Integrated development of a bioprocess: From the soil enzyme to the yeast production platform

Abstract

V zájmu udržitelné budoucnosti se stupňuje tlak na zvýšení podílu biotechnologií a biomateriálů na trhu. Mikrobiální biotechnologie mají potenciál a schopnost na mnoha úrovních podstatně přispět k tomuto celosvětovému úsilí o dosažení udržitelnosti. Vývoj a využití mikrobiálních technologií je však komplexní proces zahrnující řadu kroků, včetně objevování nových technologií a vývoje průmyslově realizovatelných výrobních systémů. V předložené práci byly řešeny jednotlivé kroky vývoje mikrobiální biotechnologie. V první části studie byla využita řada metodických přístupů ke studiu vlivu antropogenní aktivity (tj. desetiletí trvající produkce penicilinu G) na strukturu půdních mikrobiálních společenstev. Kultivovatelné i nekultivovatelné frakce těchto populací byly zároveň podrobeny funkčnímu screeningu za účelem odhalení biotechnologického potenciálu mikroorganismů ve smyslu produkce enzymů podílejících se na biotrasformaci beta-laktamových antibiotik: penicilin G acylázy (PGA) a esterázy alfa-aminokyselin (AEH). Naše výsledky ukázaly, že společenstva zasažených půd ukrývají mikrobiální komunitu se zvýšenou biodiverzitou a druhovou bohatostí. Na úrovni složení se však tyto komunity významně liší od kontrolních vzorků, co je důkazem zásadního dopadu průmyslové činnosti na tato společenstva. Následné...

For a sustainable future, there is a call to increase the market share of bio-based technologies and materials. Microbial-based technologies have the potential and the ability to contribute substantively on many levels to global efforts to achieve sustainability. Development and utilization of microbial technologies is, however, an extensive process involving numerous steps, including the discovery of novel technologies and the development of industrially viable production systems. In the presented thesis, individual steps of microbial biotechnology development were addressed. In the first part of the study, a variety of methodological approaches were employed in order to study the effect of the anthropogenic activity (i.e., decades lasting production of penicillin G) on the structure of soil microbial communities. Moreover, both cultivable and non-cultivable fractions of populations were subjected to functional screening in order to unravel the biotechnological potential of the microorganisms in terms of production of enzymes involved in biotransformation of beta-lactam antibiotics: penicillin G acylase (PGA) and alpha amino acid ester hydrolase (AEH). Our results indicated that the impacted communities harbour a microbial community with increased diversity and richness. However, on the...