Raman spectroscopy of prokaryotic cells

Predkladaná bakalárska práca sa zaoberá Ramanovou spektroskopiou bakteriálnych buniek. Táto metóda sa ukazuje ako veľmi vhodná na sledovanie kultivačných podmienok týchto bakteriálnych kmeňov, pretože je vo svojej podstate nedeštruktívna a rýchla v porovnaní s plynovou chromatografiou. Vďaka nedeštruktívnemu charakteru je možné zmerané bunky ďalej kultivovať. Túto analytickú metódu je ďalej možné využiť k triedeniu a výberu jedincov so zvýšenou schopnosťou tvorby PHB. Týmto výberom by bolo potom možné vybrať generáciu tzv. superproducentov PHB. Polyhydroxybutyrát (PHB) patrí do skupiny polyhdroxyalkanoátov (PHA), ktoré slúžia ako náhrada plastov z petrochemického priemyslu, ktorých spotreba narastá obzvlášť v dobe pandémie. Súčasne biodegradabilné náhrady sú na báze škrobu, čím však dochádza ku odčerpávaniu nutričného materiálu pre ľudí a zvieratá. Táto bakalárska práca môže slúžiť ako podklad ku zníženiu ceny výroby PHB, keďže výsledky môžu byť použité pri kultivácií buniek ako senzor obsahu PHB v reakcií na kmeň baktérií. V experimentálnej časti práce boli premerané Ramanové spektrá vybraných baktérií, kde výsledok ukázal najväčšiu odozvu pre PHB u Chelatococcus shambunathi a najnižšiu u termofilný izolát BZ (Paenibacillus sp.). Kvantitatívna informácia o obsahu PHA v baktériách bola zistená plynovou chromatografiou, kde najvyšší obsah mala baktéria – Chelatococcus shambunathi a naopak najnižší Termobacillus composti. Predmetom druhej časti bolo oddelenie zmesi dvoch bakteriálnych kultúr produkujúcich a neprodukujúcich PHA. Výsledkom bol jednoznačný dôkaz, že zmes je oddeliteľná na základe intenzity vybraného triediaceho parametra.The presented bachelor‘s thesis deals with the Raman spectroscopy of bacterial cells. This method proves to be very suitable for monitoring the culture conditions of these bacterial strains because it is essentially non-destructive and fast compared to gas chromatography. Due to it‘s non-destructive nature, it is possible to further cultivate the measured cells. This analytical method can also be used to sort and select individual cells with increased ability to produce PHB. This would enable the possibility to select the generation of so-called PHB superproducers. Polyhydroxybutyrate (PHB) belongs to the group of polyhydroxyalkanoates (PHA), which serve as a substitute for plastics made in the petrochemical industry, whose consumption is increasing, especially during a pandemic. Current biodegradable substitutes are based on starch, which, in turn, depletes nutritional material for humans and animals. This bachelor thesis can serve as a basis outline for reducing the cost of PHB production, because Raman spectroscopy can be used in cell culture as a sensor of PHB content in response to a bacterial strain. In the experimental part of the work, the Raman spectra of selected bacteria were measured, where the result showed the greatest response to PHB in Chelatococcus shambunathi and the lowest in the thermophilic isolate BZ (Paenibacillus sp.). Quantitative information on the content of PHA in bacteria was obtained by gas chromatography, where the highest content was the bacteria- Chelatococcus shambunathi and the lowest Termobacillus composti. The subject of the second part was the separation of a mixture of PHA-producing and non-PHA-producing bacterial cultures. The result clearly proves that the mixture is separable based on the intensity of the selected sorting parameter.