PRODUKCIA BIOPOLYMÉROV BAKTÉRIOU AZOTOBACTER VINELANDII A JEJ NÁSLEDNÁ ENKAPSULÁCIA

Production of biopolymers by bacterium Azotobacter vinelandii and its following encapsulation

abstract

Slovak

Azotobacter vinelandii zo skupiny baktérii podporujúcich rast rastlín (PGPR) syntetizuje dva odlišné, avšak dôležité biopolyméry s veľkým aplikačným potenciálom. Polyhydroxyalkanoáty (PHA) sú syntetizované a následne uskladnené vnútri bunky vo forme intracelulárnych granúl, zatiaľ čo druhý bioplymér, alginát, je vylučovaný do extracelulárneho priestoru. Okrem samotnej produkcie spomínaných polymérov je A. vinelandii schopný fixovať vzdušný dusík, produkovať prekurzory rastlinných hormónov, vďaka čomu môže stimulovať rast rastlín a plodín. Použitie PGPR ako bioinokulantov v poľnohospodárskom priemysle za účelom zlepšenia rastu a vyšších výnosov plodín, by mohlo byť výhodnou a šetrnejšou alternatívou ku konvenčným hnojivám. Samotná enkapsulácia baktérie do hydrogélového nosiča zlepšuje aplikačný potenciál bioinokulantu, rovnako ako životnosť a robustnosť použitej bakteriálnej kultúry. V tejto práci je bakteriálna kultúra obsahujúca alginát, sieťovaná roztokom chloridu vápenatého (2 a 5%) za vzniku makrogélov. Tento nekonvenčný koncept, ktorý sme označili ako „samoenkapsulácia“ zahŕňa enkapsuláciu bakteriálnej kultúry a produkcie hydrogélového nosiča, čo vedie k zníženiu produkčných nákladov a rozširuje to využitie v mnohých ďalších aplikáciách. Najprv bolo na základe literatúry vybraných päť kmeňov A. vinelandii, ktoré boli porovnávané nielen v množstve produkcie PHA a alginátu, ale aj ich gelačného potenciálu a kvalite pripravených gélov. Kmene z nemeckej zbierky s číslom 87 a 720 vykazovali najlepšie gelačné vlastnosti, pričom kmeň 87 dosiahol najvyššiu koncentráciu alginátu (4,9± 0,6 g/l). Podľa našich výsledkov, baktérie nachádzajúce sa v gélovej matrici vyzerali byť kultivovateľné a života schopné, čo potvrdzuje realizovateľnosť tohto nového prístupu.

Azotobacter vinelandii from the group of plant growth promoting bacteria (PGPR) synthesizes two different but important biopolymers with great application potential. Polyhydroxyalkanoates (PHA) are synthesized and subsequently stored inside the cell in the form of intracellular granules, while the second biopolymer, alginate, is secreted into the extracellular space. In addition to the production of the aforementioned polymers, A. vinelandii is able to fix atmospheric nitrogen, produce precursors of plant hormones, thanks to which it can stimulate the growth of plants and crops. The use of PGPR as bioinoculants in the agricultural industry for the purpose of improving the growth and higher yields of crops could be an advantageous and gentler alternative to conventional fertilizers. The very encapsulation of the bacterium in the hydrogel carrier improves the application potential of the bioinoculant, as well as the longevity and robustness of the bacterial culture used. In this work, a bacterial culture containing alginate is cross-linked with a calcium chloride solution (2 and 5%) to form macrogels. This unconventional concept, which we termed "self-encapsulation", involves the encapsulation of the bacterial culture and the production of a hydrogel carrier, which leads to a reduction in production costs and expands its use in many other applications. First, five strains of A. vinelandii were selected based on the literature, which were compared not only in the amount of PHA and alginate production, but also in their gelation potential and the quality of the prepared gels. Strains from the German collection numbered 87 and 720 showed the best gelation properties, with strain 87 achieving the highest alginate concentration (4.9±0.6 g/l). According to our results, the bacteria found in the gel matrix appeared to be culturable and viable, confirming the feasibility of this new approach.

biopolyméry; PGPR; alginát; enkapsulácia

biopolymers; PGPR; alginate; encapsulation

ČERNAYOVÁ, D.; SÚKENÍK, M.; SLANINOVÁ, E.; SEDLÁČEK, P.; OBRUČA, S.

2. 6. 2022