Kinetic Modeling to Optimize Hansenula polymorpha Fermentation for Essential Unsaturated Fatty Acid Production

การจำลองแบบเชิงจลนพลศาสตร์เพื่อหาค่าเหมาะที่สุดสำหรับการผลิตกรดไขมันไม่อิ่มตัวจำเป็นจาก Hanxenula polymorpha ด้วยวิธีการหมัก

Name: Bhimabol Khongto

Name: ภีมพล คงโต

keyword: Gamma-linolenic acid

Abstract: Gamma-linolenic acid (GLA) is an n-6 polyunsaturated fatty acid (PUFA) that has been used for alleviation and treatment of several symptoms and diseases. Increasing demand of GLA has led to a search for alternative producers and potential strategies for GLA production. Based on the performance of methylotrophic yeasts as excellent hosts for the production of various bioproducts, Hansenula polymorpha capable of GLA production was successfully engineered using the mutated t:..6 desaturase gene (S213A) of Mucor rouxii under the control of the methanol oxidase (MOX) promoter. However, the development of an efficient fermentation process IS required for enhancing the GLA production. In this work, the fermentation process development approach was implemented for GLA production by this recombinant yeast. Without utilization of methanol, a high cell density culture of the H. polymorpha recombinant was achieved by fed-batch fermentation using glycerol-limited condition. The GLA production was also optimized by adjusting specific growth rates through the predetermined exponential feeding strategy. The results showed that the specific growth rate affected both lipid content and fatty acid composition of the yeast recombinant. The highest GLA concentration of 697.4 mg L-1 was obtained in the culture with the specific growth rate of 0.08 h-I Undersuch conditions, the physical-chemical variables were further optimized through Response Surface Methodology (RSM) using Box-Behnken Design (BBD). The medium composition, including yeast extract and trace elements, and dissolved oxygen tension (DOT) were targeted. It was found that DOT was the most effective variable for enhancing of GLA production. These results suggest the optimal conditions for GLA production, which were 28 % saturation of DOT, 1 g L-1 of yeast extract and 3.6 mL L-1 of Pichi a trace metals 1 (PTMl) solution. The yeast cultivation in 2-L fermentor under the optimized conditions provided the GLA content of 1176.8 mg L-I, which was 1.7fold higher than that the culture obtained using specific growth rate of 0.08 h-I without optimization of medium composition. Interestingly, the fatty acid profile of the yeast recombinant obtained was similar to that of blackcurrant seed oil with both containing similar proportions of n-3 and n-6 PUF As. This study indicates that H. polymorpha has the ability for synthesizing GLA, which is an intracellular recombinant product. Enhancement of GLA production in this recombinant yeast was accomplished by optimizing the medium composition and operational parameters of the fermentation.

Abstract: กรดแกมมาลิโนลินิคเป็นกรดไขมันไม่อิ่มตัวจำเป็นในกลุ่มโอเมก้า 6 ชนิดหนึ่ง ที่นำมาใช้ใน การบรรเทาอาการและรักษาโรคหลายชนิด จากความต้องการกรดแกมมาลิโนลินิคที่เพิ่มสูงขึ้นจึง นำไปสู่การค้นหาแหล่งทางเลือกและกระบวนการผลิตที่มีศักยภาพ จากความโดดเด่นของเมทิลโล- โทรฟิคยีสต์ที่ถูกนำมาใช้เป็นเซลล์เจ้าบ้านในการผลิตสารชีวภัณฑ์หลายชนิด Hansenula polymorpha ได้ประสบความสำเร็จในการดัดแปลงสายพันธุ์ให้มีความสามารถผลิตกรดแกมมาลิโนลินิค ด้วยการ ใส่ยีนพันธุ์กลาย ? -desaturase gene (S213A) ของรา Mucor rouxii โดยใช้ Methanol oxidnse (MOX) promoter ในการควบคุมการแสดงออกของยีน อย่างไรก็ตาม การพัฒนากระบวนการหมักที่มีประ สิทธิภาพยังเป็นสิ่งจำเป็นในการผลิตกรดแกมมาลิโนลินิคจากยีสต์สายพันธุนี้ งานวิจัยนี้ได้ทำากรพัฒนากระบวนการหมักสำหรับการผลิตกรดแกมมาลิโนลินิคจากยีสต์ สายพันธุ์ดังกล่าว โดยไม่ใช้เมทานอล ซึ่งสามารถเพาะเลี้ยงยยีสต์ให้มีความหนาแน่นของเซลล์สูงได้ ด้วยกระบวนการหมักแบบครั้งคราวที่มีการเติมกลีเซอรรอลในอัตราที่จำกัด กลวิธีในการเติมกลีเซอ- รอลที่ถูกกำหนดด้วยอัตราการเจริญเติบโตจำเพาะได้ถูกนำมาใช้เพื่อหารสภาวะที่เหมาะสมต่อการผลิต กรดแกมมาลิโนลินิค ซึ่งพบว่าอัตราการเจริญเติบโตจำเพาะมีผลต่อสัดส่วนของลิปิดและกรดไขมัน ของยีสต์ การเพาะเลี้ยงที่กำหนดอัตราการเจริญเติบโตจำเพาะเท่ากับ 0.08 ต่อชั่วโมงทำให้ได้ความ เข้มข้นของกรดแกมมาลิโนลินิคสูงสุดเท่ากับ 697.4 มิลลิกรัมต่อลิตร สภาวะดั่งกล่าวได้นำมาใช้ศึกษา เพื่อหาค่าที่เหมาะสมของปัจจัยเชิงกายภาพและเคมี ได้แก่ สารสกัดจากยีสต์ (yeast extract) ค่าออกซิ เจนละลายน้ำ (dissolved oxygen tension. DOT) และสารละลาย Pichia trace metal 1( PTM1) ต่อการผลิตกรดแกมมาลิโนลินิคด้วยวิธี Response Surface Methodology โดยใช้การออกแบบการ ทดลองแบบ Box-Behnken design จากการศึกษาพบว่า DOT เป็นปัจจัยที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการ ส่งเสริมการผลิตกรดแกมมาลิโนลินิค โดยค่าที่เหมาะสมของปัจจัยดังกล่าวข้างต้นต่อการผลิตกรด แกมมาลิโนลินิคโดยยีสต์สายพันธุ์นี้ ได้แก DOT เท่ากับ 28 เปอร์เซ็นต์ของอากาศอิ่มตัวในน้ำ, Yeast extract1 กรัมต่อลิตร และ PTM1 3.6 มิลลิกรัมต่อลิตร จากการเพาะเลี้ยงยีสต์ในถังหมักขนาด 2 ลิตร ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมข้างต้น พบว่าปริมาณของกรดแกมมาลิโนลินิคที่ผลิตได้เท่ากับ 1176.8 มิลลิกรัมต่อลิตร ซึ่งสูงขึ้น 1.7 เท่า เมื่อเทียบกับการเพาะเลี้ยงในสภาวะที่ไม่ได้ใช้ค่าที่เหมาะสมของ ปัจจัยดังกล่าว นอกจากนี้สัดส่วนกรดไขมันไม่อิ่มตัวจำเป็นในกลุ่มดอเมก้า 3 และโอเมก้า 6 ของยีสต์ สายพันธุ์นี้ยังคล้ายคลึงกับน้ำมันจากเมล็ด Blackcurrant อีกด้วย งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่า H. polymorpha มีความสามารถในการสร้างกรดแกมมาลิโนลินิคซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่สะสมอยู่ภายใน เซลล์ การหาสภาวะที่เหมาะสมขององค์ประกอบของอาหารที่ใช้ในการเพาะเลี้ยงและปัจจัยของการ หมัก สามารถส่งเสริมการผลิตกรดแกมมาลิโนลินิค ของยีสต์สายพันธุ้นี้ได้

King Mongkut's University of Technology Thonburi. KMUTT Library

Address: BANGKOK

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Anan Tongta

Role: Advisor

Created: 2011

Modified: 2012-04-17

Issued: 2012-04-14

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: BIT643

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Biotechnology

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	BIT643.pdf	1009.22 KB	52	2023-03-26 12:21:49
2	BIT643ab.pdf	37.07 KB	13	2020-03-14 14:00:54

ใช้เวลา

0.023895 วินาที