Screening biotechnologického potenciálu bakteriálních kmenů patřících k rodu Aneurinibacillus

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá screeningem biotechnologického potenciálu vybraných kmenů termofilní bakterie Aneurinibacillus. V teoretické části jsou shrnuty poznatky o polyhydroxyalkanoátech (PHA) a jejich kopolymerech, včetně jejich vlastností a využití. Dále se také zaobírá dalšími aspekty, které byly v průběhu této práce studovány, zejména tedy biosurfaktanty a enzymy. Experimentální část je zaměřena na ověření schopnosti produkce PHA na úrovni genotypu, screening produkce kopolymerů PHA za využití specifických prekurzorů (laktonů a diolů), zkoumání produkce biosurfaktantů, a produkci enzymů. Pomocí metody PCR byla na úrovni genotypu ověřena schopnost kmenů bakterie Aneurinibacillus akumulovat polyhydroxyalkanoáty a byla u ní také detekována přítomnost genu pro PhaC 4. třídy. Po přídavku -butyrolaktonu docházelo ke tvorbě kopolymerů s jednotkami 4HB u všech testovaných kmenů v minerálním i komplexním (Nutrient Broth) médiu. Podobně 1,4-butandiol vedl k syntéze 4HB jednotek u všech kmenů na minerálním médiu, zatímco na komplexním médiu byla jejich přítomnost potvrzena pouze u kmenů DSM 5507 a DSM 4410. Při použití -valerolaktonu byly jednotky 5HV detekovány u všech kmenů v obou typech médií, s výjimkou kmene DSM 10155, kde byly zaznamenány pouze při kultivaci v komplexním médiu. V případě 1,5-pentandiolu byly jednotky 5HV opět syntetizovány všemi kmeny na minerálním médiu, zatímco v komplexním médiu pouze kmeny DSM 5507 a DSM 4410. Dále byla posouzena emulgační aktivita daných bakteriálních kmenů, a to pomocí metod stanovení emulgačního indexu a Du-Noüy-Ring, ze kterých vyplynulo, že ačkoliv k tvorbě určitého množství biosurfaktantu dochází, nejedná se o závratná množství, která by tuto bakterii předurčovala jako adepta pro průmyslové využití v této konkrétní oblasti. Jako poslední pak byla zkoumána produkce enzymů, kdy v případě produkce zejména lipáz a amyláz bylo dosaženo zajímavých výsledků, které naznačují potenciál tohoto druhu bakterie v průmyslových aplikacích při výrobě enzymů.This thesis focuses on the screening of the biotechnological potential of selected strains of the thermophilic bacterium Aneurinibacillus. The theoretical part summarizes the knowledge about polyhydroxyalkanoates (PHAs) and their copolymers, including their properties and applications. It also discusses other aspects that have been studied in the course of this work, namely biosurfactants and enzymes. The experimental part focuses on verifying the ability to produce PHAs at the genotype level, screening the production of PHA copolymers using specific precursors (lactones and diols), investigating the production of biosurfactants and enzyme production. The ability of Aneurinibacillus strains to accumulate polyhydroxyalkanoates was verified at genotype level using PCR and the presence of the phaC class 4 gene was also detected. Upon addition of -butyrolactone, copolymer formation with 4HB units occurred in all tested strains in both mineral and complex (Nutrient Broth) media. Similarly, 1,4-butanediol led to the synthesis of 4HB units in all strains on mineral medium, whereas on complex medium their presence was confirmed only in strains DSM 5507 and DSM 4410. Using -valerolactone, 5HV units were detected in all strains in both types of media, except for strain DSM 10155, where they were only detected when cultured in complex medium. In the case of 1,5-pentanediol, 5HV units were again synthesized by all strains on mineral medium, whereas in complex medium only strains DSM 5507 and DSM 4410 were detected. Furthermore, the emulsification activity of the bacterial strains in question was evaluated by measuring the emulsification index and Du-Noüy-Ring methods, which showed that although some amount of biosurfactant is produced, it is not a significant amount that would predispose this bacterium as an adept for industrial use in this particular field. Lastly, enzyme production was investigated and interesting results were obtained for the production of lipases and amylases in particular, indicating the potential of this bacterial species in industrial applications for enzyme production.