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Previous issue date: 2010-03-25 / Financiadora de Estudos e Projetos / The production of enzymes β-lactamases by pathogenic bacteria is the most common mechanism of resistance to β-lactam antibiotics. The β-lactamases catalyze the hydrolysis of β-lactam ring, splitting the amide bond, as a result, the antibiotics become ineffective. Clavulanic acid (CA) is a secondary metabolite β-lactam produced during the fermentation of Streptomyces clavuligerus and has a potent inhibitory activity of β-lactamases. Like other β-lactam compounds, CA is chemically unstable under high temperature conditions. The decomposition of the AC during the bacterial fermentation reduces its concentration in the broth which results in low yields of the process. In this study the production of CA was evaluated in batch processes and batch with glycerol pulses at different temperature conditions in shaker operated at 250 rpm and pH 6.8. Initially, three batch cultures containing glycerol as carbon source were performed at temperatures of 30, 25 and 20ºC. Batch cultivation at 30°C was considered as a control run. Then, other three batch tests were performed with reduction of temperature of 30°C for 25 or 20°C after the exhaustion of glycerol in the broth culture. Added, also were performed four cultures with reduction of temperature associated with feeding of glycerol (1, 2, 3 and 4 pulses of glycerol), resulting in twelve cultures. In general, the production of CA increased with decreasing temperature and feeding of glycerol was beneficial for CA production. For all experiments under low temperatures, the maximum production (CCA-max) and productivity in CC (PCA-max in mg.L-1.h-1) were higher than the control run. In addition, a significant increase product (CA) yield coefficient in relation to the glycerol consumption (YCA/G, mg.g-1) reaching 59.3 mg.g-1 for the batch culture at 20°C, while for the control run was obtained 10.2 mg.g-1. The CCA-max obtained was 1115.6 mg L-1 in cultivation with temperature reduction from 30 to 25°C and three pulses of glycerol, which represented about 7 times the yield on the run control culture at 30°C. The CA degradation in fermentation broth at temperatures of 30, 25 and 20ºC was also evaluated in this study. Values of constant degradation of CA (kdCA) were obtained in different cultivation times. The highest kdCA value in the broth was obtained at 30°C, 0.01306 h-1, and values for 25 and 20ºC were statistically similar, 0.00303 and 0.00173 h-1. The higher rate of production of CA (rCA) of 10.9 mg.L-1.h-1 was observed at 25°C. The results obtained demonstrate the potential application of temperature manipulation during S. clavuligerus fermentation for the optimization of CA production process. / A produção de enzimas β-lactamases por bactérias patogênicas é o mecanismo de resistência mais comum aos antibióticos β-lactâmicos. As β-lactamases catalisam a hidrólise do anel β-lactâmico, rompendo a ligação amida o que leva à perda da atividade antimicrobiana do antibiótico. O ácido clavulânico (AC) é um metabólito secundário β- lactâmico produzido durante a fermentação de Streptomyces clavuligerus e possui uma potente atividade inibitória de β-lactamases. Como outros compostos β-lactâmicos, AC é quimicamente instável sob condições elevadas temperaturas. A decomposição do AC durante a fermentação bacteriana reduz sua concentração no caldo o que se traduz em baixos rendimentos do processo. No presente trabalho foi avaliada a produção de AC em processos em batelada e batelada com pulsos de glicerol em diferentes condições de temperatura em mesa incubadora rotativa operados a 250 rpm e pH 6,8. Inicialmente, três cultivos em batelada, contendo glicerol como fonte de carbono, foram conduzidos em temperaturas de 30, 25 e 20ºC, onde a 30ºC foi considerado ensaio controle. Em seguida, outros três ensaios em batelada foram realizados com redução de temperatura de 30ºC para 25 ou 20ºC após a exaustão de glicerol no caldo de cultivo. Também foram realizados quatro cultivos com redução de temperatura associado com alimentação de glicerol (1, 2, 3 e 4 pulsos de glicerol), totalizando doze cultivos. Em geral, a produção de AC aumentou com o decréscimo de temperatura e a alimentação de glicerol foi benéfica para a produção. Para todos os cultivos em quaisquer condições de baixas temperaturas, a produção máxima de AC e produtividades em AC (PAC-máx em mg.L-1.h-1) observadas foram superiores àquelas obtidas no cultivo controle. Além disso, houve um aumento significativo do rendimento AC por glicerol (YAC/G, mg.g-1) chegando a 59,3 mg.g-1 no cultivo em batelada a 20ºC, enquanto que para o controle foi observado um rendimento de 10,2 mg.g-1. A concentração máxima de AC obtida foi de 1115,6 mg.L-1 para o cultivo com redução de temperatura de 30 para 25ºC e três pulsos de glicerol o que representou cerca de 7 vezes a produção obtida no cultivo controle em batelada a 30ºC. A degradação de AC em caldo de fermentação nas temperaturas de 30, 25 e 20ºC também foi avaliada neste estudo. Valores de constantes de degradação de AC relativas ao modelo de degradação de primeira ordem (kdAC) foram obtidos em diferentes tempos de cultivo. O maior valor de kdAC foi encontrado a 30ºC (0,01306 h-1) e os valores para 25 e 20ºC foram estatisticamente semelhantes (0,00303 e 0,00173 h-1). A maior velocidade de produção de AC (rAC) de 10,9 mg.L-1.h-1 foi observada a 25ºC.Estes resultados demonstram o potencial de aplicação da manipulação da temperatura durante a fermentação de S. clavuligerus para a otimização do processo de produção de AC.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/4038 |
| Date | 25 March 2010 |
| Creators | Costa, Cecília Ladeira Lopes |
| Contributors | Badino Júnior, Alberto Colli |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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