Hyaluronic acid (HA) is a high molecular weight polysaccharide that is mainly produced by animals and certain bacteria. This polymer is biocompatible and possesses desirable rheological properties that are accentuated by high molecular weight. Diverse therapeutic applications have developed which harness these features. Pharmaceutical grade HA is mostly extracted from animal tissue. The HA derived from this source is suitable for most pharmaceutical preparations but there is growing pressure to avoid animal tissue products. This has provided the incentive to expand microbial-based HA manufacturing. However, the inherent low molecular weight of the polymer derived via this route has hampered widespread acceptance of microbial HA. This thesis examined the ramifications of improving the cellular economy of the HA-producing, gram-positive bacterium, Streptococcus zooepidemicus. Improved cellular economy is believed to be a prerequisite for achieving superior HA yields and molecular weights in this microorganism. This work examined the metabolic variation that accompanied the shift to more efficient modes of carbon utilization. In particular the effect of different sugar sources, uncoupling growth and polymer formation, and changes to the cellular oxidoreduction capacity were studied in more detail. This study utilized different sugar sources to enhance the recovery of energy. Fermenting glucose, fructose and maltose produced contrasting patterns of growth and HA formation. Culturing the organism in maltose caused a shift towards energy-efficient heterofermentative metabolism. Maltose-cultured cells displayed a biphasic pattern of metabolism. The first stage corresponded to a growth phase in which biomass synthesis profited from the increased energy yield. The second stage corresponded to an arginine-deficient stationary phase where the majority of the HA was formed. The fermentation rate was slower during stationary phase but continued to support HA biosynthesis. This bisphasic metabolism proved to be beneficial. A protracted stationary phase led to higher molecular weight HA. Fructose was unable to sustain a comparable polymer yield or molecular weight as glucose or maltose. There was evidence that the arginine deiminase pathway was responsible for the premature depletion of arginine in maltose-fermenting cultures. The accumulation of biomass exhibited a concentration-dependent response to the amount of glutamine in the medium. A second arginine transporter possessing a low affinity for glutamine could explain this phenomenon. Arginine consumption was slower when the glutamine level was elevated. This may indicate competition for a common transmembrane carrier. An elevated energetic yield and ATP formation rate were features of aerobic maltose metabolism. The relative improvement in biomass and HA yields were substantially greater for cultures fermenting maltose compared to glucose. However, no improvement in molecular weight compared to glucose was observed. A major factor contributing to the success of aerobic maltose fermentation was the particularly high NADH oxidase flux. This enzyme reoxidizes reduction equivalents in a reaction that is physically decoupled from the production of reduced metabolic products. Less lactate and ethanol accumulated in the presence of high NADH oxidase levels but acetate production was stimulated leading to an improved energetic yield. This result prompted an investigation into the effect of elevating the NADH oxidase level. The native NADH oxidase gene was sequenced and cloned into an inducible expression plasmid and introduced into S. zooepidemicus. Overproduction of this enzyme led to the desired improvement in ATP yield. A significant improvement in biomass yield was demonstrated. HA yield and molecular weight were not affected. Lactate and acetate were the main fermentation products. At high induction levels the quantity of lactate and acetate approached limiting levels and pyruvate overflow was more pronounced. This was attributed to insufficient flux capacity of the pyruvate dehydrogenase enzyme complex. The application of metabolic engineering to S. zooepidemicus has provided some insight into the regulation of energy metabolism in this microorganism and its relationship to HA synthesis. This study has observed that the specific rate of HA synthesis is correlated to the sugar uptake rate but is unaffected by the ATP yield. Under present conditions the formation of HA is not limited by the availability of energy. Nonetheless, microbial HA production will benefit from maximizing energetic yield. It was demonstrated that less catabolic carbon was expended to support biomass formation if the energetic yield was high. Therefore more residual carbon was available for HA synthesis.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-05-20Bitstream added on 2014-06-13T19:56:01Z : No. of bitstreams: 1 accorsini_fr_me_jabo.pdf: 1065382 bytes, checksum: cbf0a6376043b3af50a6c426c03f04d1 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Biossurfactantes são compostos tensoativos produzidos por vários microrganismos, dentre esses microrganismos as leveduras se destacam por produzi-los em ampla escala. Para que a produção seja economicamente viável é sugerido o uso de fontes de carbono alternativas. O presente trabalho teve por objetivo isolar leveduras e verificar a capacidade de produção de biossurfactantes em fontes de carbono convencionais e alternativas. A partir de um consórcio microbiano enriquecido, foram isoladas sete leveduras e todas apresentaram potencial de produção de biossurfactantes em óleo de soja. O isolado LBPF 3, caracterizado como Candida antarctica, obteve o maior rendimento de produto com uma produção final de 13,86 g/L. Os isolados LBPF 7, caracterizado como Candida albicans, LBPF 9, LBPF 10, caracterizados como Candida glabrata, e LBPF 15, caracterizado como Candida albicans apresentaram potencial de produção de biossurfactantes em resíduos agroindustriais, com destaque para LBPF 9 que obteve a maior redução na tensão superficial do seu meio utilizando glicerol como substrato, aproximadamente 43% com 24 horas de incubação. A caracterização presuntiva dos isolados através da utilização de meios cromogênicos evidenciou a predominância do gênero Candida. Os produtos obtidos pelos isolados apresentaram atividade surfactante reduzindo a tensão superficial da água para valores que variaram de 34 mN/m para os produtos produzidos pelos isolados LBPF 3 e LBPF 7, a 43 mN/m para o isolado LPPF 9, utilizando glicerol como substrato. Conclui-se que o enriquecimento e posterior “screening” realizados para obtenção das leveduras foram eficientes. Os isolados demonstraram possuírem potencial para produção de biossurfactantes tanto em fontes de carbono convencionais como em resíduos... / Biosurfactants are bioactive agents that can be produced by many different microorganisms. Of these, yeasts stand out since they can produce these bioproducts in large scale. For this production to be economically viable, the use of alternative carbon sources is recommended. In the present study, different yeast strains were isolated to verify their capacity for producing biosurfactants using conventional and alternative carbon sources. From a enriched microbial consortium, seven different yeasts were isolated, and all showed potential for the production of biosurfactants in soybean oil. Isolate LBPF 3, characterized as species Candida antarctica, obtained the highest production: 13.86 g/L. Isolate LBPF 7, characterized as Candida albicans, isolates LBPF 9 and LBPF 10, each characterized as Candida glabrata, and yet LBPF 15, characterized as Candida albicans, all presented potential for the production of biosurfactants in agroindustrial residue. Of these, LBPF 9 stood out by obtaining the highest reduction of surface tension in its medium, approximately 43% after 24 hours, using glycerol as substrate. Presumptive characterization of the isolates was done by chromogenic analysis and showed a predominance of the Candida genera. The products obtained by the isolates presented surfactant activity which reduced the surface tension of water to values that varied from 34 mN/m, for the product obtained from isolates LBPF 3 and LBPF 7, to 43 mN/m for the isolate LBPF 9, all using glycerol as substrate. The obtained results led to the conclusion that the processes of enrichment and posterior screening, used for obtaining the yeasts, were efficient. The assessed isolates all showed potential for the production of biosurfactants in conventional sources of carbon as well as in agroindustrial waste, especially in glycerol. Therefore, the considered... (Summary complete electronic access click below)

Volatile fatty acids (VFAs) have become attractive and gained high research interest due to its significance for the chemical industry and economical advantage. These acids can be produced by utilizing organic waste such as food waste as substrate through anaerobic digestion. Anaerobic digestion is an environmental process that occurs naturally and produces biogas as the main product. VFAs are intermediate products formed during anaerobic digestion where acetic acid, a type of VFA, is the primary product. The main objective of this study was to utilize acetic acid as carbon and energy source for production of edible fungi, Rhizopus ologisporus, Mucor indicus and Volvariella volvacea. The first step was to evaluate if acetic acid could be used as carbon and energy source for edible fungi production. The results showed, that acetic acid is suitable as carbon and energy source for fungal biomass production. The second step was to optimize growth in liquid media. The cultivations were carried out by using five different conditions, where the liquid media contained different combinations of acetic acid, yeast extract and minerals as well as comparing orbital and linear oscillations. Fungal cultivation was possible regardless of the medium composition and type of water shaking baths. However, a linear water shaking bath with a combination of acetic acid yeast extract and/or minerals seems to be the best. Finally, as step three, acetic acid concentrations, 0.2 g/l and 2.0 g/l were used under similar conditions as in step two to see whether a higher concentration of acetic acid would be beneficial. Although the cultivation containing 2.0 g/l gave a higher value of dry weight, the value of yield is questionable. Further studies are needed to confirm if a higher concentration is beneficial or if it might act as an inhibitor for fungal cultivation. / Flyktiga fettsyror (VFAs) har ekonomiska fördelar och kan användas inom kemiska industrier i olika sammanhang, detta har lett till ett stort forskningsintresse för att kunna nyttja VFAs. Organiskt avfall, såsom matavfall, kan användas som substrat för att producera fettsyror genom anaerob rötning. Anaerob rötning är en miljövänlig process och VFAs bildas som intermediära produkter under den anaeroba nedbrytningen där annars bildas biogas som slutprodukt. Syftet med denna studie var att använda ättiksyra, (den vanligaste typen av VFAs), som kol- och energikälla vid odling av tre olika ätbara svampar, som Rhizopus oligosporus, Mucor indicus, och Volvariella volvacea. Först odlades dessa ätbara svampar i odlingsmedium innehållande ättiksyra. Resultatet visade att ättiksyra kan användas som kol- och energikälla vid produktion av svampbiomassa. Målet i de nästkommande stegen var att optimera tillväxtförhållande för svampodlingen. Fem olika odlingsmedier som innehöll olika kombinationer av ättiksyra, jästextrakt och mineraler användes. Det undersöktes dessutom hur två olika skakmetoder, orbitalt, eller linjärt, skakbad påverkar odlingen. Svamptillväxt var möjligt vid alla olika förhållanden oavsett sammansättningen av medium och typ av skakbad, däremot verkar odlingsmedium som innehåller ättiksyra, jästextrakt och/eller mineraler i kombination med linjär skakning vara de bästa förutsättningar för tillväxt av biomassa. I det sista steget kultiverades svamp med olika koncentrationer av ättiksyra, 0,2 g/l och 2,0 g/l, under liknande optimerade förhållanden som ovan, för att undersöka om en högre koncentration av ättiksyra skulle vara fördelaktig. Det producerades mer svampbiomassa (som torrvikt) vid koncentration av 2,0 g/l ättiksyra jämfört med när 0,2 g/l ättiksyra användes, dock var det svårt att säkerställa utbytet. Det behövs därför ytterligare fortsatta studier för att kunna bevisa om en högre koncentration av ättiksyra är fördelaktig för odlingen, eller om en högre koncentration skulle verka inhiberande för tillväxten.

Markanvändningssektorn (LULUCF) står för 7–11 % av de globala utsläppen av växthusgaser, däribland koldioxid (CO2), metan (CH4) och dikväveoxid (N2O). Genom förändringar av markanvändningen kan kolinlagringen i mark och vegetation ökas och sektorn kan istället vara med och bromsa klimatförändringarna. Åtgärder för att minska nettoutsläppen av växthusgaser måste vidtas på alla nivåer i samhället, däribland kommuner. Ökad kunskap om kolförråd och kolsänkor samt kartläggning av dessa är ett första steg för åtgärder på kommunnivå. Förutom att bromsa klimatförändringarna måste samhället hitta sätt att anpassa sig till ett förändrat klimat. En strategi för det är att bygga resiliens, vilket i levande system syftar på systemens förmåga att absorbera och hantera förändringar samt anpassa sig till dem och utvecklas av dem. En faktor som stärker resiliensen i ett samhälle är hög biologisk mångfald i ekosystemen. Biologisk mångfald påverkas liksom kolinlagring av markanvändningen och sättet som marken generellt brukas på idag leder till förlust av biologisk mångfald. Syftet med denna rapport är att beräkna kolförråd och kolbalans i mark och vegetation inom Tierps kommun. Vidare är syftet att analysera hur markanvändningen påverkar kolinlagring och biologisk mångfald samt hur dessa kan gynnas genom att anpassa markanvändningen. Studien undersöker även den potentiella betydelsen av biologisk mångfald och arbetet med kolinlagring för att skapa resiliens och bromsa klimatförändringarna. Forskningsstrategin var en fallstudie och för att besvara syftet användes en kombination av kvalitativ och kvantitativ metod. Den kvalitativa delen bestod av en litteraturstudie och den kvantitativa delen utgjordes av beräkningar av kolförråd och kolbalans i Tierps kommun. Vid beräkning delades marktäcket in i sex olika markklasser på organogen och minerogen mark. Kolförrådet delades upp i tre kolpooler; markkol, dött organiskt material och levande biomassa. Resultatet visar att kommunens totala kolförråd uppgår till cirka 25 036 639 ton kol. Av de tre olika kolpoolerna är det markkol som lagrar störst mängd kol inom samtliga markklasser. Nettoupptaget i kommunen är -655 466 ton koldioxidekvivalenter (CO2e) per år med nuvarande markanvändning, där kolpoolen levande biomassa står för majoriteten av koldioxidupptaget. För att öka kolinlagringen i mark och vegetation och gynna den biologiska mångfalden presenteras förslag på förändrad markanvändning. Dessa grupperas i tre olika områden; ökning av mängden levande biomassa, återvätning samt stärka urbana grönytor. Varje område inkluderar ett flertal åtgärdsförslag. Slutsatsen är att mark och vegetation inom Tierps kommuns totalt sett är en kolsänka och med en förändrad markanvändning kan både kolinlagring och biologisk mångfald gynnas, vilket kan bidra till att klimatförändringarna bromsas och resiliensen stärks. / The land use sector (LULUCF) accounts for 7–11 % of global greenhouse gas emissions, including carbon dioxide (CO2), methane (CH4) and dinitrogen oxide (N2O). Through changes in land use, the carbon storage in soil and vegetation can be increased and the sector can instead play a part in mitigate climate change. Measures to reduce net emissions of greenhouse gases must be taken at all levels of society, including municipalities. Increased knowledge about carbon stores and carbon sinks and their mapping is a first step for measures at the municipal level. In addition to mitigate climate change, society must find ways to adapt to a changing climate. One strategy for that is to build resilience, which in living systems refers to the systems' ability to absorb and manage change as well as adapt to and evolve from it. A factor that strengthens the resilience of a society is high biodiversity in the ecosystems. Biodiversity, like carbon storage, is affected by land use and the way which land is generally used today contribute to the loss of biodiversity. The purpose of this report is to calculate carbon stocks and carbon balance in soil and vegetation within the municipality of Tierp. Furthermore, the aim is to analyze how land use affects carbon storage and biodiversity and how these can be benefited by adapting land use. The study also examines the potential significance of biodiversity and the work with carbon storage to create resilience and mitigate climate change. The research strategy employed a case study approach and a combination of qualitative and quantitative methods was used to address the research objectives. The qualitative component consisted of a literature review, while the quantitative component involved calculations of carbon stocks and balance in the municipality of Tierp. The land cover was divided into six different land classes for both organic and mineral soil types. The carbon stock was divided into three carbon pools; soil carbon, dead organic matter and living biomass. The result shows that the total carbon stock in the municipality amounts to approximately 25 036 639 tons of carbon. Among the three carbon pools, soil carbon stores the largest amount of carbon across all land classes. With the current land use, the net uptake in the municipality is -655 466 tons of carbon dioxide equivalents (CO2e) per year, with the living biomass pool contributing the majority of carbon dioxide uptake. In order to increase carbon storage in soil and vegetation and benefit biodiversity, suggestions for changes in land use are presented. These suggestions are grouped into three areas; increasing the amount of living biomass, rewetting and strengthening urban green areas. Each area includes several proposed actions. The conclusion is that, overall, the soil and vegetation within the municipality of Tierp serve as a carbon sink, and with altered land use, both carbon storage and biodiversity can be enhanced, contributing to mitigating climate change and strengthening resilience.

In 2014 SÖRAB constructed a continuous biological treatment system (KBR) to handle leachate waterfrom the landfill at the facility in Löt, north of Stockholm. The KBR is mainly focused on removal ofammonium nitrogen which would otherwise be released in to the recipient and contribute toeutrophication and damage to the environment. This project has focused on replacing the currentcarbon source in the process Brenntaplus VP1 and evaluating the efficiency of denitrification andeconomy of transitioning to a new carbon source. The carbon sources glycerol and ethanol wereevaluated and compared to Brenntaplus VP1 for the denitrification efficiency and microbial profile.The experiments were performed in laboratory conditions and in pilot scale using leachate water fromLöt. The reduction of ammonia was evaluated by chemical precipitation, addition of carbon sources bymeasuring ammonia-N and nitrate-N under aerobic (nitrification) and anaerobic (denitrification)conditions. The combination of ethanol and glycerol showed an enhanced denitrification and increasedmicrobial community both in lab and pilot scale studies with reduced hydraulic retention time. Therate of nitrate reduction was 0.23 mgNO3-N 1 -1 h -1 for ethanol/glycerol compared to 0.12-0.17mgNO 3- -N 1 -1 h -1 for Brenntaplus VP1 in pilot scale. The results indicate that using ethanol, glycerolor a mix of the two as a substitute for Brenntaplus VP1 is viable. This has been based on laboratoryand pilot scale studies. Each of the carbon sources examined during this project have showed a uniqueimpact on the process and its parameters such as: denitrification rate, microbial density and microbialcomposition. The carbon sources had an impact with temperature fluctuation and faster denitrificationcompared to the conventional KBR system. This implies that the carbon sources tested in this projectcan be advantageous and beneficial for Sörab depending on the carbon source availability and theseasonal variations. / Under 2014 konstruerade SÖRAB ett kontinuerligt biologiskt reningsverk (KBR) för att hanteralakvatten från deponin för ickefarligt avfall vid anläggningen i Löt, norr om Stockholm. KBR ärfrämst konstruerad för rening av ammoniumkväve som annars skulle släppas ut till recipienten ochbidra till övergödning och skador på miljön i området. Detta projekt har fokuserat på att ersätta dennuvarande kolkällan Brenntaplus VP1 som används i processen och utvärdera effektiviteten idenitrifieringen samt ekonomin vid övergång till en ny kolkälla. Kolkällorna glycerol och etanol varde kolkällor som valdes för utvärdering i detta projekt, dessa jämfördes med Brenntaplus VP1 i desseffekt på denitrifikationseffektivitet och mikrobiell sammansättning under laboratorieförhållanden ochi pilotskala. Möjligheten att reducera ammoniumkoncentrationen i lakvattnet utvärderades genomkemisk fällning och genom mätning av ammoniumkväve och nitratkväve under aeroba (nitrifikation)och anaeroba (denitrifikation) förhållanden. Kombinationen av etanol och glycerol indikerade enförbättrad denitrifikation och ökad mikrobiell densitet både i laboratorie- och pilotskala med reduceradhydraulisk retentionstid. Nitratreduktionshastigheten var 0,23 mgNO 3- -N 1 -1 h -1 för blandningen avetanol/glycerol jämfört med 0,12 - 0,17 mgNO 3- -N 1 -1 h -1 för Brenntaplus VP1 i pilotskala. Resultatenindikerar att användning av etanol, glycerol eller en blandning av de två har goda förutsättningar föratt ersätta Brenntaplus VP1. Var och en av de tre kolkällorna som undersöktes under detta projekt harvisat en unik inverkan på processen och dess parametrar såsom: denitrifikationshastighet, mikrobielldensitet och mikrobiell sammansättning. Genom att byta kolkälla i KBR kan prestandan ökas genomatt minska den hydrauliska retentionstiden samtidigt som systemet tycks bli mindre känsligt förtemperatursvängningar. Kolkällorna som utvärderats i detta projekt kan därför vara fördelaktiga för SÖRAB beroende på dess tillgänglighet och pris.

No description available.

No description available.

Phosphorus removal in wastewater treatment is commonly achieved by chemical precipitation, enhanced biological phosphorus removal (EBPR) or a simultaneous combination of the two. A defined anaerobic condition is widely regarded as the critical element to sustain EBPR. However, this study demonstrates that EBPR is indeed occurring in a 4.5 m3/h membrane bioreactor (MBR) pilot plant without a defined anaerobic condition. Although designed for chemical precipitation alone, a low average Fe/P molar ratio (iron dose/phosphorus removed) of 0.9 ± 0.1 suggests that EBPR could be contributing to a simultaneous phosphorus removal. Weekly flow-proportional grab samples through the process showed a phosphate (P) release between the primary anoxic tanks, followed by a larger uptake in the aerobic tanks. In laboratory batch tests with limited acetate supply in the presence of nitrates, the anoxic P-release began and then abruptly stopped whilst the nitrate concentration continued to decrease. This could be explained by denitrifiers out-competing PAOs for soluble substrate since a large P-release occurred when excess acetate was supplied in the presence of nitrates. It is therefore unlikely that PAOs are operating in the pilot despite the presence of nitrates as was concluded in a study with similar spontaneous EBPR observations. Instead, it is suggested that EBPR is enabled by intermittent anaerobic conditions in the primary anoxic tanks due to low nitrate concentrations (< 1 mg NO3/l) recirculating back after post-denitrification. The external carbon source supplied to the pilot was changed from glycerol to ethanol to assess any effect on the spontaneous EBPR. After ethanol had been supplied for 30 days, increased P-release rates were observed in batch tests supplied with ethanol (0.1 to 0.4 mg P/g VSS∙h) and batch tests supplied with acetate (8.6 ± 0.4 to 10.3 ± 0.4 mg P/g VSS∙h). However, the overall consumption of glycerol was less than that of ethanol, whilst the total phosphorus removal and the Fe/P ratio remained similar whether ethanol or glycerol was supplied to the pilot plant. Should operators wish to avoid any possible spontaneous P-release in the post-denitrification step, methanol is recommended as the external carbon source when considering laboratory P-release results, past research and operation costs. / Fosforrening av avloppsvatten uppnås vanligtvis genom kemisk utfällning, enhanced biological phosphorus removal (EBPR) eller en kombination av dessa två samtidig. Ett definierat anaeroba förhållanden betraktas allmänt som det kritiska elementet för att upprätthålla EBPR. Dock visar denna studie att EBPR verkligen förekommer i en pilotanläggning med membranbioreaktor (MBR) utan ett definierat anaeroba förhållanden. Veckovis flödesproportionella stickprover genom processen visade en ökad fosfat (P) halt mellan de primära anoxisk tankarna, följt av ett upptag i de aerobiska tankarna. Även om det är planerat för bara kemisk fosforrening, ett lågt medel Fe/P molförhållande (järndos/fosfor bortagning) på 0,9 ± 0,1 föreslår att EBPR kan bidra till ett samtidigt fosforrening. Laboratorie-P-utsläppningstest bekräftade EBPR-aktivitet med en hög medel P-utsläpp av 9,3 ± 0,9 mg P/g VSS∙h med acetat. Tillsammans indikerar dessa resultat att biologiskt fosforrening kompletterade den kemiska fosforrening under undersökningsperioden. P- utsläppningstest visade att närvaron av nitrater inte påverkade PAO-aktiviteter när acetat tillfördes i överskott. Med begränsad acetattillförsel förhindrade emellertid närvaron av nitrater någon initial P-utsläpp och inga efterföljande fermenteringsbiprodukter observerades. Slutsatsen dras att effektiv nitrifikation-denitrifikation och hög recirkulation resulterar i låga nitrathalt i primär anox tankar. Detta orsakar intermittenta anaerobisk förhållanden som, tillsammans med lämpliga substrathalt i inloppsvatten, möjliggör EBPR att ske. Den externa kolkällan som levererades till MBR-piloten ändrades från glycerol till etanol för att undersöka potentialen att öka EBPR-andelen av fosforrening. P-utsläpp i labbtester med etanol dosering ökade från 0,1 till 0,4 mg P/g VSS∙h och tester med acetat dosering ökade från 8,6 ± 0,4 till 10,3 ± 0,4 mg P/g VSS∙h när slam hade anpassats till etanol i 30 dagar. Vid pilotanläggningens drift konsumerades i alla fall mindre glycerol under dess användningsperiod än etanol, och Fe / P- förhållandet var likadant oavsett om glycerol eller etanol tillsatts. Olika andra kolkällor testades i parallella P-utsläppningstest. VFA producerat genom jäsning av matavfall och primärt slam i ett pågående projekt, och huvudsakligen bestående av kapronsyra, resulterade i den näst högsta P- utsläpp. P-utsläpp från alkoholer var märkbart lägre än VFA-baserade kolkällor. Det betyder att risken är låg för oväntat P-utsläpp i den slutliga biologiska zonen om en alkoholbaserad kollkällan doseras där. Minskad förluftning och en liten dos VFA-baserat substrat i den första biologiska zonen skulle bidra till en betydande EBPR som skulle möjliggöra en ytterligare reducerad basdos av järnsulfat.

By rethinking wastewater treatment plants (WWTPs) as resource recovery facilities, it is possible to de- velop the next generation of WWTPs. Moreover, it allows to accomplish environmental goals, such as reducing the CO2 footprint, and comply with increasing effluent standards regarding the concentration of nitrogen in a more sustainable way. This research study aims to analyse the possibility of recirculating carbon within WWTPs in form of volatile fatty acids (VFAs) produced by co-fermentation of primary sludge and food waste. The obtained fermentation liquid is utilised as carbon source to enhance the denitrification process in a post-anoxic denitrification plant setup. Two pilot scale fermentation reactors were semi-continuously operated, systematically varying only in pH. By controlling one reactor to pH 10, while the second reactor was operated without pH control, it was possible to assess the influence of the pH on the carbon recovery process. Despite the pH not being controlled in the second fermentation reactor, it adjusted itself to a stable pH around 5.4. The co-fer- mentation process was monitored by weekly analysis of the SCOD and total amount of VFAs (TVFA). While the alkaline conditions in the reactor operated at pH 10 allowed a higher hydrolysis of the sub- strate, the second reactor, operated without pH control, achieved a more distinct acidification, due to the lower pH. Consequently, the SCOD in the reactor operated without pH control contains a higher percentage of TVFA amounting to 64 % in comparison to the reactor operated at pH 10 with 40 % TVFA. Furthermore, the achieved degree of fermentation was assessed by calculating the net increase of TVFA per gram of VS, respectively VSS. A higher degree of fermentation was achieved without pH control, resulting in a higher VFA yield compared to the fermentation reactor operated at pH 10. Moreover, anal- ysis of the individual VFAs by gas chromatography showed distinct differences in the composition of the fermentation liquids. According to the findings, the reactor operated at pH 10 produced mainly acetic acid (61 %), followed by propionic acid (18 %) and n-butyric acid (14 %). In contrast, the fermentation reactor operated without pH control produced mainly n-caproic acid (47 %), followed by acetic acid (25 %) and n-butyric acid (16 %). Despite the similar fermentation substrate supplied to both reactors, the acidic conditions in the reactor operated without pH control allowed carboxylic acid chain elongation from acetic acid to n-caproic acid, resulting in the main difference of the fermentation liquids. The fermentation liquid of the two reactors was filtered, diluted to a concentration of 5 g COD/L and supplied as additional carbon source to enhance denitrification in two continuously operated pilot scale moving bed biofilm reactors (MBBR), applying a carbon-to-nitrogen ratio of 4.5. One of the denitrifica- tion MBBRs received the carbon recovered by fermentation at pH 10 as external carbon source, whereby the carbon source produced by fermentation without pH control was supplied to the other MBBR. The maximal achieved denitrification rate was quite similar for both MBBRs amounting to 3.25 g NO3- Neq/(m2·d) for the MBBR receiving the carbon source recovered by co-fermentation at pH 10 and 3.38 g NO3-Neq/(m2·d) for the MBBR receiving the VFA-mix obtained by co-fermentation without pH control. However, the MBBR provided with the carbon source recovered by co-fermentation under acidic conditions achieved a higher average denitrification rate of 2.5 g NO3-Neq/(m2·d), compared with the MBBR receiving carbon produced by co-fermentation at pH 10 (1.8 g NO3-Neq/(m2·d)). The lower efficiency of the MBBR supplied with additional carbon recovered by fermentation at pH 10 is caused by an accumulation of NO2-N during the denitrification process. This accumulation of NO2-N indicates suboptimal conditions, both due to the composition of the supplied carbon source and an overall higher pH during the denitrification process, which might supress facultative anaerobes, such as denitrifiers. Nevertheless, this study shows that both VFA-rich carbon sources obtained by co-fermentation of pri- mary sludge and food waste are suitable to enhance denitrification of municipal wastewater, with the carbon source recovered by fermentation without pH control achieving a higher denitrification effi- ciency. / Eine Neuinterpretation kommunaler Klärwerke als Rohstoff-Rückgewinnungsanlagen ermöglicht die Entwicklung der Kläranlagen der Zukunft. Umweltziele, wie die Reduktion des CO2-Fußabdrucks und die Einhaltung steigender Abwasserstandards im Hinblick auf die Stickstoffkonzentration können somit nachhaltiger erreicht werden. Diese Forschungsstudie zielt darauf ab, die Möglichkeit der Rückführung von Kohlenstoff in Kläranlagen in Form leichtflüchtiger Fettsäuren (engl. volatile fatty acids, VFAs) zu untersuchen. Diese VFAs werden durch Co-Fermentation von Primärschlamm und Lebensmittelabfäl- len erzeugt und als zusätzliche Kohlenstoffquelle einer nachgeschalteten Denitrifikation zugeführt, um die Prozesseffizienz zu steigern. Zur Erzeugung der VFAs wurden zwei Fermentationsreaktoren halbkontinuierlich im Pilotmaßstab be- trieben, welche systematisch im pH-Wert variierten. Der Einfluss des pH-Wertes auf den Kohlenstoff- rückgewinnungsprozess konnte beurteilt werden, indem ein Reaktor auf pH 10 geregelt wurde, während dieser im zweiten Reaktor nicht beeinflusst wurde. In diesem stellte sich aufgrund ablaufender Reakti- onen ein stabiler pH-Wert um 5,4 ein. Der Co-Fermentationsprozess wurde durch wöchentliche Analyse des gelösten chemischen Sauerstoffbedarfs (engl. soluble chemical oxygen demand, SCOD) und der Ge- samtmenge an VFAs (TVFA) überwacht. Während die alkalischen Bedingungen in dem bei pH 10 be- triebenen Reaktor eine höhere Hydrolyse des Substrats ermöglichten, erreichte der zweite Reaktor auf- grund des niedrigeren pH-Werts eine stärkere Versäuerung. Folglich enthält der SCOD in dem Reaktor, der ohne pH-Regelung betrieben wurde, mit 64 % einen höheren Anteil an TVFA im Vergleich zu dem bei pH 10 betriebenen Reaktor mit 40 % TVFA. Außerdem wurde der erreichte Fermentationsgrad durch Berechnung der Nettozunahme der TVFA pro Gramm flüchtige Feststoffe (VS) bzw. flüchtige suspendierte Feststoffe (VSS) erfasst. Ein höherer Fer- mentationsgrad konnte ohne pH-Regelung erzielt werden, welche eine höhere VFA-Ausbeute im Ver- gleich zur Fermentation bei pH 10 zeigt. Deutliche Unterschiede in der Zusammensetzung der gewon- nenen VFAs konnten durch Analyse mittels Gaschromatographie erfasst werden. Demzufolge entstand bei der Fermentation bei pH 10 hauptsächlich Essigsäure (61 %), gefolgt von Propionsäure (18 %) und n-Buttersäure (14 %). Im Gegensatz dazu, produzierte der Fermentationsreaktor ohne pH-Regelung überwiegend n-Capronsäure (47 %), gefolgt von Essigsäure (25 %) und n-Buttersäure (16 %). Trotz des gleichen Fermentationssubstrates, welches beiden Reaktoren zugeführt wurde, ermöglichen die sauren Bedingungen in dem Fermentationsreaktor ohne pH-Regelung, eine Verlängerung der Carbonsäureket- ten von Essigsäure zu n-Capronsäure. Nach Filtration der in verschiedenen Milieus gewonnenen Fermentationssubstrate und Verdünnung auf eine Konzentration von 5 g COD/L, wurden diese zwei im Pilotmaßstab kontinuierlich betriebenen Fließbett-Biofilmreaktoren (engl. Moving bed biofilm reactor, MBBR) als zusätzliche Kohlenstoffquelle zur Denitrifikation zugeführt. Über die gesamte Versuchsdauer wurden ein MBBR mit dem alkalisch gewonnenen und der Andere mit dem im sauren Milieu erzeugten VFA-Mix betrieben. Das Kohlenstoff- Stickstoff-Verhältnis (C/N Ratio) lag dabei bei 4,5. Beide MBBRs wiesen eine vergleichbare maximale Denitrifikationsrate von 3,25 g NO3-Neq/(m2·d) (VFAs pH 10) und 3,38 g NO3-Neq/(m2·d) (VFAs pH un- geregelt) auf. Der MBBR, welcher die im sauren Milieu rückgewonnene Kohlenstoffquelle erhielt, er- reichte im Durchschnitt eine höhere Denitrifikationsrate von 2,5 g NO3-Neq/(m2·d) als der MBBR, der den bei pH 10 gewonnenen VFA-Mix erhielt (1,8 g NO3-Neq/(m2·d)). Die im Vergleich geringere Effizi- enz der alkalisch rückgewonnenen Kohlenstoffquelle wird durch eine NO2-N-Anreicherung während der Denitrifikation verursacht, welche suboptimale Bedingungen während des Prozesses indiziert. Dies ist sowohl auf die Zusammensetzung der zugeführten Kohlenstoffquelle, als auch auf einen insgesamt hö- heren pH-Wert während des Reduktionsprozesses zurückzuführen, der fakultative Anaerobier, wie bspw. Denitrifikanten, unterdrücken kann. Dessen ungeachtet zeigt diese Studie, dass beide durch Co- Fermentation von Primärschlamm und Lebensmittelabfällen gewonnenen VFA-reichen Kohlenstoff- quellen zur Verbesserung der Denitrifikation kommunalen Abwassers geeignet sind, wobei die durch Fermentation ohne pH-Regelung erzeugte Kohlenstoffquelle eine höhere Effizienz aufweist. / Det är möjligt att utveckla den nya generationen av avloppsreningsverk genom att ompröva avloppsreningsverk som resursanläggning. Därtill möjliggör det att uppnå miljömål som att minska koldioxidavtrycket och följa ökande utsläppskrav, t.ex. för kvävekoncentration, på ett mer hållbart sätt. Denna forskningsstudie syftar till att analysera möjligheten att återcirkulera kol inom reningsverket i form av lättflyktiga fettsyror (engl. volatile fatty acids, VFAs), producerades genom samfermentering av primärslam och matavfall. Det erhållna fermenteringssubstratet används som extern kolkälla för att förbättra processeffektiviteten i en efterdenitrifikationsanläggning. Två pilotskaliga fermenteringsreaktorer drevs i semikontinuerligt driftläge med endast en skillnad i pH. Det var möjligt att utvärdera pH-påverkan på kolåtervinningsprocessen genom att kontrollera pH- värdet i en reaktor till pH 10, medan den andra reaktorn drevs utan pH-kontroll. På grund av reaktionerna som fortlöpte, justerade sig den icke-kontrollerade reaktorn själv till ett stabilt pH runt 5,4. Samfermenteringsprocessen övervakades genom veckoanalys av kemisk syreförbrukning i filtrerade prover (engl. soluble chemical oxygen demand, SCOD) och total mängd av VFAs (TVFA). Medan den alkaliska miljö i den första reaktorn gynnade en högre hydrolys av substratet, uppnådde den andra reaktorn en mer tydlig surgöring på grund av det lägre pH-värdet. Följaktligen innehåller SCOD i reaktorn som drivs utan pH-kontroll en större andel TVFA – 64 % av SCOD - jämfört med reaktorn som drivs vid pH 10, där TVFA utgör 40 % av SCOD. Vidare analyserades den uppnådda fermenteringsgraden genom att beräkna nettoökningen av TVFA per gram VS, respektive VSS. En högre jäsningsgrad uppnåddes i sur miljö, vilket resulterade i en högre VFA-produktion jämfört med fermenteringsreaktorn som drevs vid pH 10. Därtill visade analys med gaskromtografi av de individuella VFA tydliga skillnader i sammansättning av substraten. Enligt rönen producerade reaktorn vid pH 10 mestadels ättiksyra (61 %) följt av propionsyra (18 %) och n-smörsyra (14 %). Däremot producerade fermenteringsreaktorn utan pH-kontroll mestadels n-kapronsyra (47 %) följt av ättiksyra (25 %) och n-smörsyra (16 %). Detta visar att trots att samma fermentationssubstrat användes för båda reaktorerna möjliggör den sura miljön i reaktorn utan pH-kontroll karboxylkedjeförlängningen från ättiksyra till n-kapronsyra. Fermentationssubstraten av de två reaktorerna filtrerades, utspäddes till en koncentration av 5 g COD/L och tillfördes som extern kolkälla, med ett kol/kväve-förhållande på 4,5, för att förbättra denitrifikationen i två kontinuerliga drivna biofilmreaktorer med rörliga bärare (engl. moving bed biofilm reactor, MBBR). En MBBR erhöll under hela experimentets gång den kolkälla som bildats under alkaliska förhållanden och den andra MBBR:en erhöll motsvarande kolkälla som bildats i den sura miljön i fermenteringsreaktorn utan pH-kontroll. Den maximala uppnådda denitrifikationskapaciteten var ganska likartad för båda MBBR: 3,25 g NO3-Neq/(m2·d) för den MBBR som opererades med den alkaliska erhållen kolkällan och 3,38 g NO3-Neq/(m2·d) för MBBR som erhöll den utspädda fermenteringsvätskan bildad utan pH-kontroll. Emellertid uppnådde den MBBR som erhöll kolkällan bildad i sura miljön en högre genomsnittlig denitrifikationskapacitet på 2.5 g NO3-Neq/(m2·d) jämfört med MBBR som fick kolkällan producerad genom fermentering vid pH 10 (1.8 g NO3-Neq/(m2·d)). Den lägre effektiviteten i den MBBR som fick den alkaliskt erhållna kolkällan orsakas av en ansamling av NO2-N under denitrifikationsprocessen, vilket indikerar suboptimala förhållanden. Detta beror både på sammansättningen av den tillförda kolkällan och ett högre totalt pH-värde under reduktionsprocessen, vilket kan hämma fakultativa anaerober såsom denitrifierare. Trots det visar denna forskningsstudie att båda de VFA-rika kolkällorna erhållna genom samfermentering av primärslam och matavfall är lämpliga för att förbättra denitrifikationen av kommunalt avloppsvatten, varvid kolkällan som produceras genom fermentering utan pH-kontroll uppnår en högre denitrifikationseffektivitet.

Dermatófitos são fungos filamentosos com a habilidade de invadir substratos queratinizados e causar dermatofitoses em humanos e animais, penetrando profundamente apenas em hospedeiros imunocomprometidos. Trichophyton rubrum é um fungo antropofílico e cosmopolita, o mais comum agente de micoses superficiais, que usa componentes celulares como proteínas e lipídeos após uma específica regulação de sua expressão gênica governada pelo pH ambiente e sensoriamento celular. A virulência de T. rubrum é relacionada com a secreção de enzimas proteolíticas, um importante fator determinante na invasão, utilização e subseqüente disseminação através do estrato córneo. O objetivo desse estudo foi identificar através de Hibridização Subtrativa Supressiva (SSH) genes de T. rubrum preferencialmente expressos durante o crescimento na presença de queratina e lipídeos, quando T. rubrum degrada fontes de carbono tipicamente encontradas em células epidérmicas. Inicialmente, nós avaliamos as mudanças no pH extracelular durante seu crescimento em queratina e lipídeo (depois de 6, 12, 24, 48, 72 h e 7 dias) em pH inicial 5,0, onde foi observado um gradual aumento do pH basal sob ambas as condições de teste, comparado com a condição glicose (controle). Também identificamos 576 transcritos de T. rubrum diferencialmente expressos por SSH usando conídios cultivados por 72 h em queratina como teste e em glicose como controle. Os genes de T. rubrum ativados codificam proteínas putativas que foram validadas por cDNA dot-blot e northern blot, mostrando similaridade com proteínas fúngicas envolvidas no metabolismo básico, crescimento e virulência, p. ex., transportadores ABC-MDR, MFS e ATPase de cobre, permease, NIMA interactive protein, poliproteína Gag-Pol, fatores de virulência subtilisinas serino-proteases (Sub 3 e 5) e metaloproteases (Mep 3 e 4) e Hsp30. Adicionalmente, entre os 762 clones obtidos na biblioteca da condição lipídeo (72 h), 80 transcritos superexpressos foram confirmados por cDNA dot-blot, revelando 14 unigenes similares à proteínas de vários organismos patogênicos, como glicoproteína 43 kD, transportador MDR, proteína G, quitina sintase e serino/treonina fosfatase. Transcritos do gene TruMDR2, codificador de um transportador ABC, foi isolado tanto na presença de queratina quanto em lipídeo, e a análise da linhagem mutante TruMDR2 de T. rubrum mostrou uma redução na atividade infectante, caracterizada pelo baixo crescimento em unhas humanas comparada com o tipo selvagem. A alta expressão de transportadores por T. rubrum em condições que mimetizam a infecção e a redução na virulência de TruMDR2 durante o modelo in vitro sugerem que transportadores estão envolvidos na patogenicidade de T. rubrum. Outro linhagem mutante (pacC-1) com um nocaute no gene pacC que codifica um fator de transcrição regulado pelo pH local, mostrou a expressão de proteases (Sub 3 e 5 e Mep 4) diminuída após o crescimento em queratina em comparação com o tipo selvagem em análises de northern blots. Essas proteases tem uma atividade ótima em pH alcalino, e nossos resultados indicam uma regulação defectiva do gene pacC de T. rubrum na ativação de proteases. Em conclusão, através do uso de SSH foi possível identificar genes de T. rubrum ativados após tratamentos específicos, o que sugere a importância dos mesmos na interação dermatófito-hospedeiro, instalação e manutenção da doença. Esses resultados disponibilizam novos dados sobre T. rubrum que levarão a um melhor entendimento dos mecanismos moleculares envolvidos no crescimento, metabolismo geral e patogenicidade, e também auxiliar na identificação de novos e efetivos alvos de drogas para dermatófitos. / Dermatophytes are a group of fungi filamentous that have the ability to invade keratinized substrates, causing dermatophytosis in humans and animals and only penetrate deeper if the host is immunocompromised. Trichophyton rubrum is an anthropophilic and cosmopolitan fungi, the most common agent of superficial mycoses, which uses cell components such as proteins and lipids after a specific regulation of its gene expression governed by pH environment and sensing cell. The virulence T. rubrum is related to secretion of proteolytic enzymes, an important factor determinant in the invasion, utilization and subsequently dissemination through the stratum corneum. The aim of this study was to indentify by Suppression Subtractive Hybridization (SSH) T. rubrum genes preferentially expressed during growth in the presence of keratin and lipids, upregulated when this fungus degrades carbon source typically found at epidemic cells. Initially, this work evaluated the changes in the extracellular pH during its growth in keratin and lipid (after 6, 12, 24, 48, 72 h and 7 days) at initial pH 5.0, where we observed a gradual increase of basal pH under both tests when compared to glucose condition (control). Also, we identified 576 T. rubrum transcripts differentially expressed by SSH using conidia cultivated for 72 h in keratin as tester, and in glucose as driver. The T. rubrum genes upregulated encode putative proteins that were validated by cDNA dot-blot and northern blot, showing similarity to fungi proteins involved in basic metabolism, growth and virulence, i.e., transporters ABC-MDR, MFS and ATPase of copper, permease, NIMA interactive protein, Gag-Pol polyprotein, virulence factors serine-protease subtilisins (Sub 3 and 5) and metalloproteases (Mep 3 and 4) and Hsp30. Additionally, among the 762 clones obtained in a library of lipid condition (72 h), 80 over-expressed transcripts were confirmed by cDNA dot-blot, revealing 14 unigenes similar to proteins of several pathogenic organisms, like glicoprotein 43 kD, MDR transporters, G protein, chitin synthase and serine/threonine-protein phosphatase. Transcripts of TruMDR2 gene, encoding an ABC transporter in T. rubrum, were isolated in the presence of keratin and lipid, and the examination of TruMDR2 mutant T. rubrum showed a reduction in infecting activity, characterized by low growth in human nails compared to wild-strain. The high expression of transporter by T. rubrum in conditions that mimetize the infection and the virulence reduction of TruMDR2 in an in vitro model suggests that transporters are involved in T. rubrum pathogenicity. Another mutant, pacC-1 with a knockout in PacC gene that encodes a transcription factor regulated by local pH, showed the expression of proteases (Sub 3, Sub 5 and Mep 4) decreased after growth in keratin (72 h) in comparison to wild-strain in northern blot analyzes. These proteases have an optimal activity in alkaline pH, and our results indicate a defective regulation of T. rubrum pacC gene in the activation of proteases. In conclusion, by means of SSH to identify genes upregulated in T. rubrum after specific treatments, their importance in the dermatophyte-host interaction, installation and maintenance in the disease is suggested. These results provide new insights about T. rubrum that will contribute to a better understanding of molecular mechanisms about the growth, metabolism and pathogenicity, and may also aid in the identification of novel effective drug targets for dermathophytes.