Metabolik mühendislik ve reaksiyon mühendisliği prensipleriyle hücre-dışı rekombinant insan büyüme hormonu üretimi
Extracellular recombinat human growth hormone production by metabolic engineering and reaction engineering principles
Yazar: ÖZGE DENİZ YILMAZ
Danışman: PROF. DR. GÜZİDE ÇALIK ; PROF. DR. H. TUNÇER ÖZDAMAR
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Rekombinant insan büyüme hormonunun (rhGH) doğala özdeş, çözünebilir ve biyolojik aktif yapıda hücre-dışı bir mikroorganizmada üretilebilmesi için, önce metabolik mühendislik tasarımı yapılmıştır. Serin alkali proteaz (SAP) geninin (subC) -pre dizininin hGH mature peptit dizinini sentezleyen hGH geninin önüne entegre edilmesiyle, araştırma grubumuzda bu çalışmadan önce oluşturulan ?pre(subC)::hGH hibrit-geninin (999 bp), pRB373 E.coli-Bacillus shuttle plasmidine (5800 bp) klonlanlanması ile yeni bir rekombinant plasmid geliştirilmiştir. Tasarlanan ve oluşturulan pRB373::pre(subC)::hGH plasmidinin hücre-dışı yedi proteaz geni silinmiş Bacillus subtilis WB700 ve, iki proteaz geni silinmiş Bacillus subtilis 1A751 konak-hücrelerine transferi ile, hücre-dışı hGH üretim performansı olan yeni iki rekombinant mikroorganizma geliştirilmiştir. İkinci araştırma programında, hücre-dışı rhGH üretimi yapan üç r-B.subtilis ile biyoreaktörlerde yapılan kıyaslamalı üretim deneyleri sonucunda pMK4::pre(subC)::hGH taşıyan r-B.subtilis'in üretim performansı en yüksek bulunmuş ve hGH üretimi için seçilmiştir. Araştırma programının üçüncü evresinde biyoreaktör işletme parametresi hidrojen iyonu derişiminin (pH) üretime etkisi araştırılmıştır. Başlangıç değeri pHo=6.75, 7.00, 7.25, 7.50, 7.75, 8.00, 8.25 olan yedi koşulda, mikrobiyolojik-hava filtreli kesikli biyoreaktörlerde deneyler yapılmış ve ChGH = 0.021 kg m-3 değeri ile pHo=7.50-7.25 aralığı en iyi pH-işletim koşulu olarak belirlenmiştir. pH-kontrolunun hGH üretimine olumsuz etki yaptığı belirlendiğinden, dördüncü araştırma programında, V=1.0 dm3 hacımlı, karıştırma-, pH-, sıcaklık-, köpük-, çözünen oksijen derişimi- kontrollu biyoreaktörlerde VR= 0.55 dm3, T=37 0C, Q0/V=0.5 vvm, N=800 dk-1 işletim koşullarında pHo=6.75, 7.25, 7.50, 8.00 değerlerinde pH-kontrolsuz deneyler yapılmıştır. pHo= 7.50 olan pH-kontrolsuz koşulda maksimum hGH derişimi t= 32 st'da 0.046 kg m-3 olarak ölçülmüştür. Kesikli hGH üretim prosesi süresince biyoproses karakteristikleri ve dinamik yöntem ile sıvı faz hacimsel kütle aktarım katsayısı KLa ve mikroorganizmanın hacimsel oksijen tüketim hızı ?ro ölçülerek oksijen aktarım karakteristikleri belirlenmiştir.

Abstract:
Metabolic engineering design was carried out in order to produce mature, solvable and biologically active extracellular recombinant human growth hormone (rhGH) in protease deficient strains of Bacillus subtilis. ?pre(subC)::hGH gene (999 bp) which was constructed in our research group by amplification of subC signal DNA sequence and hGH mature peptide sequence, was restricted from pMK4::pre(subC)::hGH and cloned to a new shuttle plasmide, r-pRB373 (5800 bp). By the transformation of the constructed pRB373::pre(subC)::hGH plasmid to the seven protease gene deleted Bacillus subtilis WB700 and two protease gene deleted Bacillus subtilis 1A751 host-cells; two new recombinant microorganisms having the capacity of hGH production are generated. r-B.subtilis carrying pMK4::pre(subC)::hGH is chosen for rhGH production due to its higher production performance. In the second stage of the research program, the effect of bioreactor operation parameter ie, hydrogen ion concentration, pH on hGH production is investigated. Experiments are carried out in microbiological-air filtered batch bioreactors at seven different initial pH conditions 6.75, 7.00, 7.25, 7.50, 7.75, 8.00, and 8.25 and the highest hGH production was obtained as ChGH = 0.021 kg m-3 at pHo = 7.50-7.25. Since pH-control has unfavorable effects on rhGH production in the third stage of the research pH-uncontrolled experiments were carried out in pilot-scale; stirring rate-, pH-, temperature-, foam-, dissolved oxygen concentration controlled bioreactors at VR= 0.55 dm3, T=37 0C, Q0/V=0.5 vvm, and N=800 rpm operation conditions at pHo = 6.75, 7.25, 7.50, 8.00. Maximum hGH concentration is observed at t= 32 h as 0.046 kg m-3 at pHo = 7.50. Along with the recombinant hGH fermentations, bioprocess characteristics and by the measurement of liquid phase mass transfer coefficient, KLa and oxygen consumption rate ?ro using the dynamic-method, oxygen transfer characteristics were found.