Синтез полигидроксиалканоатов бактериями Cupriavidus necator B-10646 при росте на олеиновой кислоте

Abstract

Полигидроксиалканоаты – полимеры гидроксипроизводных жирных кислот, синтезируемые различными микроорганизмами, могут эффективно использоваться в качестве биоразрушаемой и биосовместимой альтернативы пластику, полученному путем химического синтеза. Однако стоимость ПГА по-прежнему ограничивает их производство. Одним из подходов снижения стоимости ПГА является использование недорогих углеродных источников, например таких, как жирные кислоты. Целью данной работы было исследование влияния различных концентраций олеиновой кислоты (5-50 г/л) на рост бактерий Cupriavidus necator B-10646, синтез полимера и его характеристики. Бактерии выращивали в течение 48 ч в минеральной среде Шлегеля в термостатируемом шейкере-инкубаторе при 30 °C и 200 об/мин. Содержание и состав полимера определяли хроматографией метиловых эфиров жирных кислот на газовом хромато-масс-спектрометре, молекулярно- массовое распределение полимера – с использованием гельпроникающей хроматографии. Термический анализ проводили с помощью дифференциально-сканирующего калориметра. Максимальная концентрация биомассы (6,4-6,7 г/л) и содержание полимера (64-71 % от веса сухой биомассы) получены при концентрациях олеиновой кислоты в среде 10-20 г/л за 48 ч культивирования. В составе полимера, синтезируемого бактериями, помимо 3-гидроксибутирата, являющегося доминирующим мономером (более 98 мол. %), идентифицированы включения 3-гидроксивалерата (0,7-1,7 мол. %) и 3-гидроксигексаноата (0,1-0,4 мол. %). Показано, что с увеличением концентрации олеиновой кислоты происходило снижение как средневесовой (с 803 до 381 кДа), так и среднечисловой (с 292 до 94 кДа) молекулярной массы на фоне увеличения полидисперсности (с 2,8 до 4,1). Полученные результаты служат основой для последующего этапа масштабирования технологии синтеза ПГА из олеиновой кислоты

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are polymers of hydroxy derived fatty acids synthesized by various organisms. These polymers can be effectively used as a biocompatible and biodegradable alternative to the chemically synthesized plastic. PHA cost, however, still limits the increase in PHA production. One of the ways to reduce PHA cost is to use inexpensive carbon sources such as fatty acids. The aim of this work was to study the effect of various concentrations of oleic acid (5-50 g/L) on the growth of the Cupriavidus necator B-10646 bacterium, polymer synthesis and properties. Cells were grown for 48 h in Schlegel mineral medium at 30°C and 200 rpm on an incubator shaker. The content and the composition of the polymer were determined by chromatography of fatty acid methyl esters using a chromatographymass spectrometer. The molecular weight distribution of the polymer was determined using gel permeation chromatography. Thermal analysis was performed using a differential scanning calorimeter. The maximum yield of biomass (6.4-6.7 g/L) and the highest polymer content (64- 71% of the weight of dry biomass) were obtained from 10-20 g/L of oleic acid after 48 hours of cultivation. In addition to 3-hydroxybutyrate, which is the dominant monomer (more than 98 mol.%), 3-hydroxyvalerate (0.7-1.7 mol.%) and 3-hydroxyhexanoate (0.1-0.4 mol.%) were identified in the polymer synthesized by the bacterium. As the concentration of oleic acid was increased, both the weight average and the number average molecular weights decreased (from 803 to 381 kDa and from 292 to 94 kDa, respectively) but polydispersity of the polymers increased (from 2.8 to 4.1). The results obtained in the present study provide the basis for the next stage of scaling up the process of PHA synthesis from oleic acid