E. coli w pqq+ ve e. coli w pqq+vgb+ rekombinant suşları kullanılarak sentetik ortamda glukonik asit üretimi
Gluconic acid production in synthetic media by using e. coli w pqq+ and e. coli w pqq+vgb+ recombinant strains
Yazar: MERVE KAYA
Danışman: PROF. DR. HAMDİ SONER ALTUNDOĞAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Bu çalışmada, bir TUBİTAK (117R003) Projesinde yapılan çalışmalarla elde edilen iki farklı E. coli W rekombinant suşu kullanılarak glikoz bazlı besiyerinden glukonik asit üretim özellikleri araştırılmıştır. E. Coli W pqq + vgb- suşu yalnızca heterolog PQQ genine sahipken, E. Coli W pqq+ vgb+ suşu, PQQ geninin yanı sıra vitrocilla hemoglobin genine sahiptir. Placket-Burman (PB) deneysel tasarım tekniği kullanılarak glukonik asit üretimi için önemli besiyeri bileşenlerini belirlemeye yönelik çalışmaların sonuçları, her iki suş için glikozun yanı sıra önemli bileşenlerin Na2HPO4, maya ekstraktı, CaCO3 olduğunu göstermiştir. Bu ortam bileşenlerinin miktarını optimize etmek için Merkezi Bileşik Tasarım (MKD) yöntemi kullanılarak ikinci bir deneysel tasarım çalışması yapılmıştır. Her iki suş için optimum ortam bileşen konsantrasyonları 150 g/L glikoz, 1,5 g/L Na2HPO4, 7,5 g/L maya ekstraktı ve 30 g/L CaCO3 olarak belirlendi. Erlen çalışmalarında, 30℃ sıcaklık ve 200 rpm çalkalama hızı koşullarında optimize edilmiş ortam kompozisyonu için her iki suş için maksimum glukonik asit konsantrasyonları yaklaşık 150 g/L olarak belirlenmiştir. Optimize edilmiş ortam bileşimi için 30℃ sıcaklık, 650 d/dk karıştırma hızı, 3 L/dak hava besleme koşulları altında bazı biyoreaktör deneyleri gerçekleştirildi. Biyoreaktör çalışmasının sonuçları, glukonik asit fermentasyonunun her iki suş için yaklaşık 32 saat içinde tamamlandığını gösterdi. Bu nedenle biyoreaktördeki fermantasyon işleminin erlen çalışmalarına göre yaklaşık 4,5 kat daha hızlı olduğu söylenebilir. Sonuç olarak, E. coli W'dan elde edilen rekombinant suşların, A. niger gibi klasik mikroorganizmalarla karşılaştırıldığında yüksek verimlilik ve hızlı fermantasyon gibi önemli avantajlara sahip olduğu söylenebilir.

Abstract:
In this study, gluconic acid production properties from glucose based media by using two different E. coli W recombinant strains which are obtained by studies conducted in a TUBİTAK (117R003) Project were investigated. While the E. Coli W pqq+vgb- strain has only heterologous PQQ gen, E. coli W pqq+vgb+ strain has vitrocilla haemoglobin gen besides the PQQ gen. The results of the studies to determine important media constituents for gluconic acid production by using Placket-Burman Experimental design technique showed that the important components are Na2HPO4, yeast extract, CaCO3 besides the glucose for both strains. A second experimental design study was made by using Central Composite Design (CCD) method to optimize the amount of these media components. The optimum concentrations of media components for both strains were determined as 150 g/L of glucose, 1.5 g/L Na2HPO4, 7.5 g/L of yeast extract and 30 g/L of CaCO3. In the erlen studies, for the optimized media composition under the conditions of 30 C of temperature and 200 rpm of shaking speed, maximum gluconic acid concentrations for both strains were determined as about 150 g/L. Some bioreactor experiments were conducted under the conditions of 30℃ of temperature, 650 rpm of stirring rate, 3 L/min of air feeding for optimized media composition. The results of bioreactor study showed that the gluconic acid fermentation was completed in about 32 hours for both strains. Thus it can be said that the fermentation process in bioreactor is about 4.5 fold faster than the erlen studies. As a result, it can be concluded that the recombinant strains obtained from E. coli W have important advantages such as high efficiency and fast fermentation compered with classical microorganisms such as A. niger.