Aquí presentamos un protocolo sobre bioproceso de adsorción para producir un producto biológico, especialmente un pigmento que inhibe su propia biosíntesis e inhibe el crecimiento del microorganismo que lo produce.
Artículo de método
Aquí presentamos un protocolo sobre bioproceso de adsorción para producir un producto biológico, especialmente un pigmento que inhibe su propia biosíntesis e inhibe el crecimiento del microorganismo que lo produce.
Las melaninas son pigmentos naturales, y la presencia de anillo de indol y numerosos grupos funcionales hace que la melanina sea una opción ideal para muchas aplicaciones, como agentes protectores contra los rayos UV, cuidado de la piel, cosméticos, etc. Una Pseudomonas stutzeri marina produce melanina sin la adición de tirosina. La inhibición de la retroalimentación fue observada por la melanina en el cultivo de una bacteria marina productora de melanina, Pseudomonas stutzeri. La melanina también demostró inhibición del crecimiento microbiano. El análisis basado en el modelo de Han-Levenspiel identificó la inhibición de la melanina en el crecimiento celular. La enzima tirosinasa, que produce melanina, fue inhibida por la melanina. El doble gráfico recíproco de la reacción enzimática en presencia de diferentes concentraciones de melanina reveló una inhibición no competitiva del producto. Se desarrolló un bioproceso adsorbente basado en adsorbentes para reducir la inhibición de la retroalimentación por parte de la melanina. Se examinaron diferentes adsorbentes para seleccionar el mejor adsorbente para la adsorción de melanina. La cantidad de dosis y el tiempo se optimizaron para desarrollar el bioproceso de adsorción, que resultó en un aumento de 8,8 veces en la producción de melanina por parte de la bacteria marina Pseudomonas stutzeri (153 mg/L a 1349 mg/L) sin suplementación de tirosina y extracto de levadura.
Las melaninas son compuestos polifenólicos cuya unidad monomérica es el anillo de indol. Las melaninas son responsables de la mayoría de las coloraciones negras, marrones y grises de plantas, animales ymicroorganismos. Las melaninas más comunes son las eumelaninas, que son pigmentos de color marrón oscuro o negro ampliamente distribuidos en vertebrados e invertebrados2. Los cefalópodos, las plantas y los microbios son las principales fuentes de melanina3. La melanina obtenida de microorganismos tiene varias ventajas sobre la melanina de cefalópodos y plantas. Son de crecimiento rápido y no causan ningún problema de variaciones estacionales. Además, se modifican de acuerdo con el medio de crecimiento y las condiciones de funcionamiento proporcionadas. Teniendo en cuenta todos estos hechos, las fuentes microbianas son explotadas como una fuente importante de melanina con potenciales aplicaciones comerciales 4,5,6. Guo et al. utilizaron Streptomyces kathirae SC-1 recombinante para producir melanina hasta 28,8 g/L en un medio optimizado7. Lagunas-Muñoz y cols. Obtuvo alrededor de 6 g/L de melanina en E. coli recombinante 8. Wang et al. obtuvieron alrededor de 4,2 g/L de melanina soluble después de la optimización del medio9. Los investigadores también investigaron los cultivos marinos para producir melanina. Kiran et al. produjeron melanina a partir de especies marinas de Pseudomonas 10. Kumar et al. aislaron Pseudomonas stutzeri HMGM-7 de algas marinas, que producían melanina en caldo de nutrientes. Todos los productores de melanina reportados requieren suplementos medios, extracto de levadura y/o peptona para la producción de melanina, lo que puede dificultar la ampliación del bioproceso. Raman et al. investigaron la producción de melanina a partir de Aspergillus fumigatus AFGRD105, que no requirió aditivos costosos11.
Se seleccionó una bacteria marina conocida como Pseudomonas stutzeri, aislada de algas marinas, para la producción de melanina. Este microorganismo no requiere suplementación adicional de tirosina y extracto de levadura para la producción de melanina soluble y crece en medios a base de agua de mar, lo que reduce la huella de agua potable y el costo medio. Thaira et al. informaron de un bioproceso optimizado utilizando harina de pastel de coco para la producción de nanopigmentos de melanina utilizando esta bacteria marina en una publicación anterior12. La melanina producida se utilizó para la eliminación altamente eficiente de metales pesados del agua subterránea sintética. Sin embargo, durante la optimización del medio, se identificó una inhibición plausible de la retroalimentación de la melanina en el crecimiento y la formación del producto. Por lo tanto, en este protocolo, se investiga y cuantifica la inhibición de la retroalimentación de la melanina utilizando el modelo generalizado de Han-Levenspiel. Se desarrolla un protocolo de bioproceso de adsorción simple y efectivo para reducir la inhibición de retroalimentación en la máxima medida.
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1. Crecimiento y mantenimiento del cultivo de Pseudomonas stutzeri .
2. Estudios de inhibición de la melanina sobre el crecimiento y la actividad enzimática
3. Modelado de la cinética de inhibición de la melanina
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(6)4. Desarrollo del bioproceso adsorbente
5. Selección del mejor adsorbente de los diferentes adsorbentes disponibles
6. Efecto del tiempo de dosificación del adsorbente
7. Efecto de la cantidad de dosis de adsorbente
8. Modelización matemática del bioproceso
(7)
(8)
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(12)
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(14)9. Técnicas analíticas
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(16)Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
La figura 1A, B muestra el crecimiento y la producción de melanina bajo la influencia de diferentes concentraciones iniciales de melanina. El crecimiento celular y la producción de melanina disminuyeron sustancialmente con el aumento de la concentración inicial de melanina. A una concentración inicial de melanina de 500 mg/L en el medio, la biomasa y la melanina se redujeron a casi el 50% del valor máximo obtenido en el control. A 1000 mg/L de concentración inicial de melani...
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La inhibición del producto es un cuello de botella importante en el bioprocesamiento que conduce a una reducción de la productividad. Existen varios métodos para reducir la inhibición del producto, como el bioproceso continuo y las técnicas de eliminación de producto in situ. Sin embargo, estas opciones requieren una revisión completa de la instalación de bioprocesamiento existente 23,24,25,26,27,28.
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Los autores no tienen ningún conflicto de intereses
Agradecemos al Departamento de Ciencia y Tecnología (DST/TSG/WP/2014/58) de la India y al Instituto Nacional de Tecnología de Karnataka por proporcionar fondos para el desarrollo del protocolo mencionado.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Alúmina+A15A26A3:A13A3:A16A3:A17 | HiMedia | GRM1909 | |
| Carbón activado | HiMedia | PCT1001 | |
| Medio de agua de mar artificial | HiMedia | M1942 | |
| reactivos | HiMedia | ML106 | |
| Celite | HiMedia | GRM226 | |
| Centrífuga | REMI | CM-8 | |
| Tubos de centrífuga | HiMedia | PW1207 | |
| Ácido dinitrosalicílico | Matraz HiMedia | GRM1582 | |
| Erlenmeyer | Borosil 4980021 | ||
| tierra de batán | HiMedia | GRM232 | |
| Glucosa | HiMedia | MB037 | |
| HCl | HiMedia | AS004 | |
| L-tirosina | HiMedia | RM069 | |
| Microsoft Excel | Analizador | ||
| HORIBA Scientific | Nanopartica SZ-100 | ||
| Medio de agar nutriente | HiMedia | M001 | |
| Placa de Petri | HiMedia | PW054 | |
| Tampón de fosfato | HiMedia | M1452 | |
| Hidróxido de sodio | HiMedia | MB095 | |
| Espectrofotómetro | Thermofisher | Genesys 10 | |
| Biorreactor de tanque agitado | Scigenics | Bioferm LS | |
| TE Buffer | HiMedia | ML060 | |
| Microscopio electrónico de transmisión | JEOL | JEM-2100 | |
| Zeolita | HiMedia | GRM3834 |
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