Radiația induce toleranța la acid a Clostridium tyrobutyricum și îmbunătățește bioproducția de acid butiric printr-un comutator metabolic | Biotechnology for Biofuels

Supraviețuirea celulelor după iradiere

Investigarea creșterii și morții celulare induse de radiații, definită ca fiind perioada de timp necesară pentru pierderea completă a capacității de proliferare sau exaltarea capacității de proliferare, este una dintre metodele cele mai frecvent și mai fiabil utilizate pentru a studia efectele radiațiilor asupra celulelor. Pentru experimentele de iradiere, laboratorul nostru a verificat că citirile de bromură de 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazoliu (MTT) au fost proporționale cu numărul de celule in vitro, cel puțin în faza de creștere exponențială (datele nu sunt prezentate). Iradierea cu ioni 12C6+ la o energie ridicată duce, de obicei, la moartea marii majorități a celulelor. Fracția de moarte celulară în faza de decalaj după iradiere și modificările timpului de dublare pot fi măsurate prin analize în diferite momente de timp după iradiere. Deoarece testul nostru nu a fost doar o determinare a supraviețuirii într-un singur punct, au putut fi obținute cu ușurință și informații despre performanța creșterii. Curba de supraviețuire a fost trasată pe o scară logaritmică naturală a fracției de supraviețuire în funcție de diferiți parametri fizici.

C. tyrobutyricum 25755 celule au fost iradiate la 20 h după însămânțare. Tulpinile cu cea mai scăzută activitate metabolică și cea mai lentă proliferare sau celulele care au încetat să mai prolifereze au fost excluse din test prin spălare și tripsinizare atunci când însămânțarea s-a făcut după iradiere. Fracția de supraviețuire obținută din ecuația (1) a fost comparată cu un set reprezentativ de date experimentale. Figura 1 prezintă o comparație a curbelor de supraviețuire după iradierea cu ioni 12C6+ la diferite energii ale fasciculului pentru diferitele tulpini de C. tyrobutyricum ATCC 25755. Rezultatele testului MTT sunt reprezentate grafic în funcție de doza de iradiere (10 până la 50 Gy) la o energie de 68 AMeV și niveluri de 106 până la 108 ioni – puls-1, care au fost e0 → e-4,5 pentru figura 1A, e0 → e-5,8 pentru figura 1B și e0 → 0 pentru figura 1C. Figura 1D-F prezintă datele de supraviețuire celulară din rezultatele testului MTT în funcție de doza de iradiere (10 până la 50 Gy) la 114 AMeV de energie și 106 până la 108 de niveluri de ioni – impuls-1, care au fost e0 → 0. În general, s-a obținut o concordanță suficientă între calcule și datele experimentale. Pentru tulpinile tratate la 68 AMeV, ecuația a subestimat eficacitatea dozei, în timp ce pentru celulele iradiate la energii mari (114 AMeV), rezultatul a fost supraestimat. Abaterea maximă, derivată din raportul dintre dozele calculate și cele măsurate pentru un anumit nivel de efect, a fost de 15%. Fracția de supraviețuire a tulpinilor a depins în mare măsură de caracteristicile fizice particulare ale fasciculului de ioni 12C6+, determinate de nivelurile de energie, de doză și de ioni – puls-1 ale particulelor luate în considerare (figura 1). În mod evident, fracția de supraviețuire a scăzut odată cu creșterea energiei ionilor de carbon. După cum era de așteptat, logaritmul de supraviețuire al testelor a prezentat aceleași caracteristici: supraviețuirea a depins de energia, de ioni – impuls-1 și de doza de iradiere cu ioni 12C6+-. Creșterea unui parametru fizic la un moment dat a dus la o scădere a ratei de supraviețuire. O supraviețuire foarte limitată (e-3,5 → e-6,5) a fost obținută atunci când ionul 12C6+-ion a fost iradiat folosind o energie de 114 AMeV, o doză de 20 până la 40 Gy și 106 până la 108 ioni-impus-1.

Multe tipuri de celule sunt caracterizate de o diviziune celulară regulată la fiecare 12 până la 24 h. Datorită puterii de creștere exponențială, o singură celulă poate produce mii de celule fiice în aproximativ 9 până la 12 cicluri normale de diviziune, adică în câteva zile. După iradiere, supraviețuitorii pot fi apoi compuși din unii mutanți. Un procent foarte mic dintre supraviețuitorii C. tyrobutyricum ATCC 25755 poate prezenta o capacitate îmbunătățită de a produce butirat.

Efectele acidului butiric asupra creșterii celulare în urma iradierii

C. tyrobutyricum ATCC 25755 utilizează glucoza sau xiloza ca sursă de carbon și energie. Monozaharida este transportată în celulă prin intermediul unui sistem de absorbție fosfoenolpiruvat-dependent de fosfotransferază. Ulterior, glucoza sau xiloza este metabolizată prin glicoliză, care prezintă o dependență nesemnificativă de pH în intervalul pH 7 – pH 5,5. Cu toate acestea, fermentațiile au fost oprite atunci când glucoza sau xiloza nu a mai fost consumată de celule din cauza inhibiției cauzate de butirat. Pentru a investiga în continuare efectul specific al iradierii asupra profilurilor de creștere celulară (pe baza măsurătorilor densității optice (OD) a suspensiei celulare la 600 nm), s-au efectuat culturi discontinue individuale în mediu P2 definit chimic (realizat în flacoane de ser) conținând 42 g-L-1 de glucoză și suplimentat cu 3,6, 7,2 și 10,8 g-L-1 de acid butiric. pH-ul culturii de C. tyrobutyricum ATCC 25755 (figura 2A, martor) a scăzut până la aproximativ 4,8 (ΔpH de 1,4, de la pH 6,2) în comparație cu momentul în care a fost suplimentată cu 3,6 g-L-1 de acid butiric (figura 2A1), 7.2 g-L-1 de acid butiric (Figura 2A2) și 10,8 g-L-1 de acid butiric (Figura 2A3), valorile pH-ului corespunzător au fost de aproximativ 6,0 (ΔpH de 0,5 pornind de la 6,5), 6,1 (ΔpH de 0,3 pornind de la 6,4) și, respectiv, 5,9 (ΔpH de 0,5 pornind de la 6,4). Cu toate acestea, atunci când cultura a fost iradiată cu 68 AMeV la o doză de 40 Gy (figura 2D, control), pH-ul a scăzut la aproximativ 4,8 (ΔpH de 1,7 pornind de la 6,5), în timp ce la o doză de 40 Gy (suplimentată cu 3,6 g-L-1 de acid butiric) (figura 2D1), o doză de 40 Gy (suplimentată cu 7.2 g-L-1 de acid butiric) (Figura 2D2) și la o doză de 40 Gy (suplimentată cu 10,8 g-L-1 de acid butiric) (Figura 2D3), valorile pH-ului au fost de aproximativ 4,6 (ΔpH de 1,6 pornind de la 6,2), 4,8 (ΔpH de 1,4 pornind de la 6,2) și, respectiv, 5,9 (ΔpH de 0,3 pornind de la 6,2). Atunci când cultura a fost iradiată la 114 AMeV și o doză de 40 Gy (figura 2G, control), pH-ul a scăzut la aproximativ 5,7 (ΔpH de 0,6 pornind de la 6,3), în timp ce la o doză de 40 Gy (suplimentată cu 3,6 g-L-1 de acid butiric) (figura 2G1), o doză de 40 Gy (suplimentată cu 7.2 g-L-1 de acid butiric) (figura 2G2) și la o doză de 40 Gy (suplimentată cu 10,8 g-L-1 de acid butiric) (figura 2G3), valorile pH-ului au fost de aproximativ 5,7 (ΔpH de 0,6 pornind de la 6,3), 5,4 (ΔpH de 0,9 pornind de la 6,3) și, respectiv, 5,6 (ΔpH de 0,7 pornind de la 6,3). Atunci când cultura a fost iradiată la 68 AMeV și o doză de 20 Gy (suplimentată cu 7,2 g-L-1 de acid butiric) (figura 2B2), pH-ul a scăzut la aproximativ 4,4 (ΔpH de 0,9 pornind de la 6,3), în timp ce la o doză de 30 Gy (suplimentată cu 7.2 g-L-1 de acid butiric) (Figura 2C2) și la o doză de 40 Gy (suplimentată cu 7,2 g-L-1 de acid butiric) (Figura 2D2), valorile pH-ului au fost de aproximativ 4,6 (ΔpH de 1,7 pornind de la 6,3) și, respectiv, 4,8 (ΔpH de 1,5 pornind de la 6,3). Atunci când cultura a fost iradiată la 114 AMeV și o doză de 40 Gy (suplimentată cu 10,8 g-L-1 de acid butiric) (figura 2E3), pH-ul a scăzut la 5,9 (ΔpH de 0,4 pornind de la 6,3), în timp ce la o doză de 30 Gy (suplimentată cu 10,8 g-L-1 de acid butiric) (figura 2F3) și la o doză de 40 Gy (suplimentată cu 10,8 g-L-1 de acid butiric) (figura 2G3), valorile pH-ului au fost de aproximativ 6.0 (ΔpH de 0,3 pornind de la 6,3) și, respectiv, 5,8 (ΔpH de 0,5 pornind de la 6,3).

Aceste diferențe de pH reglează comutația temporală asociată cu formarea solventului pentru fiecare tulpină iradiată. Acest lucru sugerează că tulpinile de tip sălbatic și cele iradiate au prezentat un model metabolic bifazic puternic influențat de pH-ul mediului. Ca tendință generală, celulele au consumat inițial glucoză pentru a susține creșterea și produc și excretă acizi organici (butirat și acetat) ca metaboliți primari (acidogeneză), care au provocat o scădere a pH-ului mediului atunci când s-au acumulat la anumite niveluri. Această creștere a acidității bulionului a deplasat formarea de acizi către producția de solvenți atunci când cultura a ajuns în faza staționară de creștere celulară (solventogeneză). La un pH ridicat, se formează în principal acizi organici, în timp ce la un pH scăzut, este stimulată producția de solvenți. Așa cum era de așteptat, natura schimbării metabolice și modelul cinetic al formării de solvenți au fost dependente de tulpină, având în vedere că tulpinile iradiate au prezentat propriile caracteristici genetice și metabolice intrinseci. S-a raportat anterior că acidul butiric inhibă creșterea celulară. Rezultatele au arătat că, în cazul tulpinilor de tip sălbatic, a existat o inhibiție treptată a creșterii celulare, fără a se observa o creștere realistă la concentrații de acid butiric de peste 3,6 g-L-1. Cu toate acestea, în cazul tulpinilor iradiate, nu a existat o inhibiție treptată a creșterii celulare și nu a fost observată o creștere realistă pentru concentrații de acid butiric mai mari de 10,8 g-L-1.

Pentru a examina mai în detaliu efectul butiratului adăugat, au fost comparate profilurile de creștere celulară (pe baza măsurătorilor DO) pentru tulpinile de tip sălbatic și tulpinile iradiate (Figura 2A1-G3) în timpul primelor 54 h de fermentare. Este interesant faptul că toleranța la acid butiric a tulpinilor a fost mult îmbunătățită atunci când energia și doza de iradiere cu ioni 12C6+ au fost crescute. Căile metabolice ale metabolismului glucozei la C. tyrobutyricum ATCC 25755 sunt prezentate în figura 3. Acetil-CoA, acetoacetil-CoA și butiril-CoA sunt trei intermediari cheie și prezintă un interes deosebit pentru fermentare în ceea ce privește potențialul de formare a diferiților produse în timpul acidogenezei sau al solventogenezei. Acești intermediari sunt puncte de ramificare importante care direcționează fluxul metabolic fie către acid, fie către formarea de solvenți. Ca ultim intermediar-cheie, butiril-CoA inițiază formarea de acid butiric/butirat. Butiratul este produs prin activitățile secvențiale ale PTB și BK . Ambele enzime sunt cele mai active în timpul acidogenezei, iar activitățile lor specifice scad în timpul solventogenezei, de două ori pentru PTB și de șase ori pentru Buk . De obicei, pentru a induce solventogeneza este necesară o activitate puternică dependentă de pH, cu un optim in vitro la niveluri acidogenice de pH 5,5 (optim în jurul valorii de pH 4,7) și un pH in vivo (endogen) mai mare de 5,5. Cu toate acestea, o analiză comparativă a acestor diagrame a evidențiat în mod clar un grup major compus din tulpinile iradiate la 68 AMeV și 40 Gy și tulpinile iradiate la 114 AMeV și doze de 30 și 40 Gy. Cele două grupuri au prezentat o toleranță generală foarte asemănătoare la creșterea concentrațiilor de butirat în comparație cu bacteriile de tip sălbatic.

Efectul iradierii cu ioni 12C6+ asupra producției de acid butiric

Producția de acid butiric a tulpinilor iradiate a fost mult îmbunătățită atât din punct de vedere al concentrației produsului final, cât și al randamentului, comparativ cu tulpina de tip sălbatic, așa cum se arată în figura 4B,E. Cultura de C. tyrobutyricum neiradiată (tulpina de tip sălbatic, martor) inoculată în medii cu conținut minim de glucoză a început să consume zahăr aproape imediat, iar producția de acid butiric a început între 12 și 18 ore mai târziu (figura 4A,B). Aceeași cultură martor inoculată în mediu de creștere clostridială (CGM) care conținea 60 g-L-1 de glucoză a avut nevoie de peste 96 de ore pentru a se aclimatiza, în ciuda faptului că fermentațiile tulpinilor iradiate și ale tulpinilor de tip sălbatic au fost testate în aceleași condiții. Perioada prelungită de metabolism și productivitate minimă se datorează faptului că iradierea (parametri diferiți) a provocat o întârziere a fazei logaritmice a creșterii celulare (figura 4C,F). Toleranța la acid butiric a tulpinilor iradiate a fost mult îmbunătățită, permițându-le să producă mai mult acid butiric, rezultând o utilizare completă a glucozei și o producție de peste 32 g-L-1 de acid butiric și niveluri similare de biomasă celulară. Mai mult, raportul acid butiric/control a crescut de la 1,0 pentru tulpina de tip sălbatic la 1.52 pentru tulpinile iradiate la 114 AMeV și 40 Gy, 1,37 pentru tulpinile iradiate la 114 AMeV și 30 Gy, 1,41 pentru tulpinile iradiate la 68 AMeV și 40 Gy și 1,31 pentru tulpinile iradiate la 68 AMeV și 30 Gy. Această tendință indică faptul că fluxurile de carbon și de energie au fost redistribuite în căile metabolice ale tulpinilor iradiate, ceea ce a dus, de asemenea, la schimbări semnificative în producția diferitelor produse de fermentare. Trebuie remarcat faptul că producția de acid acetic (date neevidențiate) s-a stabilizat mult mai repede decât cea de butirat/butiric în timpul fermentării. Fermentațiile s-au oprit atunci când glucoza nu a mai fost consumată de celule din cauza acumulării de acizi organici și de produse reziduale în bulion, ceea ce a cauzat inhibarea creșterii celulare și a altor activități. Cu toate acestea, tulpinile iradiate au fost mai tolerante la acidul butiric, după cum indică concentrația finală mult mai mare de butirat obținută în fermentațiile cu aceste tulpini iradiate în comparație cu cele de tip sălbatic. Acest lucru nu este întru totul surprinzător; după cum se arată în figura 3, toleranța crescută la acid butiric a tulpinilor iradiate poate fi atribuită, de asemenea, fluxului redus prin calea PTA/AK a butiratului. Deoarece tulpinile iradiate nu mai erau dependente de calea PTA/AK pentru producerea de energie și supraviețuire, acestea au devenit mai puțin sensibile la inhibarea acidului butiric .

Inducția genelor ack și pta, care codifică enzimele asociate cu calea de formare a acetatului, îmbunătățește semnificativ producția de acid butiric . Pentru a înțelege mai bine cinetica de fermentație a metabolismului glucozei după expunerea C. tyrobutyricum la iradierea cu ioni 12C6+ și deteriorarea rezultată a genelor ack și pta, a fost studiată și comparată expresia proteică a tulpinilor de tip sălbatic și a tulpinilor iradiate. Figura 4G prezintă rezultatele obținute prin SDS-PAGE. Analiza a confirmat expresia proteinei (greutate moleculară, aproximativ 85 kDa) în patru tulpini iradiate, cu cel mai ridicat nivel de expresie a proteinei în banda 4. Cantitatea unei proteine de aproximativ 106 kDa a fost mult mai mare în cazul tulpinii iradiate la 114 AMeV și 40 Gy decât în cazul tulpinii de tip sălbatic. AK și PTA din mai multe microorganisme au fost caracterizate, dar rezultatele au arătat variații mari în ceea ce privește greutatea lor moleculară . S-au efectuat astfel teste de activitate enzimatică pentru a studia în continuare rolurile AK, PTA și PTB în căile de formare a acizilor (figura 3). Selectivitatea metabolică la C. tyrobutyricum este influențată de stadiul de creștere, culturile cu creștere exponențială producând atât acid butiric, cât și acid acetic, în timp ce ratele de creștere staționară mai lente tind să producă acid butiric . Ca atare, în timpul creșterii în faza logaritmică a fiecărui lot, s-au prelevat probe de cultură și s-au analizat activitățile PTA, PTB și AK în tulpinile iradiate și în cele de tip sălbatic. Activitățile enzimatice specifice pentru PTA, PTB și AK în tulpinile iradiate (diferiți parametri fizici) au fost analizate și activitățile lor relative au fost comparate cu cele ale tulpinii de tip sălbatic. Activitatea AK a fost redusă cu aproximativ 47% în cazul tulpinilor iradiate la 114 AMeV și 40 Gy, cu 31% în cazul tulpinilor iradiate la 114 AMeV și 30 Gy și cu 26% în cazul tulpinilor iradiate la 68 AMeV și 40 Gy. În comparație cu tulpinile de tip sălbatic, tulpinile iradiate la 114 AMeV și 40 Gy au avut o activitate AK mai mică (47%), dar o activitate PTA neașteptat de mare (129%), deși activitățile PTB au fost similare. Deoarece tulpinile iradiate la 114 AMeV au avut o activitate AK mult mai scăzută, calea PTA-AK ar fi fost afectată și, astfel, acestea au produs mai mult butirat (60 g-L-1) din glucoză decât tulpinile de tip sălbatic. După cum s-a menționat anterior, aceste creșteri și îmbunătățiri pot fi atribuite unei toleranțe sporite la inhibarea butiratului și, într-o oarecare măsură, la reducerea fluxului de carbon prin calea PTA-AK, după cum reiese din raportul butirat/acetat crescut în cazul tulpinilor iradiate.

Efectul iradierii cu 12C6+ asupra producției de acid și a creșterii C. tyrobutyricum

Un experiment a fost realizat în modul de fermentare folosind glucoza ca sursă primară de carbon pentru a determina capacitatea de producție de butirat a C. tyrobutyricum ATCC 25755 după iradiere. După cum se poate observa în figura 5A,B, randamentul de acid butiric din glucoză a crescut semnificativ, de la 0,43 g-g-1 pentru tulpinile de tip sălbatic la 0,56 g-g-1 pentru tulpina iradiată la 68 AMeV și o doză de 30 Gy, 0,5 g-g-1 pentru tulpina iradiată la 68 AMeV și o doză de 30 Gy.59 g-g-1 pentru tulpina iradiată la 68 AMeV și o doză de 40 Gy, 0,63 g-g-1 pentru tulpina iradiată la 114 AMeV și o doză de 30 Gy, și 0,66 g-g-1 pentru tulpina iradiată la 114 AMeV și o doză de 40 Gy. Este de remarcat faptul că randamentul de butirat pentru tulpina iradiată la 114 AMeV și o doză de 40 Gy ar fi fost mai mare (>0,66 g-g-1) dacă s-ar fi neglijat consumul de glucoză în timpul fazei de întârziere. Acidul acetic produs de tulpina iradiată la 68 AMeV și doze de 30 și 40 Gy a fost similar cu cel produs de tipul sălbatic. Cu toate acestea, acidul acetic produs de tulpina iradiată la 114 AMeV și doze de 30 și 40 Gy a scăzut în comparație cu cel al tipului sălbatic. După cum se arată în figura 5B, producția de acid acetic din glucoză a scăzut, de asemenea, în mod semnificativ, de la aproximativ 0,11 g-g-1 pentru tulpina de tip sălbatic la aproximativ 0,08 g-g-1 pentru tulpina iradiată la 114 AMeV și 30 Gy, și la aproximativ 0,07 g-g-1 pentru tulpina iradiată la 114 AMeV și 40 Gy. Cu toate acestea, raportul butirat/acetat (g/g) a crescut de la 3,99 pentru tulpina de tip sălbatic la 5,82 pentru tulpinile iradiate, o indicație clară a faptului că traseele metabolice din tulpinile iradiate au fost schimbate pentru a favoriza producția de acid butiric în detrimentul producției de acid acetic. După cum se arată în figura 3, din moment ce activitățile AK și PTA au fost reduse semnificativ în tulpinile iradiate, mai mult piruvat trebuie să fi fost catabolizat prin calea de producere a butiratului, ceea ce a dus la randamente mai mari de butirat din glucoză. În plus, acidul butiric ar fi putut promova, de asemenea, o trecere mai rapidă la calea de producere a acidului, ceea ce s-ar putea reflecta într-o rată de creștere mai lentă. Din același motiv, eșantioanele iradiate au suferit de o rată de creștere mai lentă, deoarece s-a produs mai puțin ATP din calea producătoare de acetat (PTA-AK), care, în mod normal, poate genera mai mult ATP pe mol de glucoză metabolizată decât calea producătoare de butirat (PTB-BK).

Un grafic al μ max a fost apoi determinat la concentrații ridicate de glucoză inițială (40, 60, 80 și 120 g-L-1) prin adaptarea datelor de fermentare la predicțiile din simularea modelului. Linearizarea (integrarea) profilurilor cinetice de creștere a greutății uscate a biomasei (BDW) în timp au fost realizate prin utilizarea transformării logaritmului natural:

x t = x 0 -exp μ → lnx t = μ-t + ln x 0 → y = m + b ecuația liniei drepte .

Unde x(t) = concentrația de BDW la fiecare moment x 0 ; t = concentrația inițială de BDW; μ max = rata de creștere specifică maximă (h-1); iar rata de creștere specifică este μ = (1/x(t)) – (dx/dt). În scopul simplificării, s-a presupus că toate bacteriile urmează legea exponențială de creștere celulară într-o cultură discontinuă în conformitate cu un model cinetic de ordinul întâi. Rata specifică de creștere a celulelor, sau creșterea masei celulare în timp, reprezintă o schimbare a selectivității la diferite rate de creștere, ceea ce are un impact semnificativ asupra procesului de fermentare . Creșterea rapidă a celulelor are o cerere mai mare de energie și produce în mod preferențial acid acetic. La rate de creștere scăzute, producția de acid butiric este favorizată în detrimentul acidului acetic . În cazul fermentării continue, producția de butirat/acid butiric este mai mare atunci când μ este mai mic. Atunci când μ tinde spre zero, apare o oscilație a productivității . Aceste ecuații permit o comparație a ratei de creștere a sistemelor discontinue și continue în cadrul tulpinilor de tip sălbatic și a tulpinilor radiate.

Modelul nu este independent de mediu: mediul utilizat, așa cum a fost descris mai sus, afectează atât rata de creștere a celulelor, cât și cantitățile de butirat/acid butiric produse, iar profilele diferite de consum de glucoză ar produce rezultate diferite. Pentru a cuantifica mai bine concentrația optimă de glucoză pentru creșterea celulară, ratele de creștere specifice maxime au fost determinate pentru tulpinile de tip sălbatic și iradiate din datele cinetice luate din faza de creștere exponențială și reprezentate grafic în funcție de concentrația de glucoză adăugată. După cum se poate observa în figura 5C, ratele maxime de creștere specifică pentru tulpinile iradiate la 114 AMeV și o doză de 40 Gy au fost calculate în conformitate cu exemplul în care tulpina a fost cultivată în mediu CGM care conținea 60 g-L-1 de glucoză. A fost ales cel mai bun interval liniar de puncte de date care corespunde fazei de creștere exponențială a tulpinii. În unele cazuri, în care cerința minimă de trei puncte de date experimentale nu a fost îndeplinită, s-a utilizat o expresie alternativă care a luat în considerare doar două puncte extreme (la începutul și la sfârșitul fazei exponențiale). Panta liniei drepte (m = μmax) dă rata maximă de creștere specifică (0,213 h-1). Modelul de regresie liniară unară (y = 0,2129x – 2,6457) a avut un coeficient de determinare ajustat de R2 = 0,9765, ceea ce indică faptul că toate punctele de date au fost incluse pe linia de cea mai bună potrivire și că niciun punct de date nu a variat de la această linie. În plus, fiecare rată de creștere specifică a fost estimată pe baza pantei graficului semilogaritmic corespunzător al BDW în funcție de timp. Barele de eroare sunt exprimate în termeni de abatere standard (SD) obținută din calculele fiecărei replici de fermentare independente pentru tulpinile iradiate și tipul sălbatic (datele originale nu sunt prezentate). Rezultatele demonstrează că aceste tulpini iradiate au avut o rată de creștere specifică semnificativ mai mică (μ = 0,38 ±0,03 până la 0,21 ±0,02 h-1) în comparație cu tipul sălbatic (μ = 0,38 până la 0,42 h-1). Utilizarea iradierii cu ioni 12C6+ la 68 AMeV, 20 până la 40 Gy și 106 până la 108 ioni-impuls-1 a avut ca rezultat faze de întârziere deosebit de lungi, de 10, 12 și, respectiv, 16 ore. Prin comparație, utilizarea iradierii cu ioni 12C6+ la 114 AMeV, 20 până la 40 Gy și 106 până la 108 ioni-impuls-1 a avut ca rezultat faze de întârziere de 12, 18 și, respectiv, 24 de ore. Aceste faze de decalaj mai lungi pot fi parțial atribuite parametrilor diferiți de iradiere și cantității de inoculare cu densitate scăzută utilizată în fermentare. Rata de creștere specifică mai mică pentru celulele iradiate poate fi rezultatul sarcinii metabolice impuse celulelor ca urmare a cantității mai mici de energie generată de metabolismul glucozei din cauza daunelor induse la doze și energii mai mari. În comparație cu tulpinile de tip sălbatic, tulpinile iradiate cu 20 și 30 Gy la 68 AMeV au avut profiluri similare de creștere și de consum de glucoză, cu o rată de creștere specifică aproape identică de μ = 0,42 ±0,42.03 h-1, în timp ce tulpinile iradiate cu 30 și 40 Gy la 114 AMeV au prezentat o fază de întârziere semnificativ mai lungă, un consum mai lent de glucoză și o rată de creștere specifică mult mai mică de μ = 0,26 ±0,03 h-1 (30 Gy) și μ = 0,21 ±0,02 h-1 (40 Gy).

După cum s-a menționat anterior, acetatul este sintetizat prin reacțiile PTA și AK, ultima reacție furnizând ATP (figura 3). Pentru biosinteza butiratului, două molecule de acetil-CoA sunt condensate în acetoacetil-CoA, urmate de o reducere la butiril-CoA, care este apoi transformat în butirat prin reacțiile PTB și BK cu generare de ATP. Rata de creștere specifică mai mică pentru tulpinile iradiate (energie 114 AMeV și doze de 30 și 40 Gy) poate fi atribuită sarcinii metabolice asupra celulelor cauzată de generarea mai mică de energie (ATP) în timpul metabolismului glucozei din cauza deteriorării prin iradiere a ack și pta. BDW din glucoză pentru tulpinile iradiate a variat, de asemenea, față de tulpinile de tip sălbatic. Graficul BDW în funcție de timp și de rata specifică de creștere a tulpinilor iradiate indică faptul că fluxul de carbon și de energie a fost redistribuit pe toate căile metabolice ale acestor tulpini, ceea ce a dus, de asemenea, la schimbări semnificative în producția de acid din produsele de fermentare.

Supraviețuirea celulelor după iradiere

Efectele acidului butiric asupra creșterii celulare în urma iradierii

Efectul iradierii cu 12C6+ asupra producției de acid și a creșterii C. tyrobutyricum

Lasă un răspuns Anulează răspunsul