Estudo da produção de poli-hidroxialcanoatos em Escherichia coli recombinante a partir de soro de queijo

Abstract

Os PHAS são um grupo de poliésteres acumulados sob a forma de grânulos intracelulares por inúmeras bactérias, como reserva de carbono e energia. Entre os PHAs mais estudados estão os polímeros de cadeia curta PHB e P(3HB-co-3HV). O conhecimento das vias bioquímicas e enzimas envolvidas na biossíntese e degradação dos PHAs podem auxiliar na implementação de estratégias para sua produção industrial a partir de substratos renováveis e de baixo custo. Isolados de Escherichia coli recombinante contendo os genes de biossíntese de PHAs são capazes de acumular até 90 % (m/m) de biomassa seca de biopolímero. Este trabalho teve como objetivo geral a produção de PHA por Escherichia coli recombinante contendo a PHA sintase de Chromobacterium violaceum e Cupriavdus necator, em presença de soro de queijo. Neste estudo, foi avaliada a capacidade de produção de PHA por três isolados de E. coli (DH5?, JM101 e DH10B), a especificidade da enzima PHA sintase de C. violaceum em E. coli recombinante na produção de P(3HB-co-3HV) em presença de ácido propiônico e a composição do meio de cultivo, através de técnica de planejamento experimental (DCCR), onde as variáveis de estudo foram a quantidade de soro de queijo e concentração de glicose na produção de PHA, concentração de ácido propiônico na incorporação de unidades de valerato e o efeito da adição de IPTG como indutor de expressão gênica. Os resultados mostraram comportamento diferenciado da PHA sintase de C. violaceum para cada um dos isolados de E. coli estudadas sobre a produção de PHB. A PHA sintase de C. violaceum quando inserida em E. coli e em presença de ácido propiônico é capaz de incorporar 8,83 mol % de unidades de 3HV. Uma produção de PHA igual a 0,43 g de MCS.L-1 foi observada, em meio contendo 37 % (v/v) de soro de queijo, 2 g.L-1 de glicose, 4 mmol.L-1 de ácido propiônico na ausência de IPTG. Conclui-se que é possível produzir PHA a partir de isolados JM101 de E. coli contendo os genes da PHA sintase de C. violaceum a partir de soro de queijo, na presença ou ausência de indutor (IPTG).

The PHAS is a group of polyesters accumulated in the form of intracellular granules by many bacteria as carbon and energy reserves. Among the most studied PHAs are the short-chain polymers PHB and P (3HB-co-3HV). The information of biochemical pathways and enzymes involved in biosynthesis and degradation of PHAs can support in the strategies implementation for industrial production across renewable and low cost substrates. Recombinant strains of Escherichia coli containing the genes of the PHAs biosynthesis, are able to accumulate up 90% (w/w) of dry biomass biopolymer. This study aimed at the production of PHA by recombinant E. coli containing the Chromobacterium violaceum and Cupriavidus necator PHA synthase in the presence of cheese whey. This study evaluated the capacity to production of PHA by three strains of E. coli (DH5á, DH10B and JM101), the specificity of the enzyme PHA synthase of C. violaceum in E. coli recombinant in the production of P (3HB-co-3HV) in presence of propionic acid and the composition of the culture media, through experimental planning technique (DCCR), where the variables were the amount of cheese whey and concentration of glucose in the production of PHA, propionic acid concentration on the incorporation of valerate units and the effect of the added IPTG to induce gene expression. The results showed different behavior of the PHA synthase of C. violaceum for each strains of E. coli studied on the production of PHB. The PHA synthase of C. violaceum when inserted into E. coli and in the presence of propionic acid is able to incorporate valerate units. (8.83 mol% of 3HV units). A production of PHA (0.43 gCDW.L-1) was observed in medium containing 37% (v/v of cheese whey, 2 g.L-1 glucose, 4 mmol.L-1 propionic acid and absence of IPTG. Concluded that it is possible to production of PHA across strains of E. coli recombinant containing the PHA synthase of C. violaceum.