Studium metabolismu bakteriálních buněk a vlivu stresu na biosyntézu PHA
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Předložená dizertační práce se zabývá studiem biosyntézy polyhydroxyalkanoátů, jakožto mikrobiálního produktu s potenciálem nahradit současné konvenční plasty vyráběné z ropy. Dizertační práce je vypracovaná ve formě diskutovaného souboru již uveřejněných publikací, které jsou pak součástí práce ve formě příloh. Práce navazuje na poměrně rozsáhlé znalosti v oblasti produkce polyhydroxyalkanoátů a přináší nové skutečnosti a možné strategie. V rámci práce byly testovány rozličné možnosti analýzy polyhydroxyalkanoátů pomocí moderních metod, které přináší především rychlost, která může být klíčová při „real-time“ evaluaci produkčního biotechnologického procesu. Ramanova spektroskopie se ukázala jako velice perspektivní technika pro rychlou kvantifikaci PHA. Dále se práce zabývá valorizací odpadů potravinářského a zemědělského původu. Důraz je kladen především na metody detoxifikace hydrolyzátů lignocelulózy. V tomto kontextu byla poprvé využita adsorpce inhibitorů na lignin jako alternativa k dalším detoxifikačním technikám. Vybrané produkční kmeny Burkholederia cepacia a B. sacchari byly díky detoxifikaci schopné utilizovat hydrolyzát měkkého dřeva pro produkci PHA. V další části práce byla testována také možnost využítí kuřecího peří jako komplexního zdroje dusíku. V rámci práce bylo také využito evoluční inženýrství jako možná strategie pro eliminaci inhibičního účinku kyseliny levulové – mikrobiálního inhibitoru, který vzniká při hydrolýze lignocelulózových materiálů. Adaptačními experimenty byly z původního divokého kmene C. necator vyvinuty kmeny projevující se vyšší odolností ke kyselině levulové a schopné akumulovat kopolymer s vyšším zastoupením 3HV. Dalším slibným přístupem testovaným v rámci práce bylo využití extrémofilního mikrobiálního kmene, což vede ke snížení nákladů na biotechnologickou produkci. Vybrané druhy rodu Halomonas prokázaly vysoký potenciál jako halofilní producenti PHA. Závěrečná část práce se věnovala výběru produkčního kmene s ohledem na vlastnosti výsledného PHA. Kmen Cupriavidus malaysiensis byl vybrán za účelem produkce terpolymeru P(3HB-co-3HV-co-4HB) u kterého byly odhaleny značné rozdíly v materiálových vlastnostech oproti P3HB.
This thesis deals with the study of polyhydroxyalkanoate biosynthesis as a microbial product with the potential to replace current conventional plastics made from petroleum. The dissertation thesis is elaborated in the form of a discussed set of already published publications, which are then part of the thesis in the form of appendices. The work builds on relatively extensive knowledge in the field of polyhydroxyalkanoate production and brings new facts and possible strategies. Various possibilities of analysis of polyhydroxyalkanoates using modern methods were tested in this work, which brings especially speed, which can be crucial in real-time evaluation of production biotechnological process. Raman spectroscopy has proven to be a very promising technique for rapid quantification of PHA. Furthermore, the work deals with valorisation of waste of food and agricultural origin. Emphasis is placed on methods of detoxification of lignocellulose hydrolysates. In this context, adsorption of inhibitors to lignin was first used as an alternative to other detoxification techniques. Due to detoxification, selected production strains Burkholederia cepacia and B. sacchari were able to utilize softwood hydrolyzate for PHA production. In the next part of the work was also tested the possibility of using chicken feathers as a complex source of nitrogen. Evolutionary engineering was also used as a possible strategy to eliminate the inhibitory effect of levulic acid as a microbial inhibitor that results from the hydrolysis of lignocellulosic materials. Adaptation experiments were used to develop strains exhibiting higher resistance to levulic acid and the ability to accumulate a higher 3HV copolymer from the original wild-type C. necator strain. Another promising approach tested in the work was the use of extremophilic microbial strain, which leads to a reduction in the cost of biotechnological production. Selected Halomonas species have shown high potential as halophilic PHA producers. The final part of the thesis was devoted to the selection of the production strain with regard to the properties of the resulting PHA. The Cupriavidus malaysiensis strain was selected to produce a P(3HB-co-3HV-co-4HB) terpolymer which revealed significant differences in material properties over P3HB.
This thesis deals with the study of polyhydroxyalkanoate biosynthesis as a microbial product with the potential to replace current conventional plastics made from petroleum. The dissertation thesis is elaborated in the form of a discussed set of already published publications, which are then part of the thesis in the form of appendices. The work builds on relatively extensive knowledge in the field of polyhydroxyalkanoate production and brings new facts and possible strategies. Various possibilities of analysis of polyhydroxyalkanoates using modern methods were tested in this work, which brings especially speed, which can be crucial in real-time evaluation of production biotechnological process. Raman spectroscopy has proven to be a very promising technique for rapid quantification of PHA. Furthermore, the work deals with valorisation of waste of food and agricultural origin. Emphasis is placed on methods of detoxification of lignocellulose hydrolysates. In this context, adsorption of inhibitors to lignin was first used as an alternative to other detoxification techniques. Due to detoxification, selected production strains Burkholederia cepacia and B. sacchari were able to utilize softwood hydrolyzate for PHA production. In the next part of the work was also tested the possibility of using chicken feathers as a complex source of nitrogen. Evolutionary engineering was also used as a possible strategy to eliminate the inhibitory effect of levulic acid as a microbial inhibitor that results from the hydrolysis of lignocellulosic materials. Adaptation experiments were used to develop strains exhibiting higher resistance to levulic acid and the ability to accumulate a higher 3HV copolymer from the original wild-type C. necator strain. Another promising approach tested in the work was the use of extremophilic microbial strain, which leads to a reduction in the cost of biotechnological production. Selected Halomonas species have shown high potential as halophilic PHA producers. The final part of the thesis was devoted to the selection of the production strain with regard to the properties of the resulting PHA. The Cupriavidus malaysiensis strain was selected to produce a P(3HB-co-3HV-co-4HB) terpolymer which revealed significant differences in material properties over P3HB.
Description
Keywords
Citation
KUČERA, D. Studium metabolismu bakteriálních buněk a vlivu stresu na biosyntézu PHA [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2019.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Potravinářská chemie
Comittee
prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Václav Brázda, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. František Krčma, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Stanislav Kráčmár, DrSc., oponent (člen)
doc. RNDr. Miroslav Ondrejovič, Ph.D., oponent (člen)
Date of acceptance
2019-12-05
Defence
Předsedkyně představila doktoranda. Ing. Kučera má poměrně bohaté pracovní zkušenosti: 2019 - SolarWinds – Associate Developer; 2017 - Fakulta chemická, CMV vědecký pracovník; 2015 – 2017 VUT Brno, Fakulta chemická, Centrum materiálového výzkumu, technicko-hospodářský pracovník. Absolvoval 2 zahraniční stáže v rámci programu Erasmus+ - 2017 univerzita v Rakousku, 2 měsíce, 2015 univerzita ve Švédsku. Co se týče pedagogické činnosti: v letech 2017/2018 a 2018/2019 zimní semestr vedl Praktikum z instrumentální a strukturní analýzy. Ing. Kučera má významnou publikační činnost: 11 publikací v časopisech s impakt faktorem - v 1 případě je prvním autorem. Dále je spoluatorem publikací v recenzovaných časopisech zařazených do databáze Scopus, sborníků a abstraktů. Oponenti přečetli posudky, oba kladné a doporučovaly práci k obhajobě. Doktorand zodpověděl uspokojivým způsobem dotazy jak od obou oponentů, tak otázky vzešlé z diskuze.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení