Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Adsorptief bioproces verbetert de opbrengst van melanine uit Pseudomonas stutzeri

1.3K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/63339

⸱

12 januari 2022

 ,  , 
1Department of Chemical Engineering, National Institute of Technology, 2Department of Biotechnology, Manipal Institute of Technology

In dit artikel

Samenvatting

Hier presenteren we een protocol over het adsorptieve bioproces om een biologisch product te produceren, met name een pigment dat zijn eigen biosynthese remt en de groei van het micro-organisme dat het produceert remt.

Samenvatting

Melanine zijn natuurlijke pigmenten en de aanwezigheid van indoolring en talrijke functionele groepen maakt melanine een ideale keuze voor vele toepassingen, zoals UV-beschermende middelen, huidverzorging, cosmetica enz. Een mariene Pseudomonas stutzeri produceert melanine zonder toevoeging van tyrosine. De feedbackremming werd waargenomen door melanine in de cultuur van een melanineproducerende mariene bacterie, Pseudomonas stutzeri. Melanine vertoonde ook microbiële groeiremming. De modelgebaseerde analyse van Han-Levenspiel identificeerde niet-competitieve productremming van melanine op de celgroei. Het enzym tyrosinase, dat melanine produceert, werd geremd door melanine. De dubbele wederkerige plot van de enzymatische reactie in aanwezigheid van verschillende melanineconcentraties onthulde niet-competitieve productremming. Er werd een adsorptief bioproces op basis van adsorbens ontwikkeld om de feedbackremming door melanine te verminderen. Verschillende adsorptiemiddelen werden gescreend om het beste adsorbens voor melanineadsorptie te selecteren. De dosering en de tijd werden geoptimaliseerd om het adsorptieve bioproces te ontwikkelen, wat resulteerde in een 8,8-voudige verbetering van de melanineproductie door de mariene bacterie Pseudomonas stutzeri (153 mg/L tot 1349 mg/L) zonder suppletie van tyrosine en gistextract.

Inleiding

Melanine zijn polyfenolverbindingen waarvan de monomere eenheid de indoolring is. Melanine is verantwoordelijk voor de meeste zwarte, bruine en grijze verkleuringen van planten, dieren en micro-organismen1. De meest voorkomende melanine zijn eumelanines, dit zijn donkerbruine of zwarte pigmenten die wijd verspreid zijn in gewervelde dieren en ongewervelde dieren2. Koppotigen, planten en microben zijn de belangrijkste bronnen van melanine3. Melanine verkregen uit micro-organismen heeft verschillende voordelen ten opzichte van melanine uit koppotigen en planten. Ze groeien snel en veroorzaken geen problemen met seizoensvariaties. Ze passen zichzelf ook aan volgens het groeimedium en de verstrekte bedrijfsomstandigheden. Gezien al deze feiten worden de microbiële bronnen geëxploiteerd als een belangrijke bron van melanine met potentiële commerciële toepassingen 4,5,6. Guo et al. gebruikten recombinant Streptomyces kathirae SC-1 om melanine tot 28,8 g/L te produceren in een geoptimaliseerd medium7. Lagunas-Muñoz et al. Verkregen ongeveer 6 g/L melanine in recombinant E. coli8. Wang et al. verkregen ongeveer 4,2 g/L oplosbare melanine na mediumoptimalisatie9. Onderzoekers onderzochten ook mariene culturen om melanine te produceren. Kiran et al. produceerde melanine uit mariene Pseudomonas species10. Kumar et al. isoleerden Pseudomonas stutzeri HMGM-7 uit zeewier, dat melanine produceerde in voedingsbouillon. Alle gerapporteerde melanineproducenten hebben mediumsupplementen, gistextract en/of pepton nodig voor de melanineproductie, wat de opschaling van het bioproces kan belemmeren. Raman et al. onderzochten de melanineproductie van Aspergillus fumigatus AFGRD105, waarvoor geen dure additieven nodig waren11.

Een mariene bacterie die bekend staat als Pseudomonas stutzeri, geïsoleerd uit zeewier, werd geselecteerd voor de productie van melanine. Dit micro-organisme heeft geen extra suppletie van tyrosine en gistextract nodig voor de productie van oplosbare melanine en groeit in media op basis van zeewater, waardoor de voetafdruk van drinkwater en de gemiddelde kosten worden verminderd. Thaira et al. rapporteerde een geoptimaliseerd bioproces met behulp van kokoscakemeel voor de productie van melanine-nanopigment met behulp van deze mariene bacterie in een eerdere publicatie12. De geproduceerde melanine werd gebruikt voor de zeer efficiënte verwijdering van zware metalen uit het synthetische grondwater. Tijdens mediumoptimalisatie werd echter een plausibele feedbackremming van melanine op de groei en productvorming geïdentificeerd. Daarom wordt in dit protocol de feedbackremming van melanine onderzocht en gekwantificeerd met behulp van het gegeneraliseerde Han-Levenspiel-model. Er wordt een eenvoudig en effectief adsorptief bioprocesprotocol ontwikkeld om feedbackremming maximaal te verminderen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. Groei en onderhoud van de Pseudomonas stutzeri-cultuur .

  1. Haal de bacterie Pseudomonas stutzeri bij MTCC Chandigarh (geleverd als gevriesdroogde ampul).
    1. Desinfecteer het oppervlak van de ampul met alcohol (70%). Markeer de ampul in het midden van de meter en breek op het gemarkeerde gebied.
      OPMERKING: Wees voorzichtig bij het openen van de ampul, aangezien de inhoud zich in vacuüm bevindt. Neem voorzorgsmaatregelen bij het breken van de ampul, want een klikopening trekt de katoenen prop naar het ene uiteinde en een haastige opening zorgt ervoor dat de gelyofiliseerde fijne deeltjes van de microbe in de lucht terechtkomen.
    2. Verwijder voorzichtig de katoenen prop met een gesteriliseerd pincet en voeg 0,3 ml Luria Bertani (LB) bouillon toe aan de ampul. Laat het 30 minuten staan.
    3. Inoculeer 100 μl van de suspensie met 10 ml LB bouillon (in een erlenmeyer van 100 ml) en plaats deze in de schudmachine van de incubator bij 180 omw/min bij 37 °C. Breng tegelijkertijd 100 μL van de suspensie over naar de vaste LB-agar en verspreid om geïsoleerde kolonies te verkrijgen. Incubeer het een nacht bij 37 °C.
  2. Als de cultuur eenmaal is gegroeid, bewaar je ze bij 4 °C.
  3. Doe subcultuur na elke 4 weken door een kolonie op een verse LB-agarplaat te strepen en de plaat een nacht bij 37 °C te incuberen zodat de kolonies kunnen verschijnen.

2. Remmingsstudies van melanine op de groei en enzymactiviteit

  1. Bereid het kweekmedium voor door respectievelijk 51,4 g/L glucose, 49,8 g/L kokoscakemeel, 0,09 g/L, 0,03 g/L en 0,05 g/L CuSO4, FeSO4 en MgSO4 toe te voegen aan kunstmatig zeewater (Materiaaltabel). Voer alle experimenten uit in een schudkolf van 250 ml met een vulvolume van 15 ml bij 200 tpm, 37 °C en een initiële pH van 7.
  2. Voeg aan het begin van het bioproces verschillende concentraties melanine (100 mg/L, 200 mg/L, 500 mg/L en 1000 mg/L) toe aan elk kweekmedium.
  3. Meet de specifieke groeisnelheid, de enzymactiviteit van de cellen en melanine op verschillende tijdsintervallen van het bioproces voor elke toegevoegde melanineconcentratie (sectie 3.2).

3. Modellering van de kinetiek van melanine-inhibitie

  1. Gebruik de volgende gegeneraliseerde vergelijking van Han en Levenspiel13 om de remmingskinetiek van de melanineproductie te modelleren,
    figure-protocol-1 (1)
    Waar
    μ = schijnbare specifieke groeisnelheid (1/uur)
    μmax = maximale specifieke groeisnelheid (1/h)
    p = productconcentratie (g/l)
    p *= kritische productconcentratie waarbij de groei stopt (g/L)
    s = concentratie substraat (g/L)
    m,n = parameters
    Bovenstaande vergelijking kan worden herschreven als
    figure-protocol-2 (2)
    Waar
    figure-protocol-3 (3)
    en figure-protocol-4 (4)
    De bovenstaande vergelijking kan worden herschikt naar een dubbele wederkerige plot van 1/μ versus 1/s, zoals hieronder gegeven
    figure-protocol-5 (5)
  2. Teken een rechte lijn met behulp van de gegevens van verschillende specifieke groeisnelheden en substraatconcentraties met behulp van de bovenstaande vergelijking. Het snijpunt op respectievelijk de Y- en de X-as geeft μmax en Ks, die respectievelijk in categorie 3 en 4 kunnen worden vervangen om μobs en Kobs te verkrijgen.
    Vergelijking (3) kan worden geschreven als
    figure-protocol-6 (6)
  3. Bereken de specifieke groeisnelheid van de geteelde cultuur in stap 2.2 en benoem deze als μobs.
  4. Gebruik de waarde van de specifieke groeisnelheid verkregen in stap 3.3 in vergelijking (6). Pas de gegevens aan op een lineaire vergelijking en bereken de helling en het snijpunt.
  5. Gebruik vergelijking (3) om de maximale specifieke groeisnelheid te berekenen in afwezigheid van melanine.

4. Ontwikkeling van het adsorptieve bioproces

  1. Voer alle experimenten uit in een schudkolf van 250 ml met een vulvolume van 15 ml bij 200 tpm, 37 °C en een initiële pH van 7.
  2. Voer het laatste geoptimaliseerde bioproces uit in een bioreactor met geroerde tank van 5 l en een vulvolume van 3 l. Houd de pH van de cultuur tussen 7-7,5 en opgeloste zuurstof tussen 50%-60% van de verzadiging in de bioreactorstudies.

5. Selectie van het beste adsorbens uit verschillende beschikbare adsorptiemiddelen

  1. Voeg verschillende adsorbentia zoals aluminiumoxide, zeoliet, celite, vollersaarde en actieve kool toe aan verschillende kolven met de kweekbouillon.
  2. Voeg elk adsorbens afzonderlijk in een concentratie van 1 g/l toe aan de kweekbouillon en bewaar het in een roterende schudder bij 150 tpm gedurende 12.
  3. Scheid de adsorptiemiddelen door centrifugeren bij 5000 x g gedurende 10 minuten en meet de absorptie van het bovenstaande bij 400 nm met behulp van een spectrofotometer.
  4. Selecteer het adsorbens dat de maximale hoeveelheid melanine uit de kweekbouillon adsorbeert.

6. Effect van de doseringstijd van het adsorbens

  1. Start het bioproces en voeg het adsorbens toe dat de hoogste adsorptie van melanine uit de cultuur oplevert (geselecteerd na sectie 5). De concentratie die in de eerste stap is geselecteerd, is 1 g/l.
  2. Meet de maximale melanineproductie volgens het eerder gepubliceerde protocol12.
  3. Herhaal stap 6.1 door het adsorbens toe te voegen na 12 uur na het begin van het bioproces en meet de melanineproductie op verschillende tijdstippen van het bioproces.
  4. Herhaal stap 6.3 door het adsorbens toe te voegen na 24 uur, 36 uur en 48 uur na het begin van het bioproces.
  5. Vergelijk de melanine die in elk bioproces wordt geproduceerd en identificeer de beste doseringstijd voor de maximale melanineproductie en -herstel.

7. Effect van de hoeveelheid adsorbensdosering

  1. Voeg verschillende concentraties van het beste adsorbens (0,5, 1, 2, 4, 6, 8 en 10 g/l) toe aan de culturen op het in rubriek 6 aangegeven tijdstip.
  2. Oogst het bioproces door centrifugatie op 5000 x g gedurende 10 minuten.
  3. Verzamel het bovenstaande en bereken de hoeveelheid melanine door de absorptie bij 400 nm te meten.
  4. Was de pellet met adsorbens twee keer elk met gedestilleerd water en ethanol om cellen en andere verbindingen die aan het adsorbens vastzitten te verwijderen. Voer de wasstap uit door centrifugeren op 5000 x g gedurende 10 minuten.
  5. Voeg een 0,1 M NaOH-oplossing toe aan het gewassen adsorbens om de melanine te desorberen.
  6. Centrifugeer het mengsel gedurende 10 minuten bij 5000 x g en meet de hoeveelheid melanine in het bovenstaande bij 400 nm met een spectrofotometer.
  7. Herhaal het desorptieproces driemaal of totdat het adsorbens weer zijn normale kleur heeft.
  8. Verlaag de pH van deze geconcentreerde gedesorbeerde melanineoplossing tot 3 of minder door 1 N HCl toe te voegen met behulp van een roerder met magnetische kralen om melanine neer te slaan. Bewaar de zure oplossing indien nodig 1 uur in de koelkast om de neerslag te verhogen.
  9. Was de aldus neergeslagen melanine driemaal met gedestilleerd water door centrifugeren bij 5000 x g gedurende 10 minuten, droog en bewaar bij 4 °C.

8. Wiskundige modellering van het bioproces

  1. Kinetiek van de biomassagroei
    1. Kwantificeer de groeisnelheid van de biomassa met behulp van het volgende gewijzigde Verhulset-model dat is ontwikkeld voor productremming, zoals beschreven in de onderstaande vergelijking 14,15,16,17,
      figure-protocol-7 (7)
      Waar
      x = concentratie biomassa (g/L)
      xm = maximale biomassaconcentratie (g/L)
      μobs = maximale specifieke groeisnelheid (1/h) zoals gegeven door vergelijking (2)
      Vazques et al. (2008) leidden verder de volgende vergelijking voor biomassaconcentratie af uit vergelijking (7)
      figure-protocol-8 (8)
      Waar
      vx = groeisnelheid biomassa (g/L/h) = μobs·x
      μobs       = waargenomen specifieke groeisnelheid (1/h)
      τx = vertragingstijd (h)
      t = tijd (h)
    2. Gebruik vergelijking (8) om de biomassaconcentratie op verschillende tijdstippen van het bioproces te berekenen en het groeiprofiel van Pseudomonas stutzeri te simuleren.
  2. Kinetiek van het substraatverbruik
    OPMERKING: Het substraat wordt gebruikt voor de groei van biomassa, productvorming en onderhoud in een bioproces.
    1. Gebruik de volgende vergelijking om het gebruik van het substraat in het bioproces in evenwicht te brengen,
      figure-protocol-9 (9)
      Het grootste deel van de glucose wordt gebruikt voor de opwekking van biomassa; Daarom, ter vereenvoudiging, zou het verwaarlozen van substraatconsumptie voor productvorming vergelijking (9) reduceren tot,
      figure-protocol-10 (10)
      Waar
      S = substraatconcentratie (g/L)
      YP/S = productopbrengstcoëfficiënt, d.w.z. melanineopbrengstcoëfficiënt (g/g)
      P = productconcentratie (g/L), d.w.z. melanineconcentratie (g/L)
      YX/S = opbrengstcoëfficiënt biomassa (g/g)
      ms = onderhoudscoëfficiënt (g/g/h)
      Als we de bovenstaande vergelijking van tijd t = 0 integreren in tijd t = t, en de waarde van x uit vergelijking (8) vervangen, krijgen we de volgende vergelijking voor substraatconcentratieprofiel17,
      figure-protocol-11 (11)
      Waarbij s0 = initiële substraatconcentratie (g/L) en x0 = initiële biomassaconcentratie (g/L)
    2. Gebruik vergelijking (11) om de substraatconcentratie te berekenen op verschillende tijdsintervallen van het bioproces of, als de substraatconcentratie bekend is, gebruik dan dezelfde vergelijking om de parameters in de vergelijking te schatten.
  3. Kinetiek van de melanineproductie
    1. Gebruik de Ludeking-Pirate-vergelijking om de melanineproductie te simuleren. Melanine is echter geassocieerd met groei en daarom wordt de term voor niet-groeigeassocieerde productvorming verwaarloosd en kan de vereenvoudigde vergelijking worden geschreven als:
      figure-protocol-12 (12)
      Waar
      α = Ludeking-Pirate constante gekoppeld aan groei geassocieerde productvorming (g/g)
      Het integreren van vergelijking (12) van tijd t = 0 tot t = t resulteert in de volgende vergelijking voor het productconcentratieprofiel
      figure-protocol-13 (13)
    2. Gebruik vergelijking (13) om α te berekenen .
  4. Schatting van kinetische parameters
    1. Schat alle hierboven genoemde parameters met de niet-lineaire kleinste-kwadraatmethode voor parameterschatting met behulp van een geschikte softwaretool (bijv. Microsoft Excel-oplosser).
    2. Gebruik batchexperimentgegevens voor het schatten van parameters en minimaliseer de som van de gekwadrateerde fout (SSE) met behulp van de Oplosser, zoals aangegeven door de volgende vergelijking:
      Minimaliseren
      figure-protocol-14 (14)
      Waar
      xsim = gesimuleerde waarde en xexp = experimentele waarde

9. Analytische technieken

  1. Melanine extractie
    1. Centrifugeer de groeicultuur bij 5000 x g gedurende 10 minuten om de biomassa te verwijderen.
    2. Voeg een gelijk volume van 1 M NaOH toe aan de supernatant.
    3. Verzuur het alkalische supernatans tot pH 2 door 1 N HCl toe te voegen om de melanine neer te slaan.
    4. Centrifugeer het aangezuurde bovenstaande middel gedurende 20 minuten bij 12000 x g om melanine op te vangen.
    5. Was de verzamelde melanine driemaal met 5 ml gedestilleerd water, droog een nacht bij kamertemperatuur (RT) en bewaar bij 4 °C18.
  2. Kwantificering van melanine
    1. Bereid verschillende concentraties melanineoplossingen (0-500 mg/L) door de juiste hoeveelheid melanine op te lossen in kunstmatig zeewater (pH 8).
    2. Meet de extinctie bij 400 nm met behulp van spectrofotometer18.
    3. Bereid de kalibratiecurve voor met behulp van bovenstaande gegevens.
    4. Centrifugeer de groeicultuur bij 5000 x g gedurende 10 minuten om de biomassa te verwijderen en meet de absorptie van het bovenstaande bij 400 nm. Bereken de melanineconcentratie in de groeicultuur met behulp van de kalibratiecurve die is opgesteld in stap 9.2.3
  3. Tyrosinase test
    1. Volg het onderstaande protocol voor de tyrosinase-enzymtest ontwikkeld door Ren et al. (2013)19 om de enzymactiviteit van tyrosinase geëxtraheerd uit Pseudomonas stutzeri-kweekbouillon te bepalen.
    2. Centrifugeer de bacteriecultuur op 5.000 x g om de cellen te verzamelen.
    3. Sonificeer de cellen in een koude fosfaatbuffer van 100 mM met een pH van 6,5 en centrifugeer het homogenaat gedurende 15 minuten bij 9000 x g en verzamel het supernatant, een bron van het tyrosinase-enzym.
    4. Voeg 0,2 ml van de in de bovenstaande stap verkregen enzymoplossing toe aan 2,8 ml 0,1 ml natriumfosfaatbuffer (pH 6,5) die 1 ml L-tyrosine (substraat) bevat.
    5. Observeer de vorming van dopachroom door de extinctie bij 475 nm te meten.
    6. Bereken de tyrosinase-activiteit als volgt. Eén internationale eenheid (IE) tyrosinase-activiteit wordt gedefinieerd als de hoeveelheid enzym die nodig is om 1 μmol L-tyrosine per minuut te oxideren tot dopachroom. Bereken dit door de molaire extinctiecoëfficiënt van dopachroom (3600 L·M-1·cm-1) te gebruiken door de volgende vergelijking:
      figure-protocol-15 (15)
  4. Schatting van biomassa
    1. Verzamel 5 ml van de monsters met een interval van 4 uur in de Biosafety-kast, met behoud van steriliteit. Vlam de katoenen prop van de kolf voor en na het nemen van de monsters om de kans op besmetting te verkleinen. Meet voor al deze monsters de optische dichtheid (OD) van de monsters bij 660 nm.
      OPMERKING: De niet-geïnoculeerde media dienen als de blanco. Deze metingen zullen worden gebruikt om de groei van de micro-organismen te bestuderen.
    2. Centrifugeer de kweekbouillon op 5000 x g gedurende 10 min en 4 °C, vang de celpellet op en droog de pellet gedurende 8 uur bij 60 °C in een heteluchtoven om de droge celmassa te verkrijgen.
    3. Bereid de kalibratiecurve voor met behulp van de OD gemeten in stap 9.4.1 en de overeenkomstige biomassa verkregen in stap 9.4.2
    4. Gebruik de kalibratiecurve (OD = 0,82 Π biomassa (g/l)) om de onbekende hoeveelheid biomassa te meten door de optische dichtheid van de kweekbouillon op een bepaald moment te meten.
  5. Schatting van DNA
    1. Schat de hoeveelheid DNA in het monster door de optische dichtheid bij 260 nm te meten.
    2. Bereken het DNA met behulp van de volgende formule,
      figure-protocol-16 (16)
      Waar
      A260= Absorptie bij 260 nm
      0,1 = Volume van het monster
      1 = Absorptie van DNA-standaardoplossing met een concentratie van 50 μg/ml, bij 260 nm
  6. Schatting van eiwit
    1. Schat de hoeveelheid eiwit in de monsters met behulp van een Bradford-eiwitschattingskit (Materiaaltabel).
    2. Voeg 5 ml Bradford-reagens toe aan 0,1 ml van het bovenstaande en bewaar dit gedurende 5 minuten. De eiwitten die in het bovenstaande aanwezig zijn, reageren met het Bradford-reagens om een gekleurd complex te vormen.
    3. Meet de extinctie bij 595 nm20 met behulp van de spectrofotometer.
  7. Schatting van de totale reducerende suiker (TRS)
    1. Meet de TRS met dinitrosalicyl (DNS) methode21.
    2. Bereid de DNS-oplossing voor door 1 g DNS op te lossen in 50 ml gedestilleerd water. Voeg 30 g natriumkaliumtartaraat in kleine hoeveelheden toe aan deze oplossing tot de kleur van de oplossing melkgeel wordt, gevolgd door transparant oranjegeel met toevoeging van 20 ml 2 N NaOH. Breng het volume op 100 ml met gedestilleerd water en bewaar het in het donker.
    3. Bereid glucosewerkoplossing (0,01 M) door 180 mg glucose op te lossen in 100 ml gedestilleerd water in een standaardkolf.
    4. Pipetteer de standaard glucoseoplossing (0,2, 0,4, 0,6, 0,8 en 1 ml) in 5 afzonderlijke reageerbuisjes. Gebruik een reageerbuisje met gedestilleerd water (1 ml) als blanco oplossing.
    5. Breng het volume in elke reageerbuis op 2 ml met behulp van gedestilleerd water.
    6. Voeg 1 ml DNS-reagens toe aan elke reageerbuis en dek af met aluminiumfolie.
    7. Verwarm de reageerbuisjes 5 minuten in een kokend waterbad en laat afkoelen tot RT.
    8. Voeg 9 ml gedestilleerd water toe aan elke reageerbuis en meng goed. Meet de OD van de inhoud bij 575 nm met behulp van een spectrofotometer.
    9. Meet de concentratie met behulp van een kalibratiegrafiek die is opgesteld met de hoeveelheid glucose op de X-as versus de absorptie bij 575 nm (A575) op de Y-as.
  8. Analyse van de deeltjesgrootte
    1. Dispergeer de gebiosynthetiseerde melanine in gedestilleerd water (1 ml) met behulp van een sonicator.
    2. Voeg de gedispergeerde monsteroplossing (1 ml) toe aan de nanodeeltjesanalysator en meet de deeltjesgrootte volgens het protocol van de fabrikant.
  9. Transmissie elektronenmicroscopie (TEM) analyse
    1. Droog het na extractie verkregen melaninepoeder door het gedurende 8 uur op 60 °C te houden.
    2. Laad het melaninepoeder in de TEM-monstermatrix en meet de grootte met behulp van de transmissie-elektronenmicroscoop volgens het operatorprotocol.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Figuur 1A,B toont groei en melanineproductie onder invloed van verschillende initiële melanineconcentraties. De celgroei en melanineproductie namen aanzienlijk af met de toenemende beginconcentratie van melanine. Bij de initiële melanineconcentratie van 500 mg/L in het medium daalden de biomassa en melanine tot bijna 50% van de maximale waarde die bij controle werd verkregen. Bij 1000 mg/L initiële melanineconcentratie was er een marginale m...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Productremming is een groot knelpunt in bioprocessing, wat leidt tot verminderde productiviteit. Er bestaan verschillende methoden om productremming te verminderen, zoals continue bioprocessen en in situ productverwijderingstechnieken. Deze opties vereisen echter een volledige revisie van de bestaande bioverwerkingsfaciliteit 23,24,25,26,27,28.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben geen belangenconflict

Dankbetuigingen

We danken het Department of Science and Technology (DST/TSG/WP/2014/58), India en het National Institute of Technology Karnataka voor het verstrekken van financiering voor de ontwikkeling van het bovenstaande protocol.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

```html
Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
 Alumina+A15A26A3:A13A3:A16A3:A17HiMediaGRM1909
Geactiveerde koolHiMediaPCT1001
Kunstmatig zeewatermediumHiMediaM1942
Bradford reagent kitHiMediaML106
CeliteHiMediaGRM226
CentrifugeREMICM-8
Centrifuge tubesHiMediaPW1207
DinitrosalicylzuurHiMediaGRM1582
Erlenmeyer kolfBorosil4980021
Fuller's aardeHiMediaGRM232
GlucoseHiMediaMB037
HClHiMediaAS004
L-tyrosineHiMediaRM069
Microsoft ExcelMicrosoft
NanodeeltjesanalyzerHORIBA ScientificNanopartica SZ-100
Nutrient Agar mediumHiMediaM001
Petri schotelHiMediaPW054
FosfaatbufferHiMediaM1452
NatriumhydroxideHiMediaMB095
SpectrofotometerThermofisherGenesys 10
Gerekte tank bioreactorScigenicsBioferm LS
TE BufferHiMediaML060
Transmissie ElektronenmicroscoopJEOLJEM-2100
ZeolietHiMediaGRM3834
```

Referenties

  1. Langfelder, K., Streibel, M., Jahn, B., Haase, G., Brakhage, A. A. Biosynthesis of fungal melanins and their importance for human pathogenic fungi. Fungal Genetics and Biology. 38 (2), 143-158 (2003).
  2. Riley, P. A. Melanin. International Journal of Biochemistry and Cell Biology. 29 (11), 1235-1239 (1997).
  3. Madaras, F., Gerber, J. P., Peddie, F., Kokkinn, M. J. The effect of sampling methods on the apparent constituents of ink from the squid sepioteuthis australis. Journal of Chemical Ecology. 36 (11), 1171-1179 (2010).
  4. Tran-Ly, A. N., et al. Microbial production of melanin and its various applications. World Journal of Microbiology & Biotechnology. 36 (11), 170(2020).
  5. Pavan, M. E., López, N. I., Pettinari, M. J. Melanin biosynthesis in bacteria, regulation and production perspectives. Applied Microbiology and Biotechnology. 104 (4), 1357-1370 (2019).
  6. Pombeiro-Sponchiado, S. R., Sousa, G. S., Andrade, J. C. R., Lisboa, H. F., Gonçalves, R. C. R. Production of melanin pigment by fungi and its biotechnological applications. Melanin. , IntechOpen Limited. London, UK. 47-77 (2017).
  7. Guo, J., et al. Cloning and identification of a novel tyrosinase and its overexpression in Streptomyces kathirae SC-1 for enhancing melanin production. FEMS Microbiology Letters. 362, 41(2015).
  8. Lagunas-Muñoz, V. H., Cabrera-Valladares, N., Bolívar, F., Gosset, G., Martínez, A. Optimum melanin production using recombinant Escherichia coli. Journal of Applied Microbiology. 101 (5), 1002-1008 (2006).
  9. Wang, L., Li, Y., Li, Y. Metal ions driven production, characterization and bioactivity of extracellular melanin from Streptomyces sp. ZL-24. International Journal of Biological Macromolecules. 123, 521-530 (2019).
  10. Kiran, G. S., Jackson, S. A., Priyadharsini, S., Dobson, A. D. W., Selvin, J. Synthesis of Nm-PHB (nanomelanin-polyhydroxy butyrate) nanocomposite film and its protective effect against biofilm-forming multi drug resistant Staphylococcus aureus. Scientific Reports. 7, 9167(2017).
  11. Raman, N. M., Shah, P. H., Mohan, M., Ramasamy, S. Improved production of melanin from Aspergillus fumigatus AFGRD105 by optimization of media factors. AMB Express. 5 (1), 72(2015).
  12. Thaira, H., Raval, K., Manirethan, V., Balakrishnan, R. M. Melanin nano-pigments for heavy metal remediation from water. Separation Science and Technology (Philadelphia). 54 (2), 265-274 (2018).
  13. Han, K., Levenspiel, O. Extended monod kinetics for substrate, product, and cell inhibition. Biotechnology and Bioengineering. 32 (4), 430-447 (1988).
  14. Vázquez, J. A., Murado, M. A. Unstructured mathematical model for biomass, lactic acid and bacteriocin production by lactic acid bacteria in batchfermentation. Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 83 (1), 91-96 (2008).
  15. Rohit, S. G., Jyoti, P. K., Subbi, R. R. T., Naresh, M., Senthilkumar, S. Kinetic modeling of hyaluronic acid production in palmyra palm (Borassus flabellifer) based medium by Streptococcus zooepidemicus MTCC 3523. Biochemical Engineering Journal. 137, 284-293 (2018).
  16. Nair, A. V., Gummadi, S. N., Doble, M. Process optimization and kinetic modelling of cyclic (1→3, 1→6)-β-glucans production from Bradyrhizobium japonicum MTCC120. Journal of Biotechnology. 226, 35-43 (2016).
  17. Reddy Tadi, S. R., Limaye, A. M., Sivaprakasam, S. Enhanced production of optically pure D (-) lactic acid from nutritionally rich Borassus flabellifer sugar and whey protein hydrolysate based-fermentation medium. Biotechnology and Applied Biochemistry. 64 (-), 279-289 (2017).
  18. Ganesh Kumar, C., Sahu, N., Narender Reddy, G., Prasad, R. B. N., Nagesh, N., Kamal, A. Production of melanin pigment from Pseudomonas stutzeri isolated from red seaweed Hypnea musciformis. Letters in Applied Microbiology. 57 (4), 295-302 (2013).
  19. Ren, Q., Henes, B., Fairhead, M., Thöny-Meyer, L. High level production of tyrosinase in recombinant Escherichia coli. BMC Biotechnology. 13, 13-18 (2013).
  20. Kruger, N. J. The Bradford method for protein quantitation. The Protein Protocols Handbook. Springer Protocols Handbooks. , Humana Press. (2002).
  21. Miller, G. L. Use of Dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Analytical Chemistry. 31 (3), 426-428 (1959).
  22. Dutta, A., Diao, Y., Jain, R., Rene, E. R., Dutta, S. Adsorption of cadmium from aqueous solution onto coffee grounds and wheat straw: Equilibrium and kinetic study. Journal of Environmental Engineering. 142 (9), 1-6 (2015).
  23. Dhillon, G. S., Brar, S. K., Verma, M., Tyagi, R. D. Recent advances in citric acid bio-production and recovery. Food and Bioprocess Technology. 4, 505-529 (2011).
  24. Roffler, S. R., Blanch, H. W., Wilke, C. R. In situ recovery of fermentation products. Trends in Biotechnology. 2 (5), 129-136 (1984).
  25. Maiti, S., et al. A re-look at the biochemical strategies to enhance butanol production. Biomass and Bioenergy. 94, 187-200 (2016).
  26. Prakash, G., Srivastava, A. K. Integrated yield and productivity enhancement strategy for biotechnological production of Azadirachtin by suspension culture of Azadirachta indica. Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering. 6 (1), 129-137 (2011).
  27. Stark, D., von Stockar, U. In situ product removal (ISPR) in whole cell biotechnology during the last twenty years. Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology. 80, 149-175 (2003).
  28. Kaur, G., Srivastava, A. K., Chand, S. Debottlenecking product inhibition in 1,3-propanediol fermentation by In-Situ Product Recovery. Bioresource Technology. 197, 451-457 (2015).
  29. Arun, G., Eyini, M., Gunasekaran, P. Characterization and biological activities of extracellular melanin produced by Schizophyllum commune (Fries). Indian Journal of Experimental Biology. 53, 380-387 (2015).
  30. Bin, L., Wei, L., Xiaohong, C., Mei, J., Mingsheng, D. In vitro antibiofilm activity of the melanin from Auricularia auricula, an edible jelly mushroom. Annals of Microbiology. 62 (4), 1523-1530 (2012).
  31. Madhusudhan, D. N., Mazhari, B. B. Z., Dastager, S. G., Agsar, D. Production and cytotoxicity of extracellular insoluble and droplets of soluble melanin by Streptomyces lusitanus DMZ-3c. BioMed Research International. 2014, 1-11 (2014).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Trefwoorden

Melanineproductieproductinhibitietyrosinase enzymmelanineadsorptiefeedbackinhibitiemariene bacteri nadsorbent screeningenzyminhibitie
Video binnenkort beschikbaar
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleid

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.