возрос. В последующие пятнадцать лет интенсивно изучались такие аспекты, как распространенность ПГБ среди микроорганизмов, в частности среди бактерий рода , i, i . ПГБ . ПГБ на молекулярную массу полимера , , кристаллическая структура ПГБ , , ii, , i, , морфология и свойства гранул ПГБ i, , , . ПГБ i, , ii, ii, , , регуляция биосинтеза ПГБ , , i, v, ii, , i, , i . ПГБ i, v, i . ПГБ, энзимология этих процессов , i, , i . К концу x гг. В обзоре, опубликованном в г. Сннтет ПГА. К 4. Продкцн ПГА в трансгенных расгеш Биотипа ПГА тио Выявлене путей. ПолиЗгидроксибутират более полувека оставался единственным известным видом бактериальных полигидроксиалканоатов. В дальнейшем было обнаружено, что, кроме бугирата, ряд других гидроксипроизводных кислот валериановой, гексановой, октановой и др. ПГЛ. В начале х гг. Полиэфир, подобный, но не идентичный ПГБ по своим химическим и физическим свойствам, содержал С4 и С5мономеры как основную фракцию и С и С7мономеры как минорные компоненты , , . Затем список ПГА, отличных от ПГБ пополнился благодаря открытию поли3гидроксиоктановой кислоты, которую синтезирует v при росте на октане . Полиэфиры, содержащие 3гидроксидекановую и 3гидроксидодекановую кислоты были обнаружены у других псевдомонад . К настоящему времени известно около 0 различных гидроксиалканоагов, входящих в состав биосинтетических ПГЛ. Был проведен скрининг природных и генетически модифицированных микроорганизмов на наличие и состав Г1ГА, однако ПГЛ, включающих в себя мономеры с длиной цепи больше, чем 6, не обнаружено i Vi, . Следующим этапом в изучении бактериальных ПГА было клонирование и описание генов, участвующих в биосинтезе резервных полиэфиров. В конце х гг.