Διερεύνηση του ρόλου βιταμινών στη βιοσύνθεση βακτηριακής κυτταρίνης από το βακτήριο Komagataeibacter sucrofermentans, πολυπαραγοντική βελτιστοποίηση παραγωγής της, και εφαρμογή της στην παραγωγή «συνβιοτικών» σκευασμάτων

• Κύριος συγγραφέας: Μπρίνιας, Βασίλειος
• Άλλοι συγγραφείς: Brinias, Vasileios
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Βακτηριακή κυτταρίνη; Υποπροϊόν τυποποίησης Κορινθιακής σταφίδας; προβιοτικά βακτήρια; Συνβιοτικά προϊόντα; Ασκορβικό οξύ; Θειαμίνη; Κιτρικό οξύ; Γαλλικό οξύ; Bacterial cellulose; Komagataeibacter sucrofermentans; Corinthian currant finishing side-stream; Probiotic bacteria; Synbiotic products; Ascorbic acid; Thiamine; Citric acid; Gallic acid

Η ΒΚ (ΒΚ) είναι εξωκυτταρικό μικροβιακό, νανο-ινώδες προϊόν [β(1→4) γλυκάνη με μεγάλο βαθμό πολυμερισμού], που χρησιμοποιείται ως πηκτωματογόνος παράγοντας σε τρόφιμα και καλλυντικά, για την παραγωγή υφασμάτων, για ιατρικές εφαρμογές (προστατευτικά επιθέματα τραυμάτων, μεταφορά φαρμάκων σε τραύματα, κ.α.), καθώς και σε εφαρμογές προηγμένων υλικών (υλικά βιοαισθητήρων, κ.α.). Πρόκειται για πολυσακχαρίτη που παράγεται από πολλούς μικροοργανισμούς, με το βακτήριο Κοmagataeibacter sucrofermentans να έχει καθιερωθεί ως ο μικροοργανισμός-πρότυπο για την παραγωγή της. Οι αλυσίδες της ΒΚ συγκρατούνται μεταξύ τους με δια- και ενδο-μοριακούς δεσμούς-Η. Συγκεκριμένα, αποτελείται από υποϊνίδια πλάτους 1,5 nm, που συγκεντρώνονται σε μεγαλύτερα νανοϊνίδια πλάτους 2-4 nm, που στη συνέχεια οργανώνονται σε νανο-ταινίες (φύλλα) πλάτους 40-60 nm. Το νανοπορώδες δίκτυο της ΒΚ και οι σχετικά απλές τεχνικές καθαρισμού και τροποποίησής της την καθιστούν ένα πολύ ελκυστικό υλικό για ποικίλες βιο/τεχνολογικές εφαρμογές. Μπορεί επίσης να υποστεί ενζυμική ή χημική τροποποίηση και να έχει διαφορετικά επίπεδα κρυσταλλικότητας ανάλογα με το μικροβιακό στέλεχος παραγωγής της και την τεχνική ζύμωσης που εφαρμόζεται, ενώ έχει μεγάλη ικανότητα συγκράτησης νερού δημιουργώντας υδρογέλες. Παρά τις πολυάριθμες εφαρμογές της, το κόστος παραγωγής της σε συνθετικά υποστρώματα είναι αποτρεπτικό. Κατά συνέπεια υπάρχει τάση αναζήτησης χαμηλού κόστους υποστρωμάτων (π.χ. απόβλητα τροφίμων) η χρήση των οποίων προϋποθέτει διεργασίες ζύμωσης μικρής κλίμακας, βελτιστοποιημένες συνθήκες (θερμοκρασία, pH, σύσταση υποστρώματος) και αποτελεσματικά στελέχη για αποδοτική παραγωγή. Κατά την σύνθεση της ΒΚ τα πρωτοϊνίδια των αλυσίδων γλυκόζης εξέρχονται του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος και συγκεντρώνονται σχηματίζοντας λωρίδες νανοϊνιδίων. Η ΒΚ που προκύπτει έχει μεγάλη επιφάνεια με πολλές -ΟΗ ομάδες, που εξηγεί την υδροφιλικότητα, τη βιοαποικοδομησιμότητα και τη δυνατότητα χημικής τροποποίησής της. Η βιοσύνθεση της ΒΚ αποτελεί μια πολύ καλά ρυθμισμένη διαδικασία, που περιλαμβάνει μεγάλο αριθμό ενζύμων, ενζυμικών συμπλεγμάτων, και ρυθμιστικών πρωτεϊνών. Εν συντομία, ο μηχανισμός μετατροπής της γλυκόζης (glc) σε ΒΚ περιλαμβάνει τέσσερα βασικά στάδια: (1) φωσφορυλίωση της glc με μια γλυκοκινάση προς 6-P-glc, (2) ισομερισμό της 6-P-glc προς 1-P-glc με μια φωσφογλυκομουτάση, (3) μετατροπή της 1-P-glc προς διφωσφορική ουριδινο-glc (UDP-glc) από μια πυροφωσφορυλάση της UDP-glc (ουριδυλτρανσφεράση). Στην παρούσα διπλωματική εργασία διερευνήθηκε η επίδραση των βιταμινών x ασκορβικό οξύ (βιτ. C), και θειαμίνη (βιτ. Β1) στην βιοσύνθεση ΒΚ σε συνθετικά μέσα (Hestrin & Schramm, HS) σε συνδυασμό με άλλους παράγοντες που επηρεάζουν την βιοσύνθεση ΒΚ (οργανικά οξέα, όπως κιτρικό και γαλλικό οξύ). Επίσης επιδιώχθηκε βελτιστοποίηση της παραγωγής της με Μεθοδολογία Επιφανειακής Απόκρισης (Response Surface Methodology, RSM) με βάση τον Σύνθετο Κεντρικό Σχεδιασμό (Central Composite Design, CCD) παρουσία συνδυασμών των παραπάνω παραγόντων, για διερεύνηση τόσο της επίδρασής τους στην παραγωγή ΒΚ όσο και για πρόβλεψη της δυνατότητας χρήσης φθηνών φυσικών υποστρωμάτων (πλούσιων στους παραπάνω παράγοντες) για οικονομική παραγωγή ΒΚ. Με βάση την πρόβλεψη αυτή, παράχθηκε ΒΚ σε φυσικά υποστρώματα, και χρησιμοποιήθηκε ως προστατευτική, πριβιοτική μήτρα για προβιοτικά βακτήρια για πιθανή εφαρμογή στην παραγωγή «συνβιοτικών» σκευασμάτων (π.χ. προϊόντος οξυγαλακτικής ζύμωσης γάλακτος) για την χορήγηση των ωφέλιμων αυτών μικροοργανισμών στον άνθρωπο.