Optimization of chitin production via Saccharomyces cerevisiae
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2023-05-16
Department
Major/Subject
Biotechnology
Mcode
CHEM3022
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
56 + 5
Series
Abstract
Chitin is the second most abundant renewable biopolymer in nature. It is biodegradable, biocompatible, and bio-absorbable with antibacterial properties. Chitin is also insoluble in water, dilute alkalis, and dilute acids. The main sources for chitin production are crustaceans which have several drawbacks that limit the application such as expensive production, discontinuous supply, limited fishing industry areas, and seasonal variations. Due to these reasons, the interest in fungal chitin production has grown. This study's main objective is to optimize the growing conditions for Saccharomyces cerevisiae which is genetically manipulated for improving chitin production in the yeast cell wall. The design of experiments was used to screen the experimental setups and predict the maximized growing conditions. The optimized conditions for yeast minimal medium without uracil cultivation were 5.4 for pH and 28°C for temperature. These conditions were tested with 1L cultivation in a bioreactor. The chitin yield of chitin overproducing yeast was 1.15 g/L, around three times compared to the control yeast which is the same yeast as chitin producing yeast but containing an empty plasmid with the same auxotrophic marker. The produced chitin was verified via the Fourier-transform infrared spectroscopy and compared to other chitin products. The spectrum of chitin producing yeast shows similarities with chitosan, so the comparison of spectra also included chitosan, but the produced product was still verified as chitin. Engineered chitin overproducing yeast was comparable with other fungal sources in productivity based on this study, but further research is needed to verify the content and quality of produced chitin to ensure its usefulness. The chitin productivity can be enhanced by using media like synthetic defined medium and yeast extract peptone dextrose, but their optimized conditions need to be analyzed separately.Kitiini on toiseksi yleisin luonnossa esiintyvä biopolymeeri. Se on biohajoava, bioyhteensopiva ja biologisesti imeytyvä ja sillä on antibakteerisia ominaisuuksia. Kitiini on liukenematon veteen, orgaanisiin liuottimiin, laimeisiin emäksiin ja happoihin. Nykyään kitiinin päälähde ovat äyriäiset, joilla on muutamia rajoittavia tekijöitä, kuten kallis kitiinin tuotanto prosessi, katkeileva tarjonta, rajoitettu kalastus alue ja kausivaihtelut. Näiden rajoittavien tekijöiden takia kitiinin tuotanto sienilähteillä on herättänyt kiinnostusta. Tämän työn tarkoituksena oli optimoida geneettisesti muotoiltu kitiiniä ylituottavan Saccharomyces cerevisiae tuotanto-olosuhteet. MODDE 13 koe suunnittelu ohjelmaa käytettiin tarvittavien kokeiden seulomisessa ja optimiolosuhteiden arvioimisessa. Optimoidut olosuhteet hiiva minimaaliselle väliaineelle ilman urasiiliä olivat 5.4 pH ja 28°C. Nämä olosuhteet testattiin yhden litran bioreaktori viljelyllä. Kitiiniä ylituottavan hiivan kitiini saanto oli noin 1.15 g/L, joka on kolminkertainen verrattuna kontrolli hiivaan. Kontrolli hiiva on sama kuin kitiiniä ylituottava hiiva, mutta sisältää tyhjän plasmidin samalla auksotrofisella merkkiaineella. Tuotettu kitiini verifiointiin Fourier-infrapunaspektroskopialla ja tulosta verrattiin muihin kitiinituotteisiin. Tuotetun kitiinin spektrissä löydettiin samankaltaisuutta kitosaanin kanssa, minkä takia kitosaani lisättiin myös vertailuun, mutta tuotettu tuote varmennettiin kitiiniksi. Tämän tutkimuksen perusteella geneettisesti muotoiltu kitiiniä ylituottava hiiva oli vertailukelpoinen muihin sienilähteisiin tuotannon kannalta, mutta tuotetun kitiniin laatua ja sisältöä olisi jatkossa hyvä analysoida kitiinin käyttökelpoisuuden varmistamiseksi. Kiniinin tuottavuutta pystyy tehostaa käyttämällä muita väliaineita kuten synteettisesti määritelty väliaine ja hiivauute peptonidekstroosiaine, mutta niiden optimaalinen olosuhde on analysoitava erikseen.Description
Supervisor
Frey, AlexanderThesis advisor
Nguyen, AnKeywords
chitin, fungi, yeast, design of experiments, chitin yield, FT-IR spectrum