Otimização da produção de exopolissacarideos nos generos enterobacter, alcaligenes e acetobacter

Abstract

Resumo: Muitas cepas bacterianas produtoras de exopolissacarídeos (EPS) também sintetizam polímeros de reserva. A produção de EPS "slime" e dos polímeros de reserva glicogênio e polihidróxibutirato (PHB) das cepas isogênicas (EPS+ e EPS-) de Enterobacter aerogenes tipo 8 e Alcaligenes ATCC 31961 foram comparadas em cultivo em batelada ("batch culture"). Condições de desiquilíbrio nutricional com altas relações C:N favoreceram a síntese tanto de EPS como de polímero de reserva, e resultaram em pequena degradação posterior de glicogênio (em Enterobacter) e PHB (em Alcaligenes). Na cepa EPS+ de Enterobacter, a síntese de glicogênio foi compativelmente mais baixa do que na cepa EPS- , indicando que o substrato foi preferencialmente usado para a produção de EPS. Níveis reduzidos do substrato de carbono, no meio de cultura, resultaram em menor síntese dos polímeros de reserva e degradação deles nas bactérias produtoras de EPS. Considerável diferenças na síntese e quebra do carboidrato intracelular foram observadas entre as bactérias crescidas em meio sintético com sulfato de amônio e as mesmas bactérias crescidas em meio com caseína hidrolizada, como fonte de nitrogênio. O crescimento em meio com magnésio reduzido foi menor que no meio completo, em ambos os gêneros, todavia foram obtidos altos rendimentos de glicogênio tanto na cepa Enterobacter EPS+ como na EPS-. A cepa de Alcaligenes EPS+ não teve aumento no acúmulo de PHB, com redução do magnésio, mas alcançou seu melhor rendimento na produção de EPS. Uma cepa bacteriana com propriedades morfológicas e bioquímicas aproximadas ao Acetobater xylinum foi cultivada em meio não agitado, baseado em sacarose invertida e água de levedura para a produção de películas celulósicas flutuantes, lisas e espessas. O conteúdo de celulose (> 90% do peso seco, dependendo da eficiência na lavagem com água) e a natureza 0- Z>-homopoliglucana das películas foram estimadas por métodos físicos, químicos e enzimáticos. xxviiiCafeína e xantinas relacionadas foram identificadas como potentes estimuladores para a produção de celulose em Acetobacter xylinum. Estes compostos estão presentes em várias plantas cujas infusões vegetais são úteis como suplementos para os meios de cultura para esta acetobactéria. O alvo proposto para estas substâncias nativas inibitórias semelhantes à purina é a fosfodiesterase diguanil nucleotídeo, que participa no complexo celulogênico bacteriano. Um melhor entendimento desta característica da fisiologia de Acetobacter xylinum pode facilitar a preparação de películas celulósicas bacterianas, que estão sendo aplicadas como uma ferramenta biotecnológica no tratamento de queimaduras da pele e outras injúrias dérmicas

Abstract: Many exopolysaccharides (EPS)-producing bacterial strains also synthesize storage polymers. The production of slime EPS and of the storage polymers glycogen and polyhydroxybutyrate (PHB) were compared in batch cultures of EPS+ and EPS- isogenic strains of Enterobacter aerogenes type 8 and Alcaligenes sp (ATCC 31961). Conditions of nutrient imbalance with high C:N ratios favoured both EPS and storage polymer synthesis and resulted in little subsequent degradation of glycogen (in Enterobacter) and PHB (in Alcaligenes). Glycogen synthesis was consistently lower in the EPS+ than in EPSEnterobacter strain, indicating that substrate was preferentially used for EPS production. Reduced leveis of carbon substrate, in the growth médium, resulted in lower storage polymers synthesis and degradation of them in EPS-producing bactéria. Considerable differences in the synthesis and breakdown of intracellular carbohydrate were observed comparing bactéria grown in synthetic media with ammonium sulfate and the same bactéria grown in medium with casein hydrolysate, as nitrogen source. Growth in media depleted in magnesium was slower than in complete media, in both genera, but high yields of glycogen were obtained either with the EPS+ or EPS- Enterobacter strains. Alcaligenes EPS+ strain did not have increase in PHB accumulation, with magnesium depletion, but reached its better yield in EPS production. A bacterial strain with morphological and biochemical properties ciose to Acetobacter xylinum has been cultured in nonagitated, inverted sucrose- and yeast water-based medium for the production of thick, smooth, and floating cellulosic pellicles. The cellulose content (> 90% dry weight, depending on the efficiency of water washing) and the p-D-homopolyglucan nature of these pellicles were assessed by physical, Chemical, and enzymatic methods. Caffeine and related xanthines were identified as potent stimulators for bacterial cellulose production in Acetobacter xylinum. These compounds are present in several plants xxviwhose infusions are useful as culture-medium supplements for this acetobacterium. The proposed target for these native purine-like inhibitory substances is the novel diguanyl nucleotide phosphodiesterase(s) that participate(s) in the bacterial cellulogenic complex. A better understanding of this feature of A. xylinum physiology may facilitate the preparation of bacterial cellulose pellicles, which are being applied as a biotechnological tool in the treatment of skin burns and other dermal injuries