Биосинтез полигидроксиалканоатов (пга) из олигосахаридов соевой мелассы посредством бактериальной ферментации штаммами bacillus megaterium
ВВЕДЕНИЕИспользование и переработка пластмасс - это глобальная проблема, которую человечеству необходимо срочно решить. Количество пластиковых отходов растет с каждым днем, и возникает множество вопросов о том, как утилизировать эти отходы экологически безопасным способом и без вреда для живых организмов. Растущий спрос современного общества на пластик в быту, автомобилестроении, авиации, пищевой промышленности и медицине требует использования биопластиков, которые являются биоразлагаемыми и менее токсичными. Биопластики - это материалы, изготовленные из возобновляемых ресурсов биомассы, таких как растительные масла и жиры, кукурузный крахмал, солома, древесная стружка, опилки и переработанные пищевые отходы. Биопластики производятся микроорганизмами из использованных пластиковых бутылок и других контейнеров, а также из побочных продуктов сельского хозяйства.
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ 5
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 8
1.1 Общая информация о биоразлагаемых полимерах. 8
1.2 Глобальный рынок биополимеров 2019–2020 10
1.3 Предлагаемые решения в мире по производству биоплимеровю 14
1.3.1 Биоразлагаемые материалы 14
1.3.2 Биоразлагаемые добавки для традиционных полимеров. 16
1.4 Полигидроксиалканоаты 19
1.5 Биосинтез полигидроксиалканоатов 21
1.6 ПГA-синтазы 22
1.6.1 Классы ПГA-синтаз 22
1.7 ПГА-синтазы: структура-функция 25
1.8 Механизм реакции 26
1.9 Сборка гранул ПГА in vivo. 26
1.10 Гранулы ПГА как функционализированные биошарики 27
1.11 Применение ПГА и индустриализация 28
1.12 Разнообразие и свойства ПГА 31
1.13 Свойства ПГА 32
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 34
2.1 Материалы и методы исследования 34
2.1.1 Объекты исследований 34
2.2 Методы исследования 36
2.2.1 Биосинтез ПГА 36
2.2.2 Подготовка субстрата на основе соевой мелассы для микроорганизмов. 37
2.2.3 Сравнение роста культуры Bacillus megaterium при различных режимах культивирования. 38
2.2.4 Оценка сухого веса 42
2.2.5 Очистка клеточной культуры содержащей ПГА, гравиметрический метод определения. 45
2.2.6 Оценка экономической эффективности получения ПГА в промышленных условиях. 48
Заключение 54
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВLemoigne, M., Produits de deshydration et de polymerisation de l’acide β-oxybutyric. Bull. Soc. Chim. Biol., 1926. 8: p. 770-782.
Rehm, B., Bacterial polymers: biosynthesis, modifications and applications. Nature Reviews Microbiology, 2010. 8(8): p. 578-592.
Rehm, B.H., Biogenesis of microbial polyhydroxyalkanoate granules: a platform technology for the production of tailor-made bioparticles. Curr Issues Mol Biol, 2007. 9(1): p. 41-62.
Lee, S.Y. and Y. Lee, Metabolic engineering of Escherichia coli for production of enantiomerically pure (R)-(--)-hydroxycarboxylic acids. Appl Environ Microbiol, 2003. 69(6): p. 3421-6.
Urtuvia, V., et al., Bacterial production of the biodegradable plastics polyhydroxyalkanoates. Int J Biol Macromol, 2014. 70: p. 208-13.
Reusch, R.N., E.M. Bryant, and D.N. Henry, Increased poly-(R)-3-hydroxybutyrate concentrations in streptozotocin (STZ) diabetic rats. Acta Diabetol, 2003. 40(2): p. 91-4.
Reusch, R.N. and H.L. Sadoff, Putative structure and functions of a poly-beta-hydroxybutyrate/calcium polyphosphate channel in bacterial plasma membranes. Proc Natl Acad Sci U S A, 1988. 85(12): p. 4176-80.
Addison, C.J., S.H. Chu, and R.N. Reusch, Polyhydroxybutyrate-enhanced transformation of log-phase Escherichia coli. Biotechniques, 2004. 37(3): p. 376-8, 380, 382.
Castuma, C.E., et al., Inorganic polyphosphates in the acquisition of competence in Escherichia coli. J Biol Chem, 1995. 270(22): p. 12980-3.
Dai, D. and R.N. Reusch, Poly-3-hydroxybutyrate synthase from the periplasm of Escherichia coli. Biochem Biophys Res Commun, 2008. 374(3): p. 485-9.
Rehm, B., Polyester synthases: natural catalysts for plastics. Biochemical Journal, 2003. 376: p. 15-33.
Rehm, B. and A. Steinbuchel, Biochemical and genetic analysis of PHA synthases and other proteins required for PHA synthesis. International Journal of Biological Macromolecules, 1999. 25(1-3): p. 3-19.
Анализ первичной структуры YdcS позволил предположить, что он принадлежит к суперсемейству α-/β-гидролаз, которое включает синтазы ПГБ (известные как запасные синтезы ПГБ), липазы и эстеразы. YdcS был предложен в качестве c-ПГБ-синтазы.
Биосинтез полигидроксиалканоатовКлючевыми ферментами биосинтеза ПГА являются ПГА-синтазы, катализирующие процессивное образование цепи ПГА [11]. Различные метаболические пути реализуются в направлении синтеза активирующего предшественника ПГА, ( R )-3-гидроксиацил-коэнзима А (КоА), который служит субстратом для ПГА-синтазы [12] (рис. 7).
Биосинтез ПГБ начинается с конденсации двух молекул ацетил-КоА, катализируемой b-кетотиолазой (PhaA), что приводит к образованию ацетоацетил-КоА, который затем восстанавливается до (R)-3-гидроксибутирил-КоА под действием (R) - специфическая ацетоацетил-КоА-редуктаза (PhaB) [13].