Биосинтез поли(3-гидроксибутирата-со-3-гидроксивалерата) бактериями Cupriavidus necator B-10646, культивируемыми на смеси из олеиновой кислоты и предшественников 3-гидроксивалерата

Abstract

Полигидроксиалканоаты (ПГА) привлекают большое внимание в качестве биоразлагаемой альтернативы синтетическим пластикам. Сополимер поли(3-гидроксибутират-со-3-гидроксивалерат) [П(3ГБ-со-3ГВ)] является одним из наиболее охарактеризованных сополимеров ПГА из-за его высокого коммерческого потенциала. Однако применение ПГА, и в частности П(3ГБ-со-3ГВ), ограничено их высокой ценой. Одним из подходов к снижению стоимости производства ПГА является использование недорогих источников углерода (жирных кислот, растительных масел и др). Целью этой работы было исследование синтеза сополимера П(3ГБ-со-3ГВ) бактериями Cupriavidus necator B-10646, культивируемыми на олеиновой кислоте с разными биохимическими предшественниками 3ГВ. Бактерии выращивали в течение 72 ч в термостатируемом шейкере-инкубаторе при 30°C и 200 об/мин. В качестве предшественников 3ГВ использовали соли пропионовой или валериановой кислот. Содержание и состав полимера определяли газовой хроматографией метиловых эфиров жирных кислот. Липиды и полимер экстрагировали из биомассы по методу Фолча. Добавление пропионата и валерата калия не ингибировало рост бактерий и синтез полимера. Урожай биомассы и содержание полимера составляло соответственно 9,3-9,5 г/л и 80-83% от веса сухой биомассы. Использование валерата или пропионата калия привело к синтезу бактериями сополимера П(3ГБ-со-3ГВ) с включением 3ГВ соответственно 21,2 и 14,3 мол.%. Среднечисловая молекулярная масса (Мч) полимера, синтезируемого бактериями при росте исключительно на олеиновой кислоте, составляла 220 кДа, полидисперсность полимера – 3,5. Полимер, синтезируемый в присутствии пропионата или валерата калия, характеризовался более низкой Мч (156-178 кДа) и более высокой полидиперсностью (4,4-4,9). Основными жирными кислотами (ЖК) внутриклеточных липидов бактерий, культивируемых только на олеиновой кислоте, были олеиновая (33,26% от суммы ЖК) и пальмитиновая кислота (27,48% от суммы ЖК). Добавление пропионата или валерата калия не привело к значительным изменениям в составе ЖК внутриклеточных липидов исследуемого штамма. Таким образом, показана способность C. necator B-10646, синтезировать П(3ГБ-со-3ГВ) при росте на смеси из олеиновой кислоты и предшественников 3ГВ. Полученные данные могут быть использованы для разработки и осуществления экономически обоснованного процесса производства П(3ГБ-со-3ГВ).