Rekombinant insan büyüme hormonunu üretim sistemi ile biyoreaktör işletim koşulları etkileşimi
Interactions of recombinant human growth hormone production  system and bioreactor operation conditions
Yazar: ZÜLBİYE ULUŞAN
Danışman: PROF. DR. TUNÇER H. ÖZDAMAR
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Bacillus subtilis = Bacillus subtilis ; Biyoproses = Bioprocess ; Kesikli biyoreaktör = Batch bioreactor ; Kimyasal reaksiyon mühendisliği = Chemical reaction engineering ; Somatotropin =   ; pH denetimi = pH control

Özet:
İnsan büyüme hormonunun (hGH) konak hücre Bacillus subtilis?te hücredışı üretimi için, serin alkali proteaz (SAP) geninin (subC) -pre dizininin hGH geninin önüne entegre edilmesi ile oluşturulan hibrit-geni içeren rekombinant -pre(subC)::hGH::pMK4 taşıyan, proteaz genleri silinmiş Bacillus subtilis (apr-, npr-) ile SAP geninin regülasyon ağındaki scoC geni silinmiş Bacillus subtilis (scoC-) konak hücrelerine transferi ile, hücredışı rekombinant insan büyüme hormonu (rhGH) üretim performansına sahip iki rekombinant Bacillus subtilis kullanılmıştır. VR=0.11 dm3 çalışma hacımlı mikrobiyolojik hava filtreli laboratuvar-ölçek orbital-çalkalamalı kesikli biyoreaktörlerde,  T=37 oC izoterm ve N=200 dk-1 sabit karıştırma hızlarında, iki rekombinant B. subtilis ile alternatif karbon kaynakları sukroz ve glukozun başlangıç derişimlerinin etkileri kesikli biyoreaktörlerde araştırılmıştır. En iyi rhGH üretim performansı, r-Bacillus subtilis (1A178) scoC- ile glukoz kullanıldığında, CG0=8 g dm-3 derişiminde elde edilmiştir. İkinci aşamada, biyoreaktör işletim parametresi hidrojen iyonu derişiminin (pH) rhGH üretimine etkisi, pH-kontrollu ve kontrolsuz koşullarda V=3.5 dm3 hacımlı biyoreaktörde VR=2.2 dm3, T=37 0C izoterm, Q0/V=0.5 vvm ve N=750 dk-1 oksijen aktarım koşullarında kesikli biyoreaktörde araştırılmıştır. rhGH üretim deneyleri, ön-deneylerle daraltılan başlangıç pH aralığı pH0= 7.25-7.75 aralığında yapılmıştır. pH-kontrolsuz işletimde, üç pH başlangıç değeri pH0=7.25, pH0=7.50 ve pH0=7.75 koşullarında deneyler yapılmıştır. pH-kontrollu işletimde ise bulunan ve set edilen en iyi başlangıç değeri pH=7.50 ile, dinamik koşullarda pH-kontrolunun yapıldığı pH-değeri arasındaki fark olan, kontrol aralığı ?pH=0.10 ve 0.15 koşullarında, iki pH-kontrollu deney gerçekleştirilmiştir. pH0=7.50 başlangıç hidrojen iyonu derişiminde pH-kontrolsuz işletim, rhGH üretiminde en iyi pH işletim koşulu olarak bulunmuştur. En yüksek rhGH derişimi, pH0=7.50 pH-kontrolsuz koşulda t=24 st?de 0.081 kg m-3 olarak elde edilmiştir. pH=7.5 pH-kontrollu işletim deneylerinden pH-kontrol aralığı daha büyük olan ?pH= 0.15?da, ?pH= 0.10?a kıyasla rHGH üretimi daha yüksek olmuştur. Kesikli üretim prosesleri süresince dinamik-yöntem ile sıvı faz hacımsal kütle aktarım katsayısı KLa ve hacımsal oksijen tüketim hızı ?ro ölçülerek, oksijen aktarımının dinamik değişimi izlenmiştir. Tüm koşullar için üretim ortamında kalma süresi ile organik asit ve amino asit derişimleri ölçülmüştür. Araştırma programının üçüncü aşamasında, tüm işletim koşullarında elde edilen deneysel veriler kullanılarak, rhGH üretiminde başlangıç pH etkisi ve kontrollu pH işletiminde ?pH etkisinin araştırıldığı deneylerde, rekombinant B.subtilis hücreiçi akıları, metabolik akı analiziyle hesaplanmış ve sonuçlar değerlendirilmiştir. 
Mayıs 2013, 285 sayfa
Anahtar Kelimeler: İnsan büyüme hormonu, rhGH, biyoreaktör işletim koşulları, pH işletim koşulu, rekombinant Bacillus subtilis, hücreiçi tepkime hızları

Abstract:
The concerted influence of the designed pH-operation strategies together with the oxygen-transfer condition on the recombinant human growth hormone (rhGH) fermentation characteristics by r-B.subtilis,  and on the intracellular bioreaction network were investigated. Extracellular rhGH were produced by two B. subtilis hosts carrying a hybrid-gene of two DNA fragments, i.e. signal (-pre) DNA sequence of B. licheniformis serine alkaline protease gene (subC) and cDNA encoding hGH,  cloned into pMK4 and expressed under deg-promoter. In the first phase, in laboratory-scale batch-bioreactors at T=37oC and N=200 min-1, effects of concentrations of alternative substrates, i.e., glucose and sucrose, on rhGH production were investigated. Higher production was obtained by r-B. subtilis 1A178 (scoC-) with glucose at CG0=8 g dm-3.  The effects of hydrogen ion concentration (pH) on rhGH production at pH-uncontrolled conditions at three basic initial pH (pHo) values within a narrowed range of  pHo=7.25-7.75; and then using the best  pHo value with pH-controlled strategies with ?pH = 0.10  ?pH = 0.15 control intervals, at Qo/V=0.5 vvm, N=750 dk-1, and T=37°C in pilot-scale bioreactors, in order to fine-tune bioreactor performance and improve further the recombinant rhGH production. pH-uncontrolled experiments were performed at pH0=7.25, pH0=7.50 and pH0=7.75.; and the highest rhGH concentration was obtained at pH0=7.50.  pH-controlled operations at pHC=pH0=7.50 with the  ?pH control intervals, i.e., ?pH = 0.10 and 0.15, produced less rhGH than that of pH-uncontrolled at pH0=7.50; however, amongst the pH-controlled operations, using ?pH =0.15 produced higher rhGH than using the narrow control range of ?pH =0.15. Dynamic Method was applied to find the liquid phase mass transfer coefficient, KLa, and oxygen consumption rate ?ro. The results revealed that the recombinant hGH favours uncontrolled-pH operations; and the maximum rhGH concentration and selectivity were obtained at pHo=7.50 pH-uncontrolled operation with the values of CrhGH=81 mg dm-3 by shortening the cultivation time to t=24 h. The intracellular metabolic fluxes through the central pathways in the bioprocess for rhGH production by r-Bacillus subtilis were calculated to investigate the metabolic effects of pH-operation conditions.
May 2013, 285 pages
Key Words: Human Growth Hormone, recombinant, rhGH, bioreactor operation conditions, Bacillus subtilis, intracellular metabolic fluxes