Study of the production of polyhydroxyalkanoates using selected thermophilic representatives of the genus Aneurinibacillus

Předmětem diplomové práce je produkce PHA kopolymerů termofilními gram-pozitivními bakteriemi rodu Aneurinibacillus. Teoretická část je věnována obecné charakterizaci PHA materiálů, jejich vlastnostem, využití a také produkci PHA polymerů bakteriemi. Experimentální část práce se zabývá produkcí PHA kopolymerů pomocí vybraných termofilních bakterií rodu Aneurinibacillus. Nejprve byla stanovena specifická enzymová aktivita PHA syntáz a poté byl proveden screening produkce PHA kopolymerů za využití vybraných laktonů (-valerolakton, -hexalakton, -valerolakton) a diolů (1,6-hexandiol, 2,3-butandiol a 1,4-butandiol). Tyto experimenty byly provedeny se šesti termofilními bakteriemi rodu Aneurinibacillus, které byly izolovány z kompostů a aktivovaných kalů. Testované kultury prokázaly schopnost inkorporace zajímavých monomerů do struktury PHA, mezi které patří 4-hydroxyvalerát (obsah dosahoval až 69,3 % celkového množství PHA), 5-hydroxyvalerát (až 47,1 %) nebo 4-hydroxyhexanoát (až 31,9 %). Následně byla pro vybrané bakteriální producenty realizována bližší charakterizace získaných PHA materiálů pomocí některých charakterizačních metod (DSC, SEC-MALS, FT-IR). Závěr experimentální části práce je věnován screeningu produkce PHA kopolymerů v laboratorních bioreaktorech pro nejspolehlivější producenty.The subject of the diploma thesis is the production of PHA copolymers by thermophilic Gram-positive bacteria of the genus Aneurinibacillus. The theoretical part is devoted to the general characterization of PHA materials, their properties, use, and also to the production of PHA polymers by these bacteria. The experimental part deals with the production of PHA copolymers using selected thermophilic members of the genus Aneurinibacillus. Firstly, the specific enzyme activity of PHA synthases was determined, and then the production of PHA copolymers was screened using selected lactones (-valerolactone, -hexalactone, -valerolactone) and diols (1,6-hexanediol, 2,3- butanediol and 1,4-butanediol). These experiments were performed with six thermophilic producers by the members of the genus Aneurinibacillus, which were isolated from compost and activated sludge. Tested microbial strains have demonstrated the ability to integrate interesting monomers into the PHA structure, including 4-hydroxyvalerate (represented up to 69.3% of the total PHA), 5-hydroxyvalerate (up to 47.1%), or 4-hydroxyhexanoate (up to 31.9%). Subsequently, a closer characterization of the obtained PHA (which were gained by the production of the best producers) using advanced methods (DSC, SEC-MALS, FT-IR) was performed. Finally, the screening of the PHA copolymers production was performed in laboratory bioreactors.