Estudio del metabolismo de Aspergillus niger crecido en superfice de agar Público Deposited

La manipulación del metabolismo de Aspergillus niger es un tema de investigación actual, debido a que éste microorganismo es ampliamente utilizado para la producción metabolitos como el ácido cítrico, entre otros. A pesar de los esfuerzos presenta rasgos sin entender ya que no se cuenta con un análisis sistemático de las variables de diseño del proceso y de su impacto en la orientación del metabolismo de este organismo. Esta manipulación del metabolismo de A. niger se puede dar gracias a cambios controlados en: la naturaleza de los sustratos y en los parámetros físicos de los sistemas. El Cociente Respiratorio (CR) permite de forma sencilla monitorear los cambios en este metabolismo. CR es un índice de fácil instrumentación y de monitoreo en línea, usando las técnicas disponibles de respirometría y, apoyado en otras mediciones químicas y físicas, y permite establecer métodos de control de proceso de este tipo de fermentaciones. Sí, se evalúan las repercusiones de los parámetros que influyen en el crecimiento se pueden establecer las relaciones causa-efecto que permitirán mejoras del crecimiento de estos microorganismos y optimización de la producción de metabolitos de interés comercial. En este trabajo se presenta un estudio teórico-experimental del crecimiento superficial de A. niger en un medio enriquecido. Para lo cual se analizan; con base en las distintas vías del metabolismo del microorganismo, los resultados de las variables de respuesta: tasa de producción de CO2, tasa de consumo de O2, CR y concentración de biomasa, ante perturbaciones controladas en: la naturaleza de los sustratos, y parámetros físicos del sistema de reacción. El objetivo es analizar aspectos del comportamiento del microorganismo como un sistema abierto, ante perturbaciones. Para ello se revisó el estado del arte acerca del efecto de los diversos nutrientes del medio sobre el crecimiento de A. niger. Así también, se estudió el conocimiento previo de los eventos bioquímicos y fisiológicos que afectan el crecimiento y la producción de ácido cítrico por A. niger. Experimentalmente, se hace uso de un sistema modelo de biorreacción, sencillo y barato, que facilita el análisis del metabolismo de hongos crecido sobre superficies sólidas, a través de la medición en línea de O2 y de CO2. Éste permite el analizar el impacto en el consumo de algunos nutrientes (Mn2+) y fuentes de carbono empleadas (glucosa, glicerol, ácido cítrico y ácido oxálico), y la adición deliberada de metabolitos excretados al medio durante el crecimiento del microorganismo (glicerol, ácido cítrico y ácido oxálico), y de cambios en los parámetros físicos del sistema de reacción (temperatura, volumen del medio y uso de membranas permeables). En los experimentos de crecimiento de A. niger se utilizó un sistema de biorreacción, basado en una caja Petri convencional, diseñado para llevar a cabo mediciones consumo de O2 y generación de CO2, en línea y además se llevo a cabo el seguimiento del peso seco de biomasa, en caja Petri convencional. No se realizaron mediciones de los productos excretados al medio sólido.

El análisis y discusión de los resultados se basa, tanto en el conocimiento previo de los eventos bioquímicos del crecimiento de A. niger, como en el uso de dos modelos matemáticos previamente publicados, uno un modelo estructurado del metabolismo del microorganismo y otro que describe de forma global al crecimiento superficial de A. niger y crecimiento radial y el transporte de nutrientes. De los resultados obtenidos experimentalmente y el análisis soportado en el uso de los modelos se tiene que las diferentes variaciones realizadas sobre la naturaleza y parámetros físicos del sistema generan efectos en el crecimiento del microorganismo, así como en el grado de oxidación de las fuentes de carbono. Se determinó que la variación en la concentración de glucosa en el medio de cultivo se tiene un máximo en la biomasa producida a una concentración de inicial de 200 g/L. Así también, se determinó que la adición deliberada de ácido oxálico, ácido cítrico o glicerol al medio como segunda fuente de carbono y el uso de estos como mismos como fuente de carbono, afecta el grado de oxidación de la fuente de carbono principal y perturban el metabolismo del microorganismo modificando el requerimiento energético y la utilización del O2. Se determinó que variar la cantidad de manganeso en el medio, a pesar de que el manganeso es un metal requerido en el metabolismo para la asimilación de las fuentes de carbono y generación de ATP, para los casos de estudio no se presenta un efecto apreciable. Aspectos físicos del medio como el uso de membranas semipermeables y la variación de la relación área/volumen de la placa de agar son condicionales del crecimiento del microorganismo. Para el caso del uso del papel celofán al sumar al sistema este componente se añade una barrera al libre crecimiento del microorganismo limitando el transporte de nutrientes como el O2 hasta 3 veces. Modificar el área específica de la placa de agar, de 1.5 a 0.75, modifica la cantidad de sustrato disponible y, a pesar de que el microorganismo cuenta para su crecimiento con la misma área de contacto para el caso de mayor y menor volumen el transporte del sustrato al interior de las células se modifica cambiando el grado de oxidación del sustrato. Se tiene como conclusión general de este trabajo que el metabolismo de A. niger crecido sobre superficies sólidas, caracterizado por la concentración de biomasa, puede manipularse mediante cambios en: la naturaleza de los sustratos y los parámetros físicos del sistema. Ya que en este trabajo los resultados obtenidos son limitados se propone una experimentación más detallada en la que se monitoreen los metabolitos excretados al medio y como esta producción se afecta debido a las perturbaciones en el sistema de reacción, de esta forma se podrán establecer de manera más precisa los efectos de tales perturbaciones, y se podrá desarrollar un modelo matemático estructurado con mayor validez.

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Última modificación: 09/29/2022
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