Produkcia bioaktívnych látok imobilizovanými celobunkovými biokatalyzátormi v miešanom bioreaktore

Imobilizácia predstavuje účinný systém, umožňujúci zachovanie viability a biokatalytickej aktivity celobunkových biokatalyzátorov, ktoré sú schopné katalyzovať špecifické reakcie. Tento systém je najmä výhodný z hľadiska opätovného použitia, pretože biokatalyzátory je možné recyklovať, čo má veľký význam pre uplatnenie v biotechnológii a pre zavedenie do priemyselných bioprocesov [1]. Využitie v priemyselnom meradle predstavuje produkciu vo väčších objemoch – najčastejšie v bioreaktoroch, čo môže ovplyvniť aktivitu imobilizovaného biokatalyzátora ako aj stabilitu imobilizačného materiálu pri mechanickom namáhaní [2].

V práci sme prostredníctvom metódy uzavretia (entrapmentu) v časticiach alginátu bárnatého imobilizovali rekombinantné bunky E. coli s nadprodukciou enzýmu monooxygenázy cyklohexanónu (CHMO) (bunky poskytnuté prof. M.D. Mihovilovičom z VUT vo Viedni), ktorý patrí do skupiny Bayer-Villigerových monooxygenáz. Táto skupina enzýmov umožňuje pripraviť niektoré chemicky nedostupné laktóny, ktoré sú dôležitými prekurzormi viacerých bioaktívnych zlúčenín s terapeutickým využitím [3]. Vzhľadom na to bolo cieľom tejto práce sledovanie biokatalytickej aktivity imobilizovaných rekombinantných buniek E. coli CHMO a testovanie mechanickej stability častíc alginátu bárnatého s imobilizovaným biokatalyzátorom v opakovaných cykloch v podmienkach miešaného bioreaktora.

Výsledky ukázali, že biokatalytická reakcia v miešanom vsádzkovom bioreaktore pri objeme 300 ml prebiehala najlepšie pri podmienkach 90 ot/min, 25°C, prietok kyslíka 1,5 l/min a udržiavanom pH na hodnote pH = 7. Pri sledovaní biokatalytickej aktivity buniek a mechanickej stability alginátových častíc s imobilizovanými biokatalyzátormi v opakovaných cykloch sme porovnávali častice vytvorené 0,9% a 1,5% alginátom DMB a ako kontrolu sme použili voľné bunky. Najlepšie výsledky sme dosiahli so vzorkou s 1,5% alginátom bárnatým, pretože jej biokatalytická aktivita ako aj mechanická stabilita častíc zostala v podmienkach miešaného bioreaktora vo všetkých cykloch zachovaná.

Táto práca bola podporená Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe Zmluvy č. APVV-15-0227, VEGA 2/0090/16 a tiež vďaka podpore v rámci operačného programu Výskum a inovácie pre projekt: ITMS 26240220079.

[1] Eş I. et al., (2015) Appl. Microbiol. Biot. 99(5), p. 2065.
[2] Chan, E. et al., (2011). Particuology, 9(3), p.228-234.
[3] Bučko, M. et al.,  (2016). Appl. Microbiol. Biot, 100(15), p. 6585-6599.