Оптимизация питательной среды для глубинного культивирования штамма Mycolicibacterium neoaurum AС-3067D – продуцента β-каротина

Известно, что наибольшее влияние на биосинтез β-каротина Mycolicibacterium neoaurum AС-3067D оказывает замена глюкозы на глицерин. В то же время с технологической точки зрения наличие остаточного глицерина затрудняет процесс сушки биомассы, на основе которой может быть разработана кормовая добавка для сельскохозяйственных птиц и животных. Цель работы заключалась в определении количества глицерина, глюкозы и Твин-80 методом математического планирования (полный факторный эксперимент типа 2³) и апробации подобранной питательной среды при глубинном культивировании Mycolicibacterium neoaurum в ферментационной установке объемом 3 л. В ходе проведенного исследования осуществлена оценка накопления биомассы Mycolicibacterium neoaurum и содержания в ней β-каротина при замене глицерина (20 г/л) на комбинацию глицерина (10 г/л) и глюкозы (10 г/л). Установлено, что при культивировании Mycolicibacterium neoaurum в среде, содержащей комбинацию глицерина и глюкозы, продуктивность штамма по биомассе и β-каротину сопоставима с контрольными условиями и составляет 17,8 г/л и 182,5 мг/кг соответственно. Исследование также показало, что внесение Твин-80 (1 г/л) в питательную среду увеличило выход биомассы и β-каротина на 14,0 и 32,2% соответственно по сравнению с контролем. Установлено, что при выращивании Mycolicibacterium neoaurum в биореакторе с использованием ростовой среды, состав которой рассчитан с использованием полного факторного эксперимента типа 2 3 , содержащей глицерин (15,0 г/л), глюкозу (5,0 г/л) и Твин-80 (1,5 г/л), продуктивность штамма по β-каротину составила 376,5 мг/кг, по биомассе – 25,2 г/л.

1. Pagels F., Vasconcelos V., Guedes A.C. Carotenoids from сyanobacteria: biotechnological potential and optimization strategies // Biomolecules. 2021. Vol. 11, no. 5. P. 735. DOI: 10.3390/biom11050735.

2. Maoka T. Carotenoids as natural functional pigments // Journal of Natural Medicines. 2020. Vol. 74. P. 1–16. DOI: 10.1007/s11418-019-01364-x.

3. Ashokkumar V., Flora G., Sevanan M., Sripriya R., Chen W.H., Park J.-H., et al. Technological advances in the production of carotenoids and their applications – а critical review // Bioresource Technology. 2023. Vol. 367. P. 128215. DOI: 10.1016/j.biortech.2022.128215.

4. Foong L.C., Loh C.W.L., Ng H.S., Lan J.C.-W. Recent development in the production strategies of microbial carotenoids // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2021. Vol. 37. P. 12. DOI: 10.1007/s11274-020-02967-3.

5. Novoveská L., Ross M.E., Stanley M.S., Pradelles R., Wasiolek V., Sassi J.-F. Microalgal carotenoids: a review of production, current markets, regulations, and future direction // Marine Drugs. 2019. Vol. 17, no. 11. P. 640. DOI: 10.3390/md17110640.

6. Jing Y., Wang Y., Zhou D., Wang J., Li J., Sun J., et al. Advances in the synthesis of three typical tetraterpenoids including β-carotene, lycopene and astaxanthin // Biotechnology Advances. 2022. Vol. 61. P. 108033. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2022.108033.

7. Naz T., Ullah S., Nazir Y., Li S., Iqbal B., Liu Q., et al. Industrially important fungal carotenoids: advancements in biotechnological production and extraction // Journal of Fungi. 2023. Vol. 9, no. 5. P. 578. DOI: 10.3390/jof9050578.

8. Silva Igreja W., de Andrade Maia F., Santos Lopes A., Campos Chisté R. Biotechnological production of carotenoids using low cost-substrates is influenced by cultivation parameters: a review // International Journal of Molecular Sciences. 2021. Vol. 22, no. 16. P. 8819. DOI: 10.3390/ijms22168819.

9. Luo W., Gong Z., Li N., Zhao Y., Zhang H., Yang X., et al. A negative regulator of carotenogenesis in Blakeslea trispora // Applied and Environmental Microbiology. 2020. Vol. 86, no. 6. P. e02462–e024619. DOI: 10.1128/AEM.02462-19.

10. Roukas T. The role of oxidative stress on carotene production by Blakeslea trispora in submerged fermentation // Critical Reviews in Biotechnology. 2016. Vol. 36, no. 3. P. 424–433. DOI: 10.3109/07388551.2014.989424.

11. Shariati S., Zare D., Mirdamadi S. Screening of carbon and nitrogen sources using mixture analysis designs for carotenoid production by Blakeslea trispora // Food Science and Biotechnology. 2019. Vol. 28. P. 469–479. DOI: 10.1007/s10068-018-0484-0.

12. Gong G., Liu L., Zhang X., Tan T. Comparative evaluation of different carbon sources supply on simultaneous production of lipid and carotene of Rhodotorula glutinis with irradiation and the assessment of key gene transcription // Bioresource Technology. 2019. Vol. 288. P. 121559. DOI: 10.1016/j.biortech.2019.121559.

13. Kot A.M., Błażejak S., Kurcz A., Gientka I., Kieliszek M. Rhodotorula glutinis – potential source of lipids, carotenoids, and enzymes for use in industries // Applied Microbiology and Biotechnology. 2016. Vol. 100. P. 6103–6117. DOI: 10.1007/s00253-016-7611-8.

14. Tran T., Dawrs S.N., Norton G.J., Virdi R., Honda J.R. Brought to you courtesy of the red, white, and blue-pigments of nontuberculous mycobacteria // AIMS Microbiology. 2020. Vol. 6, no. 4. P. 434–450. DOI: 10.3934/microbiol.2020026.

15. Yaderets V.V., Karpova N., Glagoleva E.V., Shibaeva A., Dzhavakhiya V. Enhanced β-carotene production in Mycolicibacterium neoaurum Ac-501/22 by combining mutagenesis, strain selection, and subsequent fermentation optimization // Fermentation. 2023. Vol. 9, no. 12. P. 1007. DOI: 10.3390/fermentation9121007.

16. Попова Е.Д., Глаголев В.И., Савушкин В.А., Овчинников А.И., Савельева В.В., Джавахия В.В. [и др.]. Оптимизация ферментационной среды для культивирования штамма Amycolatopsis orientalis VKM Ac-2717D – продуцента антибиотика эремомицина // Международный научно-исследовательский журнал. 2017. N 1-2. С. 16–21. DOI: 10.23670/IRJ.2017.55.008. EDN: XRHEUX.

17. Donova M.V., Nikolayeva V.M., Dovbnya D.V., Gulevskaya S.A., Suzina N.E. Methyl-β-cyclodextrin alters growth, activity and cell envelope features of sterol-transforming mycobacteria // Microbiology. 2007. Vol. 153, no. 6. P. 1981–1992. DOI: 10.1099/mic.0.2006/001636-0.

18. Murillo F.J., Torres-Martinez S., Aragon C.M.G., Cerda-Olmedo E. Substrate transfer in carotene biosynthesis in phycomyces // European Journal of Biochemistry. 1981. Vol. 119, no. 3. P. 511–516. DOI: 10.1111/j.1432-1033.1981.tb05637.x.

19. Dyaa A., Soliman H., Abdelrazak A., Samra B.N., Khojah E., Ahmed A.F., et al. Optimization of carotenoids production from Rhodotorula sp. strain ATL72 for enhancing its biotechnological applications // Journal of Fungi. 2022. Vol. 8, no 2. P. 160. DOI: 10.3390/jof8020160.

20. Ekpenyong M., Asitok A., Antigha R., Ogarekpe N., Ekong U., Asuquo M., et al. Bioprocess optimization of nutritional parameters for enhanced anti-leukemic l-asparaginase production by Aspergillus candidus UCCM 00117: a sequential statistical approach // International Journal of Peptide Research and Therapeutics. 2021. Vol. 27. P. 1501–1527. DOI: 10.1007/s10989-021-10188-x.