Optimization of chitin production via Saccharomyces cerevisiae

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorNguyen, An
dc.contributor.authorXia, Xin
dc.contributor.schoolKemian tekniikan korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorFrey, Alexander
dc.date.accessioned2023-05-21T17:05:43Z
dc.date.available2023-05-21T17:05:43Z
dc.date.issued2023-05-16
dc.description.abstractChitin 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.en
dc.description.abstractKitiini 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.fi
dc.format.extent56 + 5
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/120948
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-202305213284
dc.language.isoenen
dc.locationPKfi
dc.programmeMaster's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineeringfi
dc.programme.majorBiotechnologyfi
dc.programme.mcodeCHEM3022fi
dc.subject.keywordchitinen
dc.subject.keywordfungien
dc.subject.keywordyeasten
dc.subject.keyworddesign of experimentsen
dc.subject.keywordchitin yielden
dc.subject.keywordFT-IR spectrumen
dc.titleOptimization of chitin production via Saccharomyces cerevisiaeen
dc.titleKitiinituotannon optimointi Saccharomyces cerevisiae -hiivan avullafi
dc.typeG2 Pro gradu, diplomityöfi
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotDiplomityöfi
local.aalto.electroniconlyyes
local.aalto.openaccessyes
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
master_Xia_Xin_2023.pdf
Size:
2.13 MB
Format:
Adobe Portable Document Format