Growth rate dependent impact of oscillating glucose conditions on Escherichia coli physiology [article]

Eva Brand, Peter Neubauer, Technische Universität Berlin, Technische Universität Berlin
2018
Escherichia coli ist aufgrund seiner herausragenden Kultivierungseigenschaften sowie den weitreichenden Möglichkeiten der genetischen und metabolischen Anpassung das am häufigsten verwendete Bakterium für biotechnologische Produktionsprozesse. Dabei ist der etablierte Produktionsprozess eine Hochzelldichtekultivierung, die mit einem Batch-Ansatz startet. In der Folge wird eine Fed-Batch Fütterungsstrategie angewendet, um die Akkumulation von Azetat und anaerobe Bedingungen zu vermeiden. Die
more » ... vermeiden. Die maßstabsgerechte Vergrößerung einer Hochzelldichtekultivierung für erhöhte Produktivität führt zu der Entstehung von Heterogenitäten in der Kultivierungsbrühe. Diese betreffen speziell die Substrat- und Sauerstoffverteilung aufgrund unzureichender Durchmischung, wenn von einer Batch Kultivierung auf eine Fed-batch Kultivierung umgestellt wird. Heterogenitäten führen generell zu einer verringerten spezifischen Produktionsleistung. Um den Effekt von Heterogenitäten auf den Escherichia coli Stoffwechsel zu untersuchen, wurde ein Scale-Down Reaktor, bestehend aus einem Rührtankreaktor verbunden mit einem Pfropfenstromreaktor, erfolgreich etabliert. Der Effekt von Heterogenitäten, speziell von oszillierenden Glucosepulsen, auf den Escherichia coli Stoffwechsel, ist bereits gut für Kultivierungen untersucht, in denen die Zellen an hohe Glukosekonzentration der Batchphase angepasst sind, und die Wachstumsrate während des Übergangs zum Fed-batch sank. In dieser Studie liegt der Fokus auf dem Effekt von oszillierenden Glukosepulsen auf den Escherichia coli Stoffwechsel, wenn die Zellen zuvor an eine geringe Glukosekonzentration und reduzierte Wachstumsrate angepasst sind. Dazu wurde ein Kultivierungsprozess mit einem enzymbasierten Fed-batch vor dem Beginn der oszillierenden Glukosepulse etabliert (gleichbedeutend mit mechanischer Fütterung). Dieser Kultivierungsprozess wurde in Bezug auf Zellwachstum, allgemeine Kultivierungsparameter und Akkumulation organischer Säuren und Aminosäuren mit einer Referenzkultivierung ohne oszillieren [...]
doi:10.14279/depositonce-6878 fatcat:gjscybnuanhwjgie7vblc2gi7q