Vývoj kultivačního modelu pro efektivní produkci kyseliny hyaluronové

Bc. Helena Kovářová

Master's thesis

Development of a culture model for efficient production of hyaluronic acid

Abstract:

Tato diplomová práce se zaměřuje na optimalizaci mikrobiální produkce kyseliny hyaluronové s využitím bakterie Streptococcus zooepidemicus. Teoretická část se věnuje obecným aspektům produkce, jako je metabolismus producenta, biosyntéza kyseliny hyaluronové, vsádková fermentace a downstream zpracování. Zvláštní pozornost je věnována možnostem regulace molekulové hmotnosti a výtěžku kyseliny hyaluronové prostřednictvím kultivačních podmínek. Popsány jsou také alternativní možnosti regulace a vedení bioprocesu. Praktická část je věnována vývoji kultivačního modelu pro produkci vysokomolekulární kyseliny hyaluronové se S. zooepidemicus. Součástí práce je studium vlivu a optimalizace vybraných podmínek fermentace (teplota, míchání, dávkování C-zdroje) ve vsádkové a stádiové fermentaci. Sledována byla koncentrace a molekulová hmotnost vyprodukované kyseliny hyaluronové. Ke stanovení těchto parametrů byly využity metody LC-MS a SEC-MALS. Na základě postupných optimalizačních kroků s využitím metody One Factor At a Time a statistického vyhodnocení byly sestaveny dva nové kultivační modely. Využitím těchto modelů bylo oproti standardním podmínkám dosaženo významného zvýšení výtěžku kyseliny hyaluronové až o 30 % a molekulová hmotnost přesáhla 2 MDa.

Abstract:

The thesis focuses on the optimization of microbial hyaluronic acid production using the bacterium Streptococcus zooepidemicus. The theoretical part is concerned with general aspects of production such as producer metabolism, hyaluronic acid biosynthesis, batch fermentation, and downstream processing. Particular attention is paid to the possibilities of controlling the molecular weight and yield of hyaluronic acid through culture conditions. Alternative options for controlling the bioprocess are also described. The practical part is devoted to the development of a culture model for the production of high molecular weight hyaluronic acid with S. zooepidemicus. The work includes the study of the influence and optimization of selected fermentation conditions (temperature, agitation speed, C-source supplementation) in batch and two-stage fermentation. The concentration and molecular weight of the produced hyaluronic acid were monitored by LC-MS and SEC-MALS. Two new culture models were constructed based on successive optimization steps using the One Factor At a Time method and statistical evaluation. Using these models, a significant increase in hyaluronic acid yield of up to 30 % and a molecular weight exceeding 2 MDa was achieved compared to standard conditions.

Keywords

kyselina hyaluronová, hyaluronic acid, mikrobiální produkce, microbial production, Streptococcus zooepidemicus, vsádková fermentace, batch fermentation, stádiová fermentace, two-stage fermentation, kultivační podmínky, culture conditions, optimalizace, optimization

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 5. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 28. 6. 2023
• Supervisor: Ing. Matouš Čihák
• Reader: Mgr. Jana Jílková

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biotechnology / Biotechnology