Characterization of bacterial strains obtained in evolutionary engineering

Předložená diplomová práce se zabývá použitím evolučního inženýrství na bakteriální kmeny produkující polyhydroxyalkanoáty (PHA). Cílem této práce byla charakterizace adaptovaných bakteriálních kmenů na vybrané selekční tlaky. Pro evoluční experimenty byly vybrány dvě bakterie, Cupriavidus necator H16 a Halomonas halophila. Selekční tlaky, kterými se působilo na bakterie byly měďnaté kationty (Cu2+) a chlorid sodný (NaCl) pro C. necator H16, a kyselina octová (AA) a levulová (LA) pro H. halophila. Adaptované kmeny byly v průběhu dlouhodobých evolučních experimentů charakterizovány co do obsahu PHA a jeho Mw pomocí analýz GC-FID a SEC-MALS. Dále byl studován růst jednotlivých adaptovaných kmenů měřením optické hustoty. Pomocí spektrálního FC byla následně změřena procenta živých buněk po vystavení bakterií vybraným stresovým faktorům. Byly stanoveny specifické enzymové aktivity vybraných enzymů citrátového a glyoxalátového cyklu, enzymů generujících NADPH, enzymu zapojeného do metabolismu LA a enzymů biosyntézy PHA. U všech experimentů byly adaptované kmeny porovnávány s kmeny divokými. Optimální adaptace se projevila u bakterie C. necator H16 na Cu2+. Bakterie H. halophila byla na závěr kultivována v hydrolyzátu z lignocelulózových odpadů, kdy bylo zjištěno, že adaptovaný kmen H. halophila na LA je schopen produkovat více PHA než kmen původní.This diploma thesis deals with application of evolutionary engineering on PHA producing bacterial strains. Two bacterial strains, Cupriavidus necator H16 and Halomonas halophila, were chosen for the evolutionary experiments. Copper cations (Cu2+) and sodium chloride (NaCl) were chosen as the selective pressure for C. necator H16; acetic acid (AA) and levulinic acid (LA) for Halomonas halophila. The adapted strains were during long-time evolutionary experiments characterized by GC-FID and SEC-MALS. The growth of the adapted strains was studied by the mean of optical density measurement. The amount of viable cells was determined by spectral FC after their expositon to selected stress factors. Specific enzyme activities of enzymes involved in citrate and glyoxalate cycle, enzymes generating NADPH, LA metabolism enzyme and PHA biosynthesis enzymes were determined. The adapted strains were compared with the wild-type of strains. The successfull adaptation of C. necator H16 adapted to Cu2+ was detected. Biomass and PHA production of both wild and adapted H. halophila strains cultivated in lignocellulosis waste were determined. It was found out that H. halophila adapted to the LA is capable of producing more PHA than the wild strain of this bacteria.