Оптимизация питательных сред для биосинтеза продигиозина

УДК 579.017.8

И. Д. Гурьянов

ОПТИМИЗАЦИЯ ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД ДЛЯ БИОСИНТЕЗА ПРОДИГИОЗИНА

Ключевые слова: продигиозин, Serratia marcescens.

Исследована способность минеральных и полусинтетических питательных сред стимулировать рост и пигментообразование Serratia marcescens. При выращивании опытного штамма на натуральной среде из соевого бульона с добавлением глицерина уже в течение первых суток наблюдались значительный прирост биомассы и образование пигмента, превышающие контрольный образец. Установлена возможность использования соевой муки в качестве заменителя пептона.

Keywords: prodigiosin, Serratia marcescens.

The ability of mineral and semi-synthetic culture media to stimulate growth and pigmentation of Serratia marcescens has been investigated. Cultivation of experimental strains on the natural media of soybean broth supplemented with glycerol already during the first day showed the significant increase of biomass and pigment production that exceed the control sample. The possibility of using soybean flour as a substitute ofpeptone has been established.

Продигиозины - красноокрашенные пигменты, синтезируемые микроорганизмами, находят разнообразное применение в биотехнологическом производстве [1]. Широко известным продуцентом соединений данного типа является Serratia marcescens. С точки зрения биотехнологии необходимость подобрать среды, заметно увеличивающие рост бактерий и пигментообразование считается проблемой, требующей оптимального решения.

При подборе питательных сред для биосинтеза продигиозина важными критериями являются не только способность микроорганизма-продуцента наращивать биомассу на данной среде и синтезировать пигмент, но также сравнительная дешевизна сырья для приготовления питательной среды.

Целью настоящей работы явилась разработка питательных сред и условий культивирования для получения продигиозина.

Работа проводилась с пигментированными штаммами S. marcescens АТСС 9986 из коллекции культур кафедры микробиологии Казанского федерального университета.

Посевным материалом служила

двухсуточная культура, выращенная на скошенном МПА. Инокулят засевали в виде клеточной суспензии в физиологическом растворе с плотностью 106 - 107 клеток по 0,40 - 0,45 мл в каждую колбу. Культуру выращивали в колбах объемом 250 мл с 50 мл питательной среды на качалке Sanyo type 357, скорость вращения качалки 180 об/мин при 28оС.

В работе использовали следующие питательные среды:

1. Глицерин-пептонная среда (пептон - 5 г; глицерин - 10 мл; дистиллированная вода - до 1л).

2. Натуральные среды из соевой муки с добавлением глицерина: бульон из муки семян сои отваривали в течение 15 минут в дистиллированной воде, затем раствор фильтровали через целлюлозно-бумажный фильтр и его концентрацию доводили до исходной (4%); добавляли глицерин в объеме 10 мл на 1 литр бульона. Использовались варианты с

различным количеством соевой муки (1-2-4%). рН питательных сред - 7,0 - 7,2.

Рост бактериальной культуры оценивали по оптической плотности при X = 670 нм на СФ-24 ЛОМО. Концентрацию продигиозина определяли на спектрофотометре СФ - 46, используя коэффициент экстинкции [2].

Опираясь на данные литературы и результаты предварительных исследований, необходимо отметить, что наиболее эффективный рост и пигментообразование культуры X marcescens наблюдается на натуральных питательных средах и средах смешанного состава. Наиболее оптимальной питательной средой для выращивания X marcescens считается глицерин-пептонная среда. Таким образом, контрольным образцом для всех вариантов сред, используемых нами в опыте, служила ГПС.

Данные литературы указывают на то, что хорошей заменой ГПС для получения большого количества биомассы и пигмента могут служить среды на основе семян, содержащих ненасыщенные жирные кислоты [3]. Исходя из этих представлений, в работе были опробованы минеральные среды (М9) с добавлением бульонов семян сои, подсолнечника и арахиса. Предварительные исследования показали, что высокий выход биомассы на подобных средах не сопровождается синтезом пигмента (пигментообразование наблюдается только на 6-е сутки на среде с добавлением соевого бульона). С учетом полученных результатов дальнейшую работу проводили с использованием сред на основе соевого бульона. Уже в течение первых суток наблюдались значительный прирост биомассы и образование пигмента, превышающие контрольный образец при выращивании опытной культуры на натуральной среде из соевого бульона с добавлением глицерина (рис. 1). Увеличение биомассы и пигментообразования продолжалось до 72 часов. Коэффициент продуктивности биосинтеза продигиозина X marcescens на средах С3 и ГПС (рис. 2) был практически равнозначным.

3,5 3 2,5 2 1,5 1

0,5 0

А

Б

2,5 2 1,5 1

0,5

20 24 48 72 время инкубации, ч

] C1  C2  C3  ГПС

96

J Б

ill

I: \

0 20 24 48 72 96

время инкубации,ч

HCl DC2 DC3 шпх

Рис. 1 - Динамика роста (А) и пигментообразования (Б) S. marcescens: ГПС -глицерин-пептонная среда; С1, С2, С3 -натуральные среды на основе 1%, 2% и 4% соевого бульона с добавлением глицерина

1,4 1,2

¡2 1

00 0,8 ш

£ 0,6 ю

ш 0,4 0,2 0

24 48 72 96

время инкубации,ч

ГПС В С1  С2  С3

Рис. 2 - Коэффициент продуктивности биосинтеза продигиозина Б. тагсе8сет на различных питательных средах: ГПС - глицерин-пептонная среда; С1, С2, С3 - натуральные среды на основе 1%, 2% и 4% соевого бульона с добавлением глицерина

Таким образом, использование среды на основе 4% бульона из полуобезжиренной соевой муки с добавлением 1% глицерина лучше поддерживало рост X marcescens и обеспечивало более высокую продукцию продигиозина по сравнению с другими опытными вариантами и контролем.

Автор выражает искреннюю благодарность с.н.с. Рязанцевой И.Н. (КИББ КНЦ РАН) за возможность проведения эксперимента в ее группе и помощь в работе.

Литература

0

3

0

1. Гурьянов И. Д., Карамова Н.С., Юсупова Д.В., Гнездилов О.И., Кошкарова Л.А Бактериальный пигмент продигиозин и его генотоксические свойства // Биоорганическая химия - 2013. - № 1, Т 39. - С. 121-128.

2. Williams R. P., Gott C. L., Qadri S. M. & Scott R. H. Influence of temperature of incubation and type of growth medium on pigmentation in Serratia marcescens // J Bacteriol - 1971. - № 106, - P.438-443.

3. Giri A. V., Anandkumar N., Muthukumaran G., Pennathur G. A novel medium for the enhanced cell growth and production of prodigiosin from Serratia marcescens isolated from soil // BMC Microbiol. - 2004. - V.4(1). - P.1-11.

© И. Д. Гурьянов - к.б.н., доцент кафедры технологии пищевых производств КНИТУ, igurjano.27@mail.ru.

© 1 D. Guryanov - candidate of Siences (Ph.D.) in Biology, Docent (Associated Professor), supervisor of the Department of Technology of Food Productions in Kazan National Research Technological University, igurjano.27@mail.ru.