CBL - Campus del Baix Llobregat

Projecte llegit

Títol: Producció de polidroxibutirat (PHB) i glucogen mitjançant cianobacteris: Optimització de les condicions de cultiu.

Estudiant que ha llegit aquest projecte:

Tutor/a o Cotutor/a: ROIG VILLANOVA, IRMA

Departament: DEAB

Títol: Producció de polidroxibutirat (PHB) i glucogen mitjançant cianobacteris: Optimització de les condicions de cultiu.

Data inici oferta: 24-01-2020      Data finalització oferta: 03-02-2020

Estudis d'assignació del projecte:
    GR ENG SIS BIOLÒGICS

Lloc de realització:

UPC      Departament/centre: Departament d’enginyeria civil i ambiental

Segon tutor/a extern: MARÍA JESÚS GARCÍA GALÁN

Paraules clau:
PHB; Glucogen; Cianobacteris; bioproductes; biopolimers

Descripció del contingut i pla d'activitats:
Més de 100 milions de tones de plàstics son produïdes
anualment al món. De les quals el 40% es rebutja en abocadors
generant greus problemes ambientals. En aquest context els
polihidroxibutirats (PHB) s’erigeixen com una alternativa
sostenible als plàstics convencionals. Els PHA poden ser
acumulats per un gran nombre de microorganismes, com per
exemple els cianobacteris, el quals tenen l’avantatge
d'acumular aquests bioplàstics utilitzant només CO2 i energia
solar. No obstant això, l'acumulació obtinguda fins ara amb
aquests microorganismes és normalment menor al 10%. L'objectiu
d'aquest projecte és millorar el percentatge de producció de
PHB en cianobacteris mitjançant l’optimització de les
condicions de cultius. Per assolir els objectius, s’estudiarà
l’efecte de la disponibilitat de nutrients (IC, N, P) i els
cicles llum/foscor en el metabolisme del PHB i el glucogen. En
primer lloc es faran créixer els cianobacteris en reactors de
columna vertical de 3L. Durant aquest període es mesurarà la
velocitat de creixement mitjançant el anàlisis dels sòlids en
suspensió volàtils i la terbolesa i el consum de nutrients
(nitrogen i fòsfor) aplicant mètodes colorimètrics. Un cop
consumits tots els nutrients presents en el medi s’aplicaran
diferents condicions de cultiu (concentració de carboni
inorgànic, etapes de llum/foscor, efecte de la microbiota
acompanyant) i s’avaluarà l’evolució de la concentració de PHB
i glucogen en cada una d’elles. Finalment, en aquells cultius
en els que s’hagin observat una millora en la producció del
biopolimer, s’estudiarà l’efecte de les condicions de cultiu
en les vies metabòliques relacionades amb la producció de
glucogen i PHB mitjançant l’estudi de l’expressió dels gens
relacionats amb aquestes vies a partir de qPCR. Els resultats
obtinguts han de servir per optimitzar la concentració de
nutrients inicial per a realitzar cultius en una etapa, així
com per trobar les millors condicions de cultiu per l’etapa
d’acumulació de biopolimers i millorar, d’aquesta manera, els
percentatges de PHB obtinguts fins al moment.

Overview (resum en anglès): Plastics are very advantageous compounds as synthetic polymers, as their structure can be chemically manipulated and mould into almost any desired shape. In the recent years, the public concern about the harmful effects of plastic and petrochemical products on the environment has increased. Therefore, sustainable alternatives such as the production of biodegradable plastics and biofuels, are being investigated. Polyhydroxybutyrates (PHB) are polymers with similar properties to polypropylene, used to produce bioplastic. On another hand, glycogen is a polymer suitable for bioethanol production. Both compounds are produced by cyanobacteria and other microorganisms. Cyanobacteria have the advantage of being able to accumulate these metabolites using only carbon dioxide (CO2) and solar energy.
To carry out this study, bibliographic research has been performed related to the mechanisms of glycogen and PHB production in cyanobacteria and of the metabolic processes involved in these. The main objectives of this work have been the optimization of the culture conditions through a kinetic model, in order to maximize the production of PHB and the study of the effect on the production of PHB and glycogen of the culture conditions determined with the kinetic model.
Using a kinetic model, the optimal culture condition has been found at an initial concentration of nitrogen (N) and phosphorus (P) of 26,11 mg N·L-1 and 5,67 mg P·L-1 where the PHB content at the end of the experiment should be 9,25% dry cell weight (dcw). The experimental results have given maximum glycogen concentrations between 18,28% dcw and 35,85% dcw. We were not able to perform the PHB quantification, it could not be performed due to lack of time and technical problems with the chromatograph. Despite this, the results have concluded that the N limitation has a positive effect on the accumulation of glycogen. Finally, the experimental data variability has made that the fit of the kinetic model can’t be evaluated precisely, for that carrying out more replicates of these experiments will allow us to achieve a model that more accurately describes more accurately the production of PHB and glycogen in cyanobacteria. Even so, the results suggest that the kinetic model describes correctly the growth and the nutrient uptake in Synechocystis sp.

© CBLTIC Campus del Baix Llobregat - UPC