Lääkeaineen fermentatiivisen tuottoprosessin optimointi ja skaalaus Streptomyces-bakteerilla
Nurmilaukas, Iina (2025-04-30)
Lääkeaineen fermentatiivisen tuottoprosessin optimointi ja skaalaus Streptomyces-bakteerilla
(30.04.2025)
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
suljettu
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025051646265
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025051646265
Tiivistelmä
Streptomykeetit (engl. Streptomyces) ovat grampositiivisia, rihmamaisia ja itiöitä muodostavia maaperän tyypillisiä bakteereita. Niiden genomit ovat usein lineaarisia ja suhteellisen isoja. Nämä genomit sisältävät tyypillisesti useita biosynteettisiä geeniryhmiä, jotka koodaavat erilaisia metaboliitteja. Sekundäärimetaboliitit ovat stationäärivaiheessa tuotettuja yhdisteitä, jotka eivät ole välttämättömiä tuottajiensa kasvun tai jakautumisen kannalta, mutta voivat tarjota niille kilpailuetua. Näillä yhdisteillä on paljon erilaisia käyttötarkoituksia esimerkiksi lääketieteessä. Sekundäärimetaboliittien tuotanto on usein kuitenkin rajoittunutta, sillä bakteerit tuottavat niitä vain pieniä määriä omaan käyttöönsä. Koska solunsisäinen aineenvaihdunnan säätelyjärjestelmä rajoittaa sekundäärimetaboliittien sekä niiden esiasteiden tuotantoa, tuottotason parantaminen laboratoriossa voi olla haastavaa.
Tämän diplomityön tavoitteena oli optimoida erään Streptomyces-bakteerin sekundäärimetaboliittina tuottaman lääkeaineen tuottoprosessia. Tarkoituksena oli nostaa lääkeaineen tuottotasoja kokeilemalla erilaisia kasvatusolosuhteita pullokasvatuksina 250 ml Erlenmeyer-pulloissa. Myös hartsin vaikutusta prosessiin testattiin. Työn aikana prosessi yritettiin skaalata 12-kuoppalevykasvatuksiin ja litran bioreaktoriin. Lääkeaineen tuottotasoja seurattiin erittäin korkean erotuskyvyn nestekromatografialla (UPLC).
Työssä saatiin onnistuneesti nostettua lääkeaineen tuottotasoa pullokasvatuksissa, kun kasvatusliuoksessa oli mukana hartsia, joka oletettavasti tasapainotti yhdisteen tuotantoa. Tuottotaso kasvoi kaksinkertaiseksi verrattuna kontrolliin, kun kasvatusliuokseen lisättiin kolmea eri aminohappoa sekä rauta(II)sulfaattia, ja prosessin aikana syötettiin ammoniumsulfaattia. Kun kasvatuksiin oli lisätty hartsia, lääkeainetta saatiin tuotettua myös kuoppalevyissä ja bioreaktorissa. Bioreaktorissa lääkeaineen tuottotaso ei ollut kuitenkaan yhtä korkea kuin pullokasvatuksissa. Lisäksi kuoppalevytulosten ja pullokasvatusten välinen korrelaatio ei ollut tilastollisesti merkitsevä. Nämä tulokset toivat tärkeää tietoa prosessista ja siitä, mitkä lisäykset kasvatusliuokseen ovat hyödyllisiä, kun halutaan tuottaa tätä lääkeainetta mahdollisimman paljon. Tässä työssä tuottoprosessia optimoimalla saatiin kaksinkertaistettua halutun lääkeaineen tuottotaso, sekä kehitettiin menetelmiä, joilla prosessin voisi toistaa pienemmässä ja suuremmassa tilavuudessa.
Tämän diplomityön tavoitteena oli optimoida erään Streptomyces-bakteerin sekundäärimetaboliittina tuottaman lääkeaineen tuottoprosessia. Tarkoituksena oli nostaa lääkeaineen tuottotasoja kokeilemalla erilaisia kasvatusolosuhteita pullokasvatuksina 250 ml Erlenmeyer-pulloissa. Myös hartsin vaikutusta prosessiin testattiin. Työn aikana prosessi yritettiin skaalata 12-kuoppalevykasvatuksiin ja litran bioreaktoriin. Lääkeaineen tuottotasoja seurattiin erittäin korkean erotuskyvyn nestekromatografialla (UPLC).
Työssä saatiin onnistuneesti nostettua lääkeaineen tuottotasoa pullokasvatuksissa, kun kasvatusliuoksessa oli mukana hartsia, joka oletettavasti tasapainotti yhdisteen tuotantoa. Tuottotaso kasvoi kaksinkertaiseksi verrattuna kontrolliin, kun kasvatusliuokseen lisättiin kolmea eri aminohappoa sekä rauta(II)sulfaattia, ja prosessin aikana syötettiin ammoniumsulfaattia. Kun kasvatuksiin oli lisätty hartsia, lääkeainetta saatiin tuotettua myös kuoppalevyissä ja bioreaktorissa. Bioreaktorissa lääkeaineen tuottotaso ei ollut kuitenkaan yhtä korkea kuin pullokasvatuksissa. Lisäksi kuoppalevytulosten ja pullokasvatusten välinen korrelaatio ei ollut tilastollisesti merkitsevä. Nämä tulokset toivat tärkeää tietoa prosessista ja siitä, mitkä lisäykset kasvatusliuokseen ovat hyödyllisiä, kun halutaan tuottaa tätä lääkeainetta mahdollisimman paljon. Tässä työssä tuottoprosessia optimoimalla saatiin kaksinkertaistettua halutun lääkeaineen tuottotaso, sekä kehitettiin menetelmiä, joilla prosessin voisi toistaa pienemmässä ja suuremmassa tilavuudessa.