Avaliação da produção de alginato por Pseudomonas mendocina

Abstract

O alginato é um exopolissacarídeo constituído de quantidades variáveis de ácidos ?-D-manurônico e seu epímero C-5 ácido ?-L-gulorônico, unidos por ligações ?-1,4 glicosídicas. É extensamente utilizado na indústria de alimentos e biotecnológica. Atualmente a demanda do alginato para estas aplicações é suprida a partir da sua extração de algas marinhas, entretanto vários estudos reportam a produção de alginato por micro-organismos do gênero Pseudomonas e Azotobacter. A produção bacteriana de alginato apresenta-se como uma alternativa interessante e sua produção por micro-organismos, além de possibilitar a produção de biopolímeros de alta qualidade com características específicas e pré-determinadas, irá diminuir o impacto ambiental nas regiões em que as algas marinhas das quais é extraído são coletadas. Nos últimos anos, vários estudos relacionados à produção de alginato por micro-organismos foram realizados com o objetivo de avaliar sua produção e rota metabólica de biossíntese, para caracterizar o material produzido e para determinar as potencialidades de aplicação deste novo material. O conhecimento sobre a via metabólica de um organismo permite a compreensão da fisiologia celular e regulação de seu metabolismo, sendo a quantificação de fluxos metabólicos um importante objetivo, principalmente no que diz respeito à obtenção de produtos úteis comercialmente ou cientificamente. Neste estudo foi avaliado o efeito da relação C:N na produção de alginato. Foram realizados experimentos em frascos agitados a 240 rpm e 30°C, em meios contendo glicerol como fonte de carbono nas concentrações iniciais de 20 a 40 g.L-1 e (NH4)2SO4 como fonte de nitrogênio em concentrações de 0,5 a 2,0g.L-1. Fluxos extracelulares, medidos experimentalmente, foram utilizados para estimar fluxos intracelulares no metabolismo do glicerol em Pseudomonas mendocina na biossíntese de alginato. Foram utilizados modelos estequiométricos e técnicas de balanço de massa, conhecidas como Análise de Fluxo Metabólico (MFA). Para avaliação foi considerado o Estado Pseudo-estacionário (PSS). O objetivo foi avaliar o efeito das concentrações da fonte de carbono e da fonte de nitrogênio no fluxo de carbono. Os resultados indicaram um maior rendimento de bioconversão de substrato em alginato em concentrações menores de nitrogênio, sugerindo que nessas condições P. mendocina utiliza a fonte de carbono principalmente para produção de alginato. Assim, o aumento da relação C:N favorece a produção de alginato, diminuindo o fluxo de carbono na via Entner-Dourdoroff e o crescimento celular.

Alginate is an exopolysaccharide consisting of variable amounts of ?-D-mannuronic acid and its C5-epimer ?-L -guluronic acid linked via ?-1,4-glycosidic bonds. It is widely used in applications in the food and biotechnology industries. Currently the demand for these applications of alginate is supplied from the extraction of seaweed, however several studies report the production of alginate by micro-organisms of the genus Pseudomonas and Azotobacter. The bacterial production of alginate appears to be an interesting alternative and its production by micro-organisms, besides enabled the production of high quality polymers with specific characteristics and pre-determined, will reduce the environmental impact in areas where the seaweed is collected. In recent years, several studies relating the production of alginate by micro-organisms were carried out to evaluate their production and metabolic pathway of biosynthesis, to characterize the material produced and to determine the potential application of this new material. The knowledge about the metabolic pathway of an organism allows the understanding of cell physiology and regulation of their metabolism. The quantification of metabolic fluxes is an important goal, specially with regard to obtaining commercially or scientifically useful products. This study assessed the effect of C: N ratio in the production of alginate. Experiments were performed in shaken flasks at 240rpm and 30°C in medium containing glycerol as carbon source at initial concentrations of 20, 30 and 40 g.L-1 and (NH4)2SO4 as a nitrogen source at initial concentrations of 0,5; 1,0; 1,5 and 2,0 g.L-1. Extracellular fluxes, measured experimentally, were used to estimate intracellular fluxes of glycerol metabolism in Pseudomonas mendocina in the biosynthesis of alginate. It was used stoichiometric models and mass balance techniques, known as metabolic flux analysis (MFA). For evaluation was considered the pseudo-steady state (PSS). The objective was to evaluate the effect of concentrations of carbon and nitrogen sources in the flow of carbon. The results indicated a higher yield of bioconversion of substrate in alginate in lower concentrations of nitrogen, suggesting that in these conditions P. mendocina uses the carbon source mainly for alginate production. Thus, increased C:N ratio favors the production of alginate, decreasing the flow of carbon into the Entner-Dourdoroff pathway and cell growth.