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Previous issue date: 2012-08-27 / Financiadora de Estudos e Projetos / Diseases caused by Streptococcus pneumoniae are one of the main problems of public health in the world. The pneumococcal surface protein A(PspA) is a potential canditate as carrier in a conjugate vaccine against this bacteria. Considering the inherent high losses of the purification and conjugation steps, it is fundamental to adopt a strategy of cultivation and expression that allows the obtainance of large quantities of protein. Thus, the use of Escherichia coli as expression system as well as its cultivation in complex medium constitutes promising alternatives for reducing the cost and increasing the productivity of the process. The goal of this work was to study the influence of the temperature and cultivation medium composition over the production of a PspA belonging to clade 4 protein fragment (PspA4Pro) during rE coli cultivations, aiming at to evaluate the possibility of employing vegetable-based nitrogen sources (soybean protein hydrolisates) instead of the Triptona, an animal-derived nitrogen source. The experiments were carried out in both shakers and benchscale bioreactor, using a complex medium which contained glucose and glycerol as carbon sources, lactose as inducer and Soytone, Phytone or Triptone as nitrogen sources, besides yeast extract. Samples were collected during the experiments to follow the cell growth (measurements of absorbance, dry cell weight and permittivity signal from biomass sensors), the carbon sources consumption and the production of organic acids by HPLC analysis. The stability of the plasmid (agar plates with or without kanamycin) and the production of recombinant protein (Bradford and SDS-PAGE electrophoresis followed by densitometry) were also evaluated. Preliminary experiments were performed in shake flasks, incubated at 300rpm and 37ºC, employing both complex and defined media. The highest productivity was achieved in complex medium, with a 42% superior protein production. Subsequently, nine complementary experiments were conducted in shake flasks with complex medium, under the agitation of 300rpm and temperatures of 37ºC (growth phase) and 25, 31 or 37ºC (induction phase). The largest specific production of soluble PspA4Pro was verified at 25ºC, reaching, respectively, 209±6, 192±5mg/g dry cell mass for Phytone and Triptone, with final absorbance values (after 12h of induction) of 9.0±0.4 and 8.5±0.4. The best protein production for Soytone (124±4mg/g dry cell weight) was observed at 31ºC, yielding a final absorbance 8.0±0.4. From the results obtained in the preliminary tests, the nitrogen source Phytone was selected for experiments in bioreactor. Four batch cultures were conducted in bench-scale bioreactor (5L), containing a modified auto-induction complex medium (10g/L glucose, 60g/L glycerol and 20g/L lactose), being three of them with Phytone and one with Triptone, for comparison. The best results in terms of protein production (245±7mg of PspA4Pro soluble/g dry mass) were obtained in the presence of Phytone, corresponding to an increase of 16% towards the maximum value achieved in the cultivation with Triptone. These results demonstrate the potential of vegetable-based nutrients as alternatives to animal-derived nitrogen sources in complex media, contributing to adequate these media formulations to the current guidelines of good manufacturing practices. / Doenças causadas por Streptococcus pneumoniae constituem um dos principais problemas de saúde pública mundial. A proteína A de superfície de pneumococo (PspA) é candidata em potencial a ser carreadora em vacina conjugada contra essa bactéria. Considerando as altas perdas inerentes às etapas de purificação e conjugação da proteína, é fundamental adotar uma estratégia de cultivo e expressão que permita obter grandes quantidades de proteína. Nesse sentido, o emprego da bactéria Escherichia coli como sistema de expressão e o cultivo da mesma em meio complexo se apresentam como alternativas promissoras para redução do custo e aumento da produtividade do processo. O objetivo do presente trabalho foi estudar a influência da temperatura e da composição do meio de cultivo sobre a produção do fragmento da proteína PspA do clado 4 (PspA4Pro) em cultivos de rE. coli, visando avaliar a viabilidade de utilização de fontes de nitrogênio de origem vegetal (hidrolisados protéicos de soja) em substituição à Triptona, de origem animal. Os experimentos foram realizados em câmara incubadora e em biorreatores de bancada, utilizando meio complexo contendo glicose e glicerol e lactose como fontes de carbono, lactose como indutor e Soytone, Phytone ou Triptona como fontes de nitrogênio, além de extrato de levedura. Amostras foram coletadas ao longo dos experimentos para acompanhamento do crescimento celular (medida de absorbância, massa seca e permissividade por sensor de biomassa), do consumo das fontes de carbono e da produção de ácidos orgânicos por análises em cromatografia líquida de alto desempenho. A estabilidade do plasmídeo (plaqueamento em meio contendo ou não canamicina) e a produção de proteína recombinante (Bradford e eletroforese SDS-PAGE seguida por densitometria) também foram avaliadas. Experimentos preliminares foram realizados em frascos agitados e incubados a 300rpm e 37oC, empregando tanto o meio complexo como o definido. A maior produtividade foi obtida em meio complexo, a qual foi 42% superior a alcançada com meio definido. Em seguida, nove experimentos complementares foram conduzidos em frascos agitados em meio complexo sob agitação de 300rpm e à temperatura de 37ºC (fase de crescimento) e de 25, 31 ou 37ºC (fase de indução). Verificou-se que a temperatura de 25ºC proporcionou a maior produção específica de PspA4Pro solúvel, alcançando-se, respectivamente, 209±6, 192±5mg/g massa seca para o Phytone e para a Triptona, com absorbâncias finais (após 12h de indução) de 9,0±0,4 e 8,5±0,4. Já para o Soytone, a melhor produção de proteína (124±4mg/g massa seca) foi observada à temperatura de 31ºC, obtendo-se uma absorbância de final de 8,0±0,4. A partir dos resultados obtidos nos ensaios preliminares, a fonte de nitrogênio de origem vegetal Phytone foi selecionada para experimentos em biorreator. Quatro cultivos em batelada foram conduzidos em biorreator de bancada (5L), contendo meio complexo de autoindução modificado (10g/L glicose, 60g/L glicerol e 20g/L lactose), sendo 3 com Phytone e um com Triptona, para comparação. Os melhores resultados em termos de produção de proteína (245±7mg de PspA4Pro solúvel/g massa seca) foram obtidos na presença de Phytone, correspondendo a um aumento de 16% em relação ao valor máximo alcançado no cultivo com Triptona. Esses resultados comprovam o potencial dos nutrientes de origem vegetal como alternativa às fontes de nitrogênio de origem animal em meios complexos, contribuindo para adequar as formulações desses meios às atuais diretrizes de boas práticas de fabricação.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/4103 |
| Date | 27 August 2012 |
| Creators | Santos, Mauricio Possedente dos |
| Contributors | Zangirolami, Teresa Cristina |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| 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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