Παραγωγή βιολασεΐνης από το βακτήριο Janthinobacterium lividum και χρήση της για την ανάπτυξη αντιμικροβιακών υφασμάτων

Καλακώνα, Μαργαρίτα; Kalakona, Margarita

dc.contributor.author	Καλακώνα, Μαργαρίτα	el
dc.contributor.author	Kalakona, Margarita	en
dc.date.accessioned	2018-10-09T09:16:36Z
dc.date.available	2018-10-09T09:16:36Z
dc.date.issued	2018-10-09
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47750
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15832
dc.rights	Default License
dc.subject	Βιολασεΐνη	el
dc.subject	Μικροβιακή παραγωγή	el
dc.subject	Violacein	en
dc.subject	Polyamide	en
dc.subject	Πολυαμίδιο	el
dc.subject	Antimicrobial	en
dc.subject	Bacterial production	en
dc.subject	Janthinobacterium lividum	en
dc.subject	Αντιμικροβιακές ιδιότητες	el
dc.subject	Βιοαντιδραστήρας	el
dc.subject	Bioreactor	en
dc.title	Παραγωγή βιολασεΐνης από το βακτήριο Janthinobacterium lividum και χρήση της για την ανάπτυξη αντιμικροβιακών υφασμάτων	el
dc.title	Microbial production of violacein from Janthinobacterium lividum and use for dyeing polyamide fabrics with antimicrobial properties	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μικροβιακή βιοτεχνολογία	el
heal.classification	Biotechnology	en
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/203ddd2d1d8b3f50100e9e299889dec9377abfdf
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/17d26c7ad4b1baa3e1976533f499eef793ef5338
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-02-26
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε επιφανειακή τροποποίηση πολυαμιδικών 6,6 υφασμάτων και φύλλων πολυγαλακτικού οξέος (PLA) με τη μωβ χρωστική βιολασεΐνη, η οποία παράχθηκε από το βακτήριο Janthinobacterium lividum και μελετήθηκαν οι αντιμικροβιακές και αντιοξειδωτικές δράσεις τους. Αρχικά, προσδιορίστηκαν οι βέλτιστες συνθήκες ανάπτυξης του βακτηρίου J. lividum ως προς την παραγωγή της βιολασεΐνης σε υγρή καλλιέργεια κυττάρων. Οι παράμετροι που εξετάστηκαν ήταν το pH και η θερμοκρασία, με βέλτιστα pH 7 και T=25 oC. Ακόμα, ελέγχθηκε η επίδραση στην παραγωγή βιολασεΐνης από τη προσθήκη επιπλέον πηγής άνθρακα ή μικρής ποσότητας αντιβιοτικού (αμπικιλλίνη), καθώς και από την αύξηση της συγκέντρωσης των αλάτων. Η απομόνωση της συνολικής βιολασεΐνης, εσωκυτταρικού και εξωκυτταρικού, από καλλιέργεια κυττάρων J. lividum στις βέλτιστες συνθήκες pH και θερμοκρασίας, οδήγησε σε απόδοση 0,31 g/L και 0,21 g/L, αντίστοιχα. Η απομόνωση της βιολασεΐνης εσωκυτταρικού έγινε με διάρρηξη των κυττάρων με μεθανόλη και εξάτμιση του εκχυλίσματος μέχρι ξηρού σε περιστροφικό εξατμιστήρα, ενώ του εξωκυτταρικού με εκχύλιση με οξικό αιθυλεστέρα. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε, για πρώτη φορά, παραγωγή της χρωστικής σε μεγάλη κλίμακα σε βιοαντιδραστήρα διαλείποντος και ημι-διαλείποντος έργου σε βέλτιστες συνθήκες pH και θερμοκρασίας. Στον βιοαντιδραστήρα ημι-διαλείποντος έργου έγινε προσθήκη επιπλέον πηγής άνθρακα (γλυκερόλη) στην εκθετική φάση ανάπτυξης του βακτηρίου, όπου επιτεύχθηκε πενταπλασιασμός της απόδοσης σε ακατέργαστη βιολασεΐνη εσωκυτταρικού με τελική συγκέντρωση 1,83 g/L. Η προσθήκη γλυκερόλης, επίσης, ενίσχυσε την κυτταρική ανάπτυξη από 3,9 g/L σε 6,2 g/L. Ο ποσοτικός προσδιορισμός της καθαρής βιολασεΐνης έγινε με χρήση του συντελεστή μοριακής απορρόφησης (ε0=56,01 L/g·cm στα 575 nm, διαλύτης αιθανόλη), από όπου προκύπτει ότι η καθαρή βιολασεΐνη αποτελεί το 4,5 % της ακατέργαστης. Σε επόμενο στάδιο, έγινε δοκιμή βαφής συνθετικών υφασμάτων στο υγρό της καλλιέργειας των κυττάρων J. lividum (Simultaneous Fermentation and Dyeing) και σε λουτρό βαφής ακατέργαστης βιολασεΐνης εσωκυτταρικού (Cell Free Extracted) σε υδατικά και υδατικά-οργανικά συστήματα, με σκοπό την πρόσδοση αντιμικροβιακών και αντιοξειδωτικών ιδιοτήτων. Η ανάπτυξη αντιμικροβιακών υφασμάτων είναι ένας από τους σημαντικότερους και δραστήριους τομείς έρευνας τα τελευταία χρόνια. Τα αντιμικροβιακά υφάσματα καλούνται να αντιμετωπίσουν προκλήσεις όπως η αυξημένη διάδοση μολυσματικών ασθενειών, συμπεριλαμβανομένων των ανθεκτικών-σε-φάρμακα βακτηρίων, ιών, σπορίων και μυκήτων. Ακόμα, τα αντιμικροβιακά υφάσματα θα κατευνάσουν τις ανησυχίες σχετικά με τα τακτικά προβλήματα υγιεινής, όπως οι οσμές που προκαλούν μικρόβια σε ενδύματα και αθλητικά ρούχα, ενώ θα εκπληρώσουν τις ανάγκες διατήρησης των κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων και του χρόνου ζωής των γεω-υφασμάτων. Τα τροποποιημένα υφάσματα με βιολασεΐνη ελέγχθηκαν για αντιμικροβιακή και αντιοξειδωτική δράση, όπου διαπιστώθηκε ισχυρή αντιμυκητιακή δράση (έως και 47 %) κατά των C. albicans, C. parapsilosis και C. krusei, καθώς και αντιβακτηριακή δράση κατά των μικροοργανισμών S. aureus (46 %) και E. coli (54 %). Η αντιοξειδωτική δράση των υφασμάτων εκτιμήθηκε με έλεγχο της δέσμευσης της σταθερής ρίζας DPPH·, από όπου προέκυψε 13,6 % δέσμευση στα τροποποιημένα με CFE υφάσματα και 11,9 % στα τροποποιημένα μέσω SFD. Από έλεγχο της αντοχής του χρώματος των τροποποιημένων υφασμάτων σε τριβή και στον όξινο ή αλκαλικό ιδρώτα δεν βρέθηκε μεταβολή του χρώματος τους. Τέλος, πραγματοποιήθηκε δοκιμή παραγωγής φύλλων PLA με τη μέθοδο χύτευσης με διαλύτη και τροποποίηση τους με διαφορετικές συγκεντρώσεις βιολασεΐνης (15 και 70 mg/mL), με σκοπό την βελτίωση της διαλυτότητας της σε υδατικά συστήματα. Τα τροποποιημένα φύλλα ελέγχθηκαν για αντιμυκητιακή και αντιοξειδωτική δράση, από όπου διαπιστώθηκε 30-67 % παρεμπόδιση της ανάπτυξης των μυκήτων C. albicans, C. parapsilosis και C. krusei και 55% δέσμευση του DPPH· για τα πυκνά φύλλα PLA.	el
heal.abstract	The present diploma thesis examines the surface modification of polyamide 6,6 fabrics and PLA foils with the bluish - purple pigment violacein from J anthinobacterium lividum and their antimicrobial and antioxidant potential. Initially, the optimal conditions of J. lividum growth were performed in Erlenmeyer flasks and the parameters examined were pH and temperature, determined to be pH 7, T=25 o C. In order to understand the conditions that induce violacein production in J. liv idum , the influence of different carbon sources and the presence of different sub - inhibitory concentrations of ampicillin, was investigated as well as the impact of salt concentration. Crude violacein was extracted from the supernatant with ethyl acetate a nd from J. lividum cells with methanol, with an efficiency 0.21 g/L and 0.31 g/L, respectively. Subsequently, for the first time in herein study, production of violacein from J . lividum was carried out in scale - up batch and fed - batch bioreactors at optim um temperature and pH. In the fed - batch bioreactor glycerol was added at the exponential (log) growth phase of the bacterium, where a 5 - fold increase in violacein production was achieved with final concentration of 1 . 83 g / L. Glycerol also boosted biomass production from 3.9 g/L to 6.2 g/L. The crude violacein was collected with solvent removal in a rotary evaporator . Pure violacein was quantified u sing th e extinc tion coefficient ( ε 0 =56 ,01 L/ g · cm at 575 nm, in ethanol) and f ound to be 4.5 % of crude violacein. The development of antimicrobial textiles has been one of the most active and important research areas in recent years . Antimicrobial textiles are expected to address many challenges such as increased spreading of infec tious diseases, especially from drug - resistant bacteria, viruses, spores, and fungi . Additionally, they should eliminate concerns on regular hygienic issues such as odor generating microbes on apparels and sportswear and fulfill conservation needs of texti le artifacts and life of geotextiles. In this study, simultaneous fermentation and dyeing (SFD) in J. lividum liquid cultures and cell free extracted violacein (CFE) in aqueous and aqueous - organic co - systems was attempted in order to develop antimicrobial and antioxidant synthetic textiles . The modified fabrics were tested against pathogen ic bacteria and fungi, ix where t he antifungal activity was particu larly strong ( max 4 7 %) against C . parapsilosis , C. krusei and C. albicans , while the antiba cterial activity was strong against E. coli (54 %) and S . aureus (46 %). The reactivity of modified fabrics with DPPH · was evaluated, resulting in 13,6 % binding of radicals in cell - free extracted violacein modified ones and 1 1,9 % in SFD fabrics. C olor fa stness and staining of dye at acid and alkaline perspiration were measured, indicating no color change in the fabrics. In addition, PLA foils w ere produced by casting process and modified wi th different concentrations of violac ein (15 and 70 mg/mL) , in ord er to improve its solubility in aqueous systems . The modified f oil s were tested for antifungal and antioxidant activity, showing a 30 - 67 % inhibition of C. albicans, C. parapsilosis and C. krusei and 55% maximum DPPH scavenging ability .	en
heal.advisorName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Κέκος, Δημήτρης	el
heal.committeeMemberName	Παππά, Αθηνά	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	125 σ.
heal.fullTextAvailability	true