Isolation and identification of Clostridium spp. from natural samples that performs effective conversion of glycerol to 1,3-propanediol

• Autorzy: Leja K. , Myszka K. , Kubiak P. , Wojciechowska J. , Olejnik-Schmidt A. K. , Czaczyk K. , Grajek W.

Warianty tytułu

EN

Izolacja i identyfikacja nowych gatunków Clostridium sp. ze środowiska naturalnego zdolnych do efektywnej konwersji glicerolu do 1,3-propanodiolu i innych metabolitów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Indigenous bacteria in the natural environment can product a wide range of metabolites more efficiently. The aim of this work was to isolate from the natural environment non-pathogenic Clostridium strains that are able to convert glycerol to 1,3-propanediol and other metabolites of potential uses in industry. The effective methods of selection and maintenance of anaerobic cultures in the laboratory conditions were also investigated. Samples were pre-cultured on modified PY medium consisted 50 g/l of glycerol. Isolated colonies growth on TSC medium were screened on the basis of morphological characters typical for Clostridium sp. Isolated bacterial strains were allowed to growth in selective media such as RCM and modified PY. The metabolites of bacteria were investigated by the HPLC technique. The bacteria strains were identified by 16S rRNA technique. The highest percentage of isolates of the genus Clostridium were obtained from excrements of animals, compost, and silages. Nearly 60% were able to convert glycerol to 1,3-propanediol. The highest capacity for utilization of glycerol to 1,3-propanediol was observed in case of the species of Clostridium bifermentans and Clostridium sordelli. The most of examined microflora were also able to short-chain organic acids and ethanol synthesis.

PL

Szereg procesów metabolicznych jest efektywniej przeprowadzanych przez mikroflorę kolonizującą środowisko naturalne. Celem pracy była selekcja niepatogennych kultur bakterii z rodzaju Clostridium ze środowiska naturalnego zdolnych do konwersji glicerolu do 1,3-propanodiolu i innych metabolitów o znaczeniu przemysłowym. Badania dotyczyły także opracowania efektywnych procedur izolacji oraz hodowli mikroorganizmów beztlenowych w warunkach laboratoryjnych. Wstępną adaptację mikroflory obecnej w próbach środowiskowych przeprowadzono na podłożu PY zawierającym glicerol w stężeniu 50 g/l. Hodowle prowadzono w warunkach beztlenowych w anaerostatach. Wyraźnie oddzielone kolonie o morfologii typowej dla Clostridium sp. na podłożu TSC posiewano na podłoża wybiórczo-namnażające RCM oraz PY. Zawartość metabolitów w płynie pohodowlanym oceniano za pomocą techniki HPLC. Identyfikacji gatunkowej dokonano metodą amplifikacji sekwencji kodującej 16S rRNA. Najwyższy odsetek kultur bakteryjnych Clostridium sp. pozyskano z odchodów zwierzęcych, kompostów i obornika. Blisko 60% uzyskanych izolatów wykazywało zdolność syntezy 1,3-propanodiolu z glicerolu. Najwyższą zdolnością do utylizacji glicerolu do 1,3-propanopdiolu charakteryzowały się szczepy Clostridium bifermentans oraz Clostridium sordelli. Większość przebadanych drobnoustrojów wykazywała także zdolność do syntezy krótkołańcuchowych kwasów organicznych i etanolu.

Słowa kluczowe

EN

isolation; identification; Clostridium; glycerol; 1,3-propanediol; microflora; natural environment; organic acid

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Biotechnologia
• Rocznik: 2011
• Tom: 10
• Numer: 2
• Opis fizyczny: p.25-33,fig.,ref.

Twórcy

autor

Leja K.

• Department of Biotechnology and Food Microbiology, Poznan University of Life Sciences, Wojska Polskiego 48, 60-627 Poznan, Poland

autor

Myszka K.

autor

Kubiak P.

autor

Wojciechowska J.

autor

Olejnik-Schmidt A. K.

autor

Czaczyk K.

autor

Grajek W.

Bibliografia

• Altschul S.F., Gish W., Miller W., Myers E.W., Lipman D.J., 1990. Basic local alignment search tool. J. Mol. Biol., 215, 403-410.
• Barbirato F., Himmi E. H., Conte T., Bories A., 1998. 1,3-propanediol production by fermentation: An interesting way to valorize glycerin from the ester and ethanol industries. Ind. Crops Pro­ducts., 7, 281-289.
• Biebl H., Menzel K., Zeng A.P., Deckwer W.D., 1999. Microbial production of 1,3-propanediol. Appl. Microbiol. Biotechnol., 52, 289-297.
• Biebl H., Sproer C., 2002. Taxonomy of the glycerol fermenting Clostridia and description of Clostridium diolis sp. nov. Syst. Appl. Microbiol., 25, 491-497.
• da Silva G.P., Mack M., Contiero J., 2009. Glycerol: A promising and abundant carbon source for industrial microbiology. Biot. Adv., 27, 30-39.
• George W. L., Sutter V. L., Citron D., Finegold S.M., 1979. Selective and differential medium for isolation of Clostridium difficile. J. Clin. Microbiol., 9(2), 214-219.
• González-Pajuelo M., Meynial-Salles I., Mendes F., Soucaille P., Vasconcelos I., 2006. Microbial Conversion of Glycerol to 1,3-Propanediol: Physiological Comparison of a Natural Produc­er, Clostridium butyricum VPI 3266, and an Engineered Strain, Clostridium acetobutylicum DG1(pSPD5). Appl. Environ. Microbiol., 4, 96-101.
• Ishii K., Fukui M., Takii S., 2000. Microbial succession during a composting process as evaluated by denaturing gradient gel electrophoresis analysis. J. Appl. Microbiol., 89, 768-777.
• Kaeberlein T., Lewis K., Epstein S.S., 2002. Isolating "Uncultivable" Microorganisms in Pure Cul­ture in a Simulated Natural Environment. Science, 296, 1127-1129.
• Karasawa T., Ikoma S., Yamakawa K., Nakamura S., 1995. A defined growth medium for Clostrid­ium difficile. Microbiol., 141, 371-375.
• Katrlík J., Vostiar I., Sefcovicová J., Tkác J., Mastihuba V., Valach M., Stefuca V., Gemeiner P. A., 2007. A novel microbial biosensor based on cells of Gluconobacter oxydans for the selective determination of 1,3-propanediol in the presence of glycerol and its application to bioprocess monitoring. Anal. Bioanal. Chem., 388(1), 287-295.
• Liu H.J., Zhang D.J., Xu Y.H., Mu Y., Sun Y.Q., Xiu Z.L., 2007. Microbial production of 1,3-pro- panediol from glycerol by Klebsiella pneumoniae under micro-aerobic conditions up to a pilot scale. Biotechnol. Lett., 29, 1281-1285.
• Lopez M.J., Nichols N.N., Dien B.S., Moreno J., Bothast R.J., 2004. Isolation of microorganisms for biological detoxification of lignocellulosic hydrolysates. Appl. Microbiol. Biotechnol., 64, 125-131.
• Menzel K., Zeng A.P., Deckwer W.D., 1997. High concentration and productivity of 1,3-propane- diol from continuous fermentation of glycerol by Klebsiella pneumoniae. Enzyme Microb. Technol., 20, 82-86.
• Mitchell W. J., General Biology and Physiology, [in:] Clostridia: biotechnology and medical appli­cations, red. Bahl, H., Dürre, P.. Wiley-VCH Verlag GmbH, Germany, 2001, 49-65.
• Papanikolaou S., Fick M., Aggelis G., 2004. The effect of raw glycerol concentration on the pro­duction of 1,3-propanediol by Clostridium butyricum. J. Chem. Technol. Biotechnol., 79, 1189-1196.
• Rehman A., Matsumur A.M., Nomura N., Sato S., 2008. Growth and 1,3-propanediol production on pre-treated sunflower oil bio-diesel raw glycerol using a strict anaerobe Clostridium butyricum. Curr. Res. Bacteriol., 1, 7-16.
• Siragusa G.R., Dickson J.S., 1992. Inhibition of Listeria monocytogenes on beef tissue by applica­tion of organic acids immobilized in a calcium alginate gel. J. Food Science, 57(2), 293-296.
• SuauA., Bonnet R., Sutren M., Godon J.J., Gibson G.R., Collins M.D., Dore J., 1999. Direct analy­sis of genes encoding 16 S rRNA from complex communities reveals many novel molecular species within human gut. App. Environ. Microbiol., 65(11), 4799-807.
• Zeng A.P., Biebl H., 2002. Bulk-Chemicals from Biotechnology: the case of microbial production of 1,3-propanediol and the new trends (in) Tools and applications of biochemical engineering science, red. Schugerl and A.-P. Zeng, Adv. Biochem. Eng. Biotechnol., 74, 237-257.
• Zhang G.L., Maa B.B., Xua X.L., Chun L., Wang L., 2007. Fast conversion of glycerol to 1,3-pro- panediol by a new strain of Klebsiella pneumoniae. Bioch. Eng. J., 37, 256-260.