The influences of fluctuations in process parameters and end-product inhibition on bacterial stress responses

Julkaisun otsikon käännös: Lopputuoteinhibition ja prosessiparametrien vaihtelun vaikutukset bakteerien stressivasteisiin

Janne Wallenius

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Bakteerien stressi-ilmiö on merkittävä teollisten tuotanto-organismien, mutta myös patogeenien kasvun ehkäisyn kannalta. Stressitekijöinä voivat toimia esimerkiksi poikkeava lämpötila, pH, metaboliatuote, osmoottinen- tai hydrostaattinen paine, substraatin puute, leikkausvoimat ja hapettavat radikaalit. Stressivaikutukset ovat moninaiset. Prosessissa ilmenevät stressit voivat vaikuttaa tuottavuuteen, saantoon ja tuotteen laatuun. Subletaali stressi voi myös tehdä kannasta kestävämmän tulevia stressejä vastaan. Tässä väitöskirjassa lähestyttiin stressi-ilmiötä anaerobisen Clostridium acetobutylicum –bakteerin ja fakultatiivisen anaerobi Lactobacillus rhamnosus –bakteerin näkökulmasta. C. acetobutylicum tunnetaan asetoni-butanoli-etanoli fermentoinnista jo 1900-luvun alusta. Prosessi on potentiaalinen lähde butanolin tuottoon biopolttoaineeksi. L. rhamnosus puolestaan on laajalti hyödynnetty probioottina tabletteina tai lisättynä funktionaalisiin elintarvikkeisiin. L. rhamnosus –bakteerin stressivasteeseen yhdistettyjen geenien ilmentymistä tutkittiin scale-down –menetelmällä, jossa teollisen mittakaavan prosessin olosuhdemuutoksia simuloitiin pienemmässä mittakaavassa käyttäen tulppavirtareaktoria jatkuvatoimisessa kasvatuksessa sekä käyttämällä oskilloivaa pH-säätöä panoskasvatuksessa. Tulppavirtareaktorissa muuttuvina olosuhteina käytettiin lämpötilaa ja pH:ta. Tutkittujen geenien ilmentymisten perusteella erityisesti lämpöshokkivaste ja fosfaatin sisäänottojärjestelmä ovat herkkiä pienillekin pH:n muutoksille. Jo 0.3 pH-yksikön muutos on riittävä muutoksiin lämpöshokkiin liittyvien geenien ilmentymisessä. Tutkittujen geenien ilmentymisen ja pakkaskestävyyden tai happotoleranssin välillä ei havaittu yhteyttä. Stressivaikutuksia C. acetobutylicum -bakteerin metaboliassa kartoitettiin soveltamalla rajoitepohjaista genomin laajuista metaboliamallinnusta. Metaboliatutkimus toteutettiin jatkuvatoimisista kasvatuksista saadulla kokeellisella datalla. Kasvatuksissa stressilähteinä toimivat ylenmääräinen butanoli ja substraattina käytetyn glukoosin rajoitus. Metaboliamallin ratkaisuavaruutta tutkituille olosuhteille kavennettiin lisärajoitteilla kokeellisista mittaustuloksista sekä 13C-metaboliavuoanalyysistä saaduista lisärajoitteista sisäisille metaboliavoille. Erilaisia mahdollisia vuoavaruuden ratkaisuja kartoitettiin käyttäen mallin vuojakaumalle erilaisia optimointitavoitteita, kuten kasvunopeuden maksimointia ja ylläpitoon kuluvan ATP:n maksimointia. Yksittäisten voiden joustavuus mallin eri optimointitavoitteilla selvitettiin kullekin tapaukselle hyödyntäen vuovarianssianalyysiä.
Julkaisun otsikon käännösLopputuoteinhibition ja prosessiparametrien vaihtelun vaikutukset bakteerien stressivasteisiin
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Frey, Alexander, Vastuuprofessori
  • Eerikäinen, Tero, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7380-4
Sähköinen ISBN978-952-60-7338-5
TilaJulkaistu - 2017
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • bakteerien stressi
  • geeniekspressio
  • metaboliamallinnus

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Lopputuoteinhibition ja prosessiparametrien vaihtelun vaikutukset bakteerien stressivasteisiin'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä