Effects of growth medium conditions on antibiotic production by actinomyces sp.

Abstract

Günümüzde, ramoplanin antibiyotiğinin hastane enfeksiyonlarına neden olan bakterilerde çok düşük minimum inhibisyon konsantrasyonlarında (MIC) bile oldukça etkili olduğu gösterilmektedir. Antibiyotik üretiminde kullanılan tekniklerin uzun süreli optimizasyon çalışmalarına gereksinim duyması üretim süresinin ve maliyetin oldukça artmasına neden olmaktadır. Bu durum ramoplanin antibiyotiği için de geçerli olup ramoplaninin ticari satış fiyatı oldukça yüksektir. Günümüzde bu sorunların ortadan kaldırılması amacıyla stokiyometrik modelleme ve verilerin bütünleşik analizi yaklaşımıyla endüstriyel önemi olan mikroorganizmaların metabolizmaları sistem bazlı incelenmektedir. Bu amaçla, antibiyotik üretimine yönelik çalışmalarda mikroorganizmaların hücre içi metabolik akışların belirlenmesine ve düzenlenmesine imkân sağlayan bilgisayar destekli stokiyometrik modellemelerin gerçekleştirildiği çalışmalara başlanmıştır.Bu nedenle hedeflenen projede, mevcut antibiyotikler içinde en etkili ancak çok pahalı olduğu belirlenen ramoplanin antibiyotiğinin üretim maliyetinin düşürülebilmesi MATLAB ve COPASI yazılım programları ile bilgisayar destekli stokiyometrik modelleme kullanılarak ramoplanin antibiyotiğinin prekürsörlerin ve metabolit seviyelerinin saptanması ve farklı glukoz derişiminde ve azot kaynaklarında büyütülen Actinoplanes sp. ATCC 33076 suş diyagramlarının belirlenmesinin ardından deneysel aşamaya geçilmiştir. Sonuçlar, deneysel ve stokiyometrik modelleme verilerinin korele olmadığını göstermekte olup maksimum ramoplanin üretimi deneyesel olarak ve modelleme de sırasıyla 10 ve 5 g/L glukoz ortamında elde edilmiştir. Bu sonuçların farklı bulunması biyokimyasal proseslerde pekçok faktörün etkili olması ve tüm bu değişenlerin bilgisayar modellemeye uygulamanın mümkün olmamasıyla açıklanabilir. Bu nedenle, bu tür modelleme çalışmalarının deneysel verilerle doğrulanması büyük önem arz etmektedir.

Ramoplanin antibiotic has been shown to be the most effective to treat the bacteria that cause hospital infections even at low minimum inhibitory concentrations. However, the main obstacle for this antibiotic is its quite expensive cost. Due to preferred techniques in the antibiotic production require long-term optimizations, these techniques cause increasing production cost and period. To overcome shortcomings, metabolisms of industrially important microorganisms are examined by approaching to stoichiometric modeling and data analysis of integrated systems-based. For this purpose, it is started to research which is carried out computerized stoichiometric modeling that allows identification and regulation of metabolic flows within microorganism cells. In this project, computerized stoichiometric modeling with MATLAB and COPASI software packages will be used for decrease to production cost of ramoplanin which is the most effective but very expensive in available antibiotics. In the thesis, in order to identify the aspects of intermediary metabolism relevant to ramoplanin production, the correlation between ramoplanin antibiotic production and intracellular tricarboxylic acid cycle (TCA) intermediate products were investigated depending on the glucose concentration and nitrogen sources of Actinoplanes sp. ATCC 33076 medium by using both the computerized stoichiometric modeling and experimental conditions. The flux balance analysis optimisation, using either growth or antibiotic production as objective function, did not correlate with experimental ramoplanin yields in fed processes since the maximum ramoplanin production of stoichiometric modeling and experimental conditions were determined at 5 and 10g g/L glucose, respectively. The diferences suggest that candidate process feed nutrients that might be expected to influence this network were used in process simulations and in silico predictions compared to experimental findings. Therefore, in this kind of study, experiments should be done and data of computerized stoichiometric modeling should be compared.