Využití různých gelačních strategií při vývoji nové generace bioinokulantů
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Tato diplomová práce se zabývá nad různými přístupy síťování bakteriálních kultur kmene Azotobacter vinelandii, která patří do skupiny PGPR a je schopná produkovat extracelulárně alginát. Cílem tohoto síťování je produkce nové generace bioinokulantů založených na tomto bakteriálním druhu. První část je věnována zkoumání vlivu kyslíku v rámci kultivace na samotnou gelaci bakteriálních kultur. Experimentálně bylo zjištěné, že bakteriální kultury v celkovém objemu 50 a 100 ml v 250 ml Erlenmayerových baňkách vykazovaly gelaci už v samotné médiu, přičemž vzniklé gely byly měřené reometricky a vykazovaly hodnoty komplexního modulu 0,026 kPa a 0,030 kPa. Při bakteriální kultuře v celkovém objemu 150 ml nedošlo k spontánnímu síťování v průběhu gelace. Kromě testování gelace byl v bakteriálních kulturách stanovený i obsah PHB a extracelulárního alginátu a jeho molekulová hmotnost metodou velikostně vylučovací chromatografie s víceúhlovým rozptylem světla (SEC-MALS) a pevnost vzniklých gelů pomocí reometrie. Síťování bakteriálních kultur probíhalo především s využitím CaCl2 jako síťovacího činidla, avšak byly otestované i alternativní způsoby gelace (prostřednictvím vícemocných iontů, slabých organických kyselin, srážedel jako DMSO, emulzní gelace). Taktéž byl otestovaný vliv glukono-D-laktonu (GDL) jako činidla indukujícího gelaci postupným uvolňováním síťovacích iontů v médiu z nerozpustné formy. Nejpevnější gely vznikaly přídavkem vícemocných iontů (pohybovaly se v hodnotě komplexního modulu 10 kPa, v případě použití slabých kyselin a DMSO se gely pohybovaly v hodnotě komplexních modulů v rozmezí 1 až 10 kPa. Přídavek GDL nevytvářel gely okamžitě, ale opožděně a došlo ke sledování gelovatění v čase. Vytvořený gel se pohyboval v hodnotě do 1 kPa.
This diploma thesis deals with the investigation cross-linking approaches of the bacterium Azotobacter vinelandii, which belongs to the PGPR group and is capable of producing alginate extracellularly. This crosslinking concept represents a novel approach to development of bioinoculants based on the PGPR. The first part is dedicated to investigating the effect of oxygen on the gelation of bacterial cultures itself. Experimentally, it was found that bacterial cultures in a total volume of 50 and 100 ml in 250 ml Erlenmeyer flasks showed spontaneous gelation already during the cultivation process, while the formed gels were measured rheometrically and showed values of const. complex modulus 0,026 kPa and 0,030 kPa. With a bacterial culture in a total volume of 150 ml, spontaneous cross-linking itself did not occur. In addition to gelation testing, the content of PHB and extracellular alginate and its molecular weight were determined in the bacterial cultures using size exclusion chromatography with multi-angle light scattering (SEC-MALS) and the mechanical properties of the resulting gels using rheometry. Cross-linking of bacterial cultures took place mainly with the use of CaCl2 as a cross-linking agent, but various alternative methods of gelation were tested as well (by means of polyvalent ions, weak organic acids, precipitants such as DMSO, emulsion gelation). The effect of glucono-D-lactone (GDL) as a gelling agent based on a slow release of crosslinking ions from their insoluble form was also tested. The strongest gels were formed by the addition of polyvalent ions (they ranged in the value of the complex modulus of 10 kPa, in the case of the use of weak acids and DMSO, the gels ranged in the value of the complex modules in the range of 1 to 10 kPa. The addition of GDL did not create gels immediately, but delayed, and gelation was observed in time.The formed gel ranged in value up to 1 kPa.
This diploma thesis deals with the investigation cross-linking approaches of the bacterium Azotobacter vinelandii, which belongs to the PGPR group and is capable of producing alginate extracellularly. This crosslinking concept represents a novel approach to development of bioinoculants based on the PGPR. The first part is dedicated to investigating the effect of oxygen on the gelation of bacterial cultures itself. Experimentally, it was found that bacterial cultures in a total volume of 50 and 100 ml in 250 ml Erlenmeyer flasks showed spontaneous gelation already during the cultivation process, while the formed gels were measured rheometrically and showed values of const. complex modulus 0,026 kPa and 0,030 kPa. With a bacterial culture in a total volume of 150 ml, spontaneous cross-linking itself did not occur. In addition to gelation testing, the content of PHB and extracellular alginate and its molecular weight were determined in the bacterial cultures using size exclusion chromatography with multi-angle light scattering (SEC-MALS) and the mechanical properties of the resulting gels using rheometry. Cross-linking of bacterial cultures took place mainly with the use of CaCl2 as a cross-linking agent, but various alternative methods of gelation were tested as well (by means of polyvalent ions, weak organic acids, precipitants such as DMSO, emulsion gelation). The effect of glucono-D-lactone (GDL) as a gelling agent based on a slow release of crosslinking ions from their insoluble form was also tested. The strongest gels were formed by the addition of polyvalent ions (they ranged in the value of the complex modulus of 10 kPa, in the case of the use of weak acids and DMSO, the gels ranged in the value of the complex modules in the range of 1 to 10 kPa. The addition of GDL did not create gels immediately, but delayed, and gelation was observed in time.The formed gel ranged in value up to 1 kPa.
Description
Citation
KRÝSLOVÁ, J. Využití různých gelačních strategií při vývoji nové generace bioinokulantů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2023.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Procesy a materiály medicínských aplikací
Comittee
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
doc. Ing. Petr Dzik, Ph.D. (člen)
doc. PharmDr. Ing. Radka Opatřilová, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Martin Vala, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (místopředseda)
Date of acceptance
2023-05-22
Defence
Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace studentky-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla výborný výtah výsledků své diplomové práce, řádně zodpověděla všechny dotazy oponentské i členů komise, pohotově reagovala na připomínky. V diskusi tak studentka prokázala výbornou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky diplomové práce. Komise zhodnotila její diplomovou práci celkově jako výbornou.
Otázky vznesené během diskuse:
Dzik: Jste si jistá, že pozorované odchylky v spontánní gelaci jsou skutečně způsobené obsahem kyslíku? Nepřipadají v úvahu jiné příčiny?
Pekař: Jakým mechanismem síťuje vznikající alginát? Odkud se berou vápenaté kationty?
Obruča: Jak hodnotíte šetrnost třepání a míchání mikrobiální populace? Který způsob je šetrnější? Proč kultura pění?
Vala: Jaký je mechanismus vlivu kyslíku na mikrobiální populaci?
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení