Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorde Brito, Luciana Fernandes
dc.contributor.advisorBrautaset, Trygve
dc.contributor.authorØdegård, Sigrid Lyngved
dc.date.accessioned2021-09-25T16:13:10Z
dc.date.available2021-09-25T16:13:10Z
dc.date.issued2021
dc.identifierno.ntnu:inspera:75551004:15936463
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11250/2782628
dc.descriptionFull text available on 2024-05-15
dc.description.abstractIndustriell bioteknologi er et samlebegrep for produksjon av kjemikalier gjennom bakteriell fermentering. Til dags dato er de fleste produksjonene basert på fermentering av sukkerarter. Sukker er en viktig ressurs i matproduksjon og prisen er derfor strengt regulert. Grunnet dette har det oppstått en nødvendighet for erstatning til sukker som fermenteringssubstrat i industriell bioteknologi. Metanol er et lett tilgjengelig og redusert kjemikalie som i motsetning til sukkerarter ikke konkurrer med ressurser for matproduksjon. Den ønskede overgangen bort fra sukkerarter som fermenteringssubstrat har drevet denne studien mot målet om å etablere metanolbasert produksjon av spesifikke kjemikalier. Metylotrofe bakterier er en gruppe bakterier som bruker metanol som energikilde og som derfor anvendes i slike fermenteringer. B. methanolicus og M. extorquens er to bakterier som viser stort potensiale for produksjon av kjemikalier fra metanol. Slike stoffer er eksempelvis heparosan og violacein som i dag produseres ved metoder med flere tilknyttede utfordringer. Heparosan kan anvendes for produksjon av anti-koagulerende medisin heparin og violacein har vist potensiale som farmasøytisk virkestoff. Grunnet disse applikasjonene er det et økende ønske om produksjon av disse stoffene, og derfor ønsket denne studien å etablere produksjon av heparosan og violacein i genetisk konstruert B. methanolicus og M. extorquens. Ved å fremstille plasmider for utrykk av gener essensielle for syntese av heparosan og violacein, ble rekombinante B. methanolicus stammer konstruert. I sammenheng med heparosan produksjon, ble aktivitet av heparosan syntase studert in vitro. In vitro biosyntese av heparosan og aktivitetsmålinger av heparosan syntese indikerte funksjonalitet av enzymet. Det ble derimot oppdaget store utfordringer knyttet til produksjon ved høye temperaturer. I forbindelse med violacein produksjon, ble det observert pigmentdannelse i bakterien anvendt i kloningsarbeidet. Det var derimot utfordringer knyttet til fremstillingen i vertscellen. Det er anbefalt at en protokoll for transformering av M. extorquens blir optimalisert ettersom at denne bakterien viste seg å være best egnet som vertscelle. Denne studien har bidratt med observasjoner og erfaringer relatert metanolbasert produksjon av heparosan og violacein ved høye temperaturer. Når utfordringene som ble møtt i denne studien er løst, vil dette bidra til å utvide produksjonsrepertoaret i metylotrofe bakterier. På samme måte vil det bidra til det ønskede skifte mot mer metanolbasert produksjon i industriell bioteknologi.
dc.description.abstractThe production of bulk and fine chemicals in bacterial fermentations is commonly referred to as white biotechnology. To date, sugars are the most utilized feedstocks in these production processes. However, as sugars compete with human demands for food resources and are subjected to strict price regulations, the need of a feedstock substitute has emerged. Methanol is a cheap, non-food and highly reduced one-carbon compound that can serve as substrate for bacterial fermentations. Such feedstock shift requirement in biotechnology has driven this study to pursue methanol-based production of fine chemicals. When methanol is employed as feedstock in white biotechnology, methylotrophic bacteria are applied. Two promising candidates for methanol-based production of chemicals are B. methanolicus and M. extorquens. Heparosan and violacein are value-added compounds that face challenges with today’s production methods. Heparosan is a precursor for the widely used drug heparin and violacein has shown further potential as a therapeutic drug. Thus, there is increased scientific interest in production of both heparosan and violacein. For these reasons, this study aimed to have methanol-based production of these compounds in genetically engineered B. methanolicus and M. extorquens. By construction of plasmids encoding enzymes for respective production of heparosan and violacein, recombinant strains of B. methanolicus were successfully constructed. Regarding heparosan production, in vitro activity of heparosan synthase was investigated. By conducting in vitro biosynthesis of heparosan and inspecting heparosan synthase activity, there was an indication of in vitro heparosan synthase activity. Overall, the results indicate low functionality of the enzyme at elevated temperatures. With respect to production of violacein, the experimental results revealed violet pigmentation of cloning hosts, but challenges were met when extending violacein production to expression host B. methanolicus. Additionally, a protocol for transformation of M. extorquens should be further optimized, as this was shown to be the most suitable expression host in this study. This work provided new relevant insights regarding methanol-based production of heparosan and violacein at elevated temperatures. Once the issues faced in this study are overcome, this will contribute to expanding the production repertoire in methylotrophic and thermophilic bacteria. This will equally contribute to the desired shift towards increased methanol-based production in white biotechnology, which represents a favourable production method as opposed to sugar-based biosynthesis of chemicals.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleMethanol-based production of heparosan and violacein in Bacillus methanolicus and Methylobacterium extorquens
dc.typeMaster thesis


Tilhørende fil(er)

FilerStørrelseFormatVis

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel