ES2232290B1 - PROCEDURE FOR CULTIVATION OF THE RECOMBINING PSEUDOMONAS (CECT 5279) FOR USE IN THE DESULFURATION OF DIBENZOTIOPHENE. - Google Patents

PROCEDURE FOR CULTIVATION OF THE RECOMBINING PSEUDOMONAS (CECT 5279) FOR USE IN THE DESULFURATION OF DIBENZOTIOPHENE.

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ES2232290B1 ES200301677A ES200301677A ES2232290B1 ES 2232290 B1 ES2232290 B1 ES 2232290B1 ES 200301677 A ES200301677 A ES 200301677A ES 200301677 A ES200301677 A ES 200301677A ES 2232290 B1 ES2232290 B1 ES 2232290B1
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Procedimiento de cultivo de la Pseudomonas putida recombinante (CECT 5279) para su utilización en la desulfuración de dibenzotiofeno. La invención consiste en un procedimiento para producir en un fermentador la cepa recombinante de Pseudomonas putida CECT5279 que se utiliza como biocatalizador para desulfurar dibenzotiofeno. Se realiza la preparación de un preinóculo en medio LB (Luria - Bertani) y la producción en biorreactor comercial aireado empleando medio basal salino (BSM) con 20g/L de ácido glutámico a una temperatura de 30°C. La expresión de los genes de la ruta de desulfuración 4S se induce al cabo de 4 horas de haber comenzado la producción del microorganismo, empleando para ello IPTG. Esta invención indica, por tanto, el medio de cultivo y las condiciones de operación adecuadas para conseguir mejorar y aumentar la escala de producción de este biocatalizador con vistas a su utilización a nivel industrial.Culture procedure of the recombinant Pseudomonas putida (CECT 5279) for use in the desulfurization of dibenzothiophene. The invention consists of a process for producing in a fermenter the recombinant strain of Pseudomonas putida CECT5279 which is used as a biocatalyst to desulfurize dibenzothiophene. The pre-circle is prepared in LB medium (Luria - Bertani) and the production in aerated commercial bioreactor using basal saline medium (BSM) with 20g / L of glutamic acid at a temperature of 30 ° C. The expression of the 4S desulfurization pathway genes is induced within 4 hours after the production of the microorganism has begun, using IPTG. This invention therefore indicates the culture medium and the appropriate operating conditions to improve and increase the production scale of this biocatalyst with a view to its use at the industrial level.

Description

Procedimiento de cultivo de la Pseudomonas putida recombinante (CECT 5279) para su utilización en la desulfuración de dibenzotiofeno.Culture procedure of the recombinant Pseudomonas putida (CECT 5279) for use in the desulfurization of dibenzothiophene.

Sector de la técnicaTechnical sector

La invención reivindica un procedimiento de producción de cantidades elevadas de un biocatalizador con capacidad desulfurante que utiliza ácido glutámico como fuente de carbono en un medio de crecimiento mínimo (BSM, Basal Salino Medio). En ella se describe el método experimental para llevar a cabo la citada producción empleando unas condiciones de operación óptimas. Este proceso presenta considerables ventajas respecto a otros procesos de obtención de células con la citada capacidad de eliminación selectiva de azufre de moléculas orgánicas previamente descritos.The invention claims a method of production of high quantities of a biocatalyst with desulfurizing capacity that uses glutamic acid as a source of carbon in a minimum growth medium (BSM, Basal Salino Means, medium). It describes the experimental method to lead to carry out the aforementioned production using operating conditions optimal. This process has considerable advantages over other processes of obtaining cells with the aforementioned ability to selective removal of sulfur from organic molecules previously described.

Estado de la técnicaState of the art

La desulfuración del petróleo mediante el uso de microorganismos ha sido objeto de estudio durante la última parte del siglo pasado (McFarland y col. (1998) Crit. Rev. Microbiol. 4, 99; McFarland (1999) Curr. Opin. Microbiol. 2, 257). Las investigaciones que se han llevado a cabo han servido para desarrollar métodos biotecnológicos para eliminar el azufre del petróleo antes de su combustión. Las estrictas regulaciones que han impuesto los gobiernos sobre la emisión de azufre a la atmósfera han sido las verdaderas impulsoras de este desarrollo (McFarland y col. (1998) Crit. Rev. Microbiol. 4, 99).The desulfurization of oil through the use of microorganisms has been studied during the last part of the last century (McFarland et al. (1998) Crit. Rev. Microbiol. 4, 99; McFarland (1999) Curr. Opin. Microbiol 2, 257). The investigations that have been carried out have served to develop biotechnological methods to remove sulfur from oil before combustion. The strict regulations that have governments imposed on the emission of sulfur into the atmosphere have been the true drivers of this development (McFarland et al. (1998) Crit. Rev. Microbiol. 4, 99).

El gran avance en el campo de la biodesulfuración del petróleo se produjo con el aislamiento y caracterización de la bacteria Rhodoccocus erythropolis IGTS8 (ATCC53968) una bacteria Gram-positiva obtenida por el Institute of Gas Technology de Chicago que ha sido la fuente de inspiración para el desarrollo de muchos biocatalizadores y procesos (Patentes USA 5.356.801, 5.358.870, 5.358.813, 5.198.341, 5.132.219, 5.344.778, 5.104.801, 5.002.888, 5.804.433, 5.846.813, 5.879.914, 5.733.773). Este microorganismo posee una ruta metabólica denominada ruta "4S" capaz de transformar la molécula de dibenzotiofeno (DBT) en 2-hidroxibifenilo (2HBP) y sulfito (McFarland y col. (1998) Crit. Rev. Microbiol. 4, 99; McFarland (1999) Curr. Opin. Microbiol. 2, 257), produciendo así la eliminación del átomo de azufre del DBT sin pérdida de átomos de carbono en su estructura, lo que es de gran interés para la industria petrolera y petroleoquímica. Hay que señalar que el DBT es la molécula que con mayor profusión se ha utilizado como compuesto modelo para determinar la capacidad desulfurante de un microorganismo y, por ello, se ha elegido para los estudios que se describen en esta patente. La ruta de desulfuración "4S" de R. erythropolis IGTS8 está constituida por cuatro enzimas denominadas DszA, DszB, DszC y DszD (Gray y col. (1996) Nature Biotechnol. 14, 1705). Acerca de la función de estas enzimas se sabe que las proteínas DszA y DszC son monooxigenasas dependientes de FMNH_{2} que oxidan el DBT, la enzima DszB es una desulfinasa que libera el átomo de azufre de la estructura del DBT oxidado, y la enzima DszD es una flavin: NADPH reductasa que proporciona el FMNH_{2} que necesitan las enzimas DszA y DszC. También se sabe que los genes dszABC, que codifican las enzimas DszA, DszB y DszC, respectivamente, se encuentran formando un operón localizado en un plásmido, en tanto que el gen dszD, que codifica la reductasa DszD, se encuentra localizado en el cromosoma de la bacteria (Denome y col. (1994) J. Bacteriol. 176, 6707).The breakthrough in the field of oil biodesulfurization occurred with the isolation and characterization of the Rhodoccocus erythropolis IGTS8 (ATCC53968) bacteria, a Gram-positive bacterium obtained by the Institute of Gas Technology in Chicago that has been the source of inspiration for the development of many biocatalysts and processes (US Patents 5,356,801, 5,358,870, 5,358,813, 5,198,341, 5,132,219, 5,344,778, 5,104,801, 5,002,888, 5,804,433, 5,846,813, 5,879 .914, 5,733,773). This microorganism has a metabolic pathway called the "4S" pathway capable of transforming the dibenzothiophene (DBT) molecule into 2-hydroxybiphenyl (2HBP) and sulfite (McFarland et al. (1998) Crit. Rev. Microbiol. 4, 99; McFarland ( 1999) Curr. Opin. Microbiol. 2, 257), thus producing the removal of the sulfur atom from the DBT without loss of carbon atoms in its structure, which is of great interest to the oil and petrochemical industry. It should be noted that DBT is the molecule that most profusely has been used as a model compound to determine the desulfurizing capacity of a microorganism and, therefore, has been chosen for the studies described in this patent. The "4S" desulfurization pathway of R. erythropolis IGTS8 consists of four enzymes called DszA, DszB, DszC and DszD (Gray et al. (1996) Nature Biotechnol. 14, 1705). About the function of these enzymes it is known that the DszA and DszC proteins are FMNH2-dependent monooxygenases that oxidize DBT, the DszB enzyme is a desulfinase that releases the sulfur atom from the structure of the oxidized DBT, and the enzyme DszD is a flavin: NADPH reductase that provides the FMNH2 that DszA and DszC enzymes need. It is also known that the dszABC genes, which encode the enzymes DszA, DszB and DszC, respectively, are forming an operon located in a plasmid, while the dszD gene, which encodes the DszD reductase, is located on the chromosome of the bacteria (Denome et al. (1994) J. Bacteriol. 176, 6707).

Aunque casi todos los procesos de biodesulfuración descritos hasta la fecha se han realizado con microorganismos salvajes, recientemente se han descrito unos pocos casos en los que se ha utilizado para la biodesulfuración de DBT bacterias recombinantes de R. erythropolis IGTS8 (Patentes USA 5.733.773, 5.789.914, 5.804.433). En estos casos, se ha tratado de incrementar la capacidad desulfurante de la bacteria salvaje de R. erythropolis IGTS8 mediante la adición de genes por técnicas de ingeniería genética. Es decir, se ha tratado de mejorar un microorganismo que ya tenía la capacidad de desulfuración. Sin embargo, resulta interesante que no se hayan realizado muchos estudios para intentar desarrollar microorganismos recombinantes capaces de desulfurar DBT a partir de bacterias que no poseían inicialmente dicha capacidad. La primera descripción de uno de estos casos fue realizada cuando se donaron los genes dszABC de R. erythropolis IGTS8 en una cepa de Escherichia coli (Denome y col. (1994) J. Bacteriol. 176, 6707), si bien sólo se constató la capacidad desulfurante por el hecho de que las cepas eran capaces de crecer en un medio mínimo de cultivo que contenía DBT como única fuente de azufre. Aparentemente, los pocos datos aportados en este trabajo sugieren que la capacidad desulfurante de DBT de estas cepas de E. coli recombinantes era escasa. Más recientemente, se ha descrito la construcción de varias cepas recombinantes del género Pseudomonas que portaban los genes dszABC de R. erythropolis IGTS8 y que eran capaces de crecer en un medio mínimo de cultivo que contenía como única fuente de azufre DBT (Gallardo y col. (1997) J. Bacteriol. 179, 7156). En este caso, se pudo constatar que como consecuencia de la desulfuración del DBT se liberaba al medio de cultivo 2HBP y que las Pseudomonas recombinantes crecían más rápidamente en este medio mínimo que la cepa R. erythropolis IGTS8. A la vista de estos resultados se podía afirmar que las cepas de Pseudomonas recombinantes eran más eficaces que R. erythropolis IGTS8 en la desulfuración de DBT en las condiciones de cultivo ensayadas. Sin embargo, no se constató si estas cepas de Pseudomonas recombinantes eran capaces de desulfurar DBT en un reactor en condiciones de células en reposo (resting cells), el proceso de biodesulfuración de petróleo más utilizado a escala industrial (McFarland y col. (1998) Crit. Rev. Microbiol. 4, 99). Por otro lado, también hay que señalar que en estas cepas de Pseudomonas recombinantes sólo se habían introducido los genes de desulfuración, dszA, dszB, y dszC pero no el gen dszD cuyo producto también participa en el proceso. Se suponía que las Pseudomonas recombinantes podrían aportar una flavin: NADPH reductasa endógena que proporcionaría FMNH_{2} a las enzimas DszA y DszC, sin embargo los ensayos llevados a cabo con estas cepas indicaron que la desulfuración era menos eficiente de lo esperado. Por este motivo, recientemente se describió un procedimiento mediante el cual se pueden obtener organismos capaces de desulfurar eficazmente DBT tras donar los genes dszABC implicados en la desulfuración de este compuesto, procedentes de la bacteria R. erythropolis IGTS8, junto con el gen hpaC que codifica la flavin: NADH reductasa HpaC de E. coli W (Galán y col. (2000) J. Bacteriol. 182, 627), en una bacteria del género Pseudomonas (Solicitud de Patente Española 200000661).Although almost all the biodesulphurization processes described to date have been carried out with wild microorganisms, a few cases have recently been described in which recombinant bacteria of R. erythropolis IGTS8 (US Patents 5,733,773, have been used for biodesulfurization of DBT) 5,789,914, 5,804,433). In these cases, attempts have been made to increase the desulfurizing capacity of the wild bacteria of R. erythropolis IGTS8 by adding genes by genetic engineering techniques. That is, it has tried to improve a microorganism that already had the ability to desulfurize. However, it is interesting that not many studies have been carried out to try to develop recombinant microorganisms capable of desulfurizing DBT from bacteria that did not initially possess such capacity. The first description of one of these cases was made when the dszABC genes of R. erythropolis IGTS8 were donated in a strain of Escherichia coli (Denome et al. (1994) J. Bacteriol. 176, 6707), although only the desulfurizing capacity due to the fact that the strains were capable of growing in a minimum culture medium containing DBT as the sole source of sulfur. Apparently, the few data provided in this work suggest that the desulfurizing capacity of DBT of these recombinant E. coli strains was low. More recently, the construction of several recombinant strains of the genus Pseudomonas that carried the dszABC genes of R. erythropolis IGTS8 and that were capable of growing in a minimal culture medium containing as the sole source of sulfur DBT (Gallardo et al. (1997) J. Bacteriol. 179, 7156). In this case, it was found that as a consequence of the desulfurization of the DBT, 2HBP was released to the culture medium and that the recombinant Pseudomonas grew faster in this minimal medium than the strain R. erythropolis IGTS8. In view of these results, it could be stated that the recombinant Pseudomonas strains were more effective than R. erythropolis IGTS8 in the desulfurization of DBT under the culture conditions tested. However, it was not found when these recombinant strains of Pseudomonas were capable of desulfurizing DBT in a reactor capable of resting cells (resting cells), the process biodesulfuración oil most used at industrial scale (McFarland et al. (1998) Crit. Rev. Microbiol. 4, 99). On the other hand, it should also be noted that in these recombinant Pseudomonas strains only the desulfurization, dszA, dszB , and dszC genes had been introduced but not the dszD gene whose product also participates in the process. It was assumed that the recombinant Pseudomonas could provide an endogenous flavin: NADPH reductase that would provide FMNH2 to the enzymes DszA and DszC, however the tests carried out with these strains indicated that desulfurization was less efficient than expected. For this reason, a procedure was recently described by which organisms capable of efficiently desulfurizing DBT can be obtained after donating the dszABC genes involved in the desulfurization of this compound, from the R. erythropolis IGTS8 bacteria, together with the hpaC gene that encodes flavin: NADH HpaC reductase from E. coli W (Galán et al. (2000) J. Bacteriol. 182, 627), in a bacterium of the genus Pseudomonas (Spanish Patent Application 200000661).

En la presente patente se ha desarrollado un método para obtener células de Pseudomonas putida KTH2 (pESOX3) (en lo sucesivo denominada Pseudomonas putida CECT5279) con capacidad desulfurante máxima. Para ello se han determinado las condiciones de operación óptimas (temperatura, pH, oxígeno disuelto, concentración inicial de fuente de nitrógeno) cuando se emplea un medio de crecimiento mínimo en el que la fuente de carbono es ácido glutámico.In the present patent a method has been developed to obtain Pseudomonas putida KTH2 cells (pESOX3) (hereinafter referred to as Pseudomonas putida CECT5279) with maximum desulfurizing capacity. For this, the optimal operating conditions (temperature, pH, dissolved oxygen, initial concentration of nitrogen source) have been determined when a minimum growth medium is used in which the carbon source is glutamic acid.

Descripción de la invenciónDescription of the invention Procedimiento de cultivo de la Pseudomonas putida recombinante (CECT 5279) para su utilización en la desulfuración de dibenzotiofenoCultivation procedure of recombinant Pseudomonas putida (CECT 5279) for use in desulfurization of dibenzothiophene

La presente invención describe un procedimiento mediante el cual se lleva a cabo el cultivo y crecimiento de la bacteria modificada genéticamente Pseudomonas putida CECT5279 en las condiciones de operación idóneas (preparación de inóculo, medio de cultivo, pH, temperatura, oxígeno disuelto) para obtener la mayor capacidad desulfurante del compuesto modelo (dibenzotiofeno), empleando para ello un periodo de tiempo corto con relación a los empleados con células de otros microorganismos con la citada capacidad natural.The present invention describes a process by which the cultivation and growth of the genetically modified bacterium Pseudomonas putida CECT5279 is carried out under the ideal operating conditions (inoculum preparation, culture medium, pH, temperature, dissolved oxygen) to obtain the greater desulfurizing capacity of the model compound (dibenzothiophene), using a short period of time in relation to those used with cells of other microorganisms with the aforementioned natural capacity.

El proceso de producción de un biocatilizador de dibenzotiofeno está basado en la mejora de la capacidad de eliminación selectiva de azufre de moléculas órgano-sulfuradas empleando como modelo el dibenzotiofeno que tiene la bacteria recombinante Pseudomonas putida KTH2 (pESOX3) obtenida mediante Ingeniería Genética y depositada en la Colección Española de Cultivos tipo (CECT) como Pseudomonas putida CECT5279.The production process of a dibenzothiophene biocatilizer is based on the improvement of the sulfur elimination capacity of organosulfurized molecules using the dibenzothiophene model that has the recombinant bacterium Pseudomonas putida KTH2 (pESOX3) obtained through Genetic Engineering and deposited in a model the Spanish Type Culture Collection (CECT) such as Pseudomonas putida CECT5279.

En el origen de esta invención se pensó que las condiciones de operación empleadas durante el crecimiento de la citada bacteria debían presentar una elevada influencia sobre la capacidad de desulfuración de la misma. Para demostrar que las citadas condiciones de operación presentan elevada influencia en la obtención de 2HBP a partir de dibenzotiofeno cuando se emplea P. putida CECT5279 crecida sobre ácido glutámico, se procedió en primer lugar a determinar la influencia de la presencia de amonio en el medio de cultivo. En segundo lugar se determinó la influencia de la temperatura. En tercer lugar, se procedió a la determinación de la influencia de la transferencia de oxígeno. Los resultados obtenidos permitieron establecer las condiciones de operación óptimas en un sistema de fermentación en matraz para mejorar tanto el rendimiento en la producción del catalizador como su capacidad catalítica, y, por lo tanto, supone un avance significativo en el desarrollo del proceso de desulfuración.At the origin of this invention it was thought that the operating conditions employed during the growth of said bacterium should have a high influence on the desulfurization capacity thereof. To demonstrate that the aforementioned operating conditions have a high influence on obtaining 2HBP from dibenzothiophene when P. putida CECT5279 grown on glutamic acid is used, we first proceeded to determine the influence of the presence of ammonium in the medium of culture. Secondly, the influence of temperature was determined. Thirdly, the influence of oxygen transfer was determined. The results obtained allowed us to establish the optimal operating conditions in a flask fermentation system to improve both the production efficiency of the catalyst and its catalytic capacity, and, therefore, represents a significant advance in the development of the desulfurization process.

A continuación, se examina la posibilidad de aplicar estos conocimientos al desarrollo de la producción del biocatalizador P. putida CECT5279 mediante su fermentación en un bioreactor. Por eso la última etapa de esta invención consistió en optimizar las condiciones de operación en un bioreactor para obtener los mejores rendimientos del biocatalizador tanto en cuanto a su biomasa como en cuanto a su poder de desulfuración. Para ello fue necesario no sólo utilizar un medio de cultivo optimizado como se había descrito más arriba, sino también encontrar el equilibrio justo entre la producción de biomasa, la inducción del sistema de desulfuración y la cantidad de oxígeno suministrado al bioreactor Los resultados obtenidos demuestran que en las condiciones desarrolladas en el bioreactor es posible obtener una considerable mejora en la producción con respecto al procedimiento inicialmente desarrollado para la producción en matraz.Next, we examine the possibility of applying this knowledge to the development of the production of the P. putida CECT5279 biocatalyst by fermentation in a bioreactor. Therefore, the last stage of this invention consisted of optimizing the operating conditions in a bioreactor to obtain the best yields of the biocatalyst both in terms of its biomass and in terms of its desulfurization power. For this, it was necessary not only to use an optimized culture medium as described above, but also to find the right balance between the production of biomass, the induction of the desulfurization system and the amount of oxygen supplied to the bioreactor. The results obtained show that under the conditions developed in the bioreactor it is possible to obtain a considerable improvement in production with respect to the procedure initially developed for flask production.

Descripción de las figurasDescription of the figures

Para facilitar la comprensión de la invención y formando parte de esta memoria descriptiva se acompañan una serie de figuras.To facilitate the understanding of the invention and being part of this descriptive report are accompanied by a series of figures.

La figura 1 muestra los resultados experimentales obtenidos en los experimentos realizados a 30ºC en matraz utilizando una incubadora orbital (250 r.p.m.) empleando medio BSM (ver Ejemplo 1) para realizar los experimentos con 20 g/L de ácido glutámico como fuente de carbono adicionando o no amonio al medio de cultivo. La concentración inicial de partida es de 0,1 g/l de biomasa obtenida según se especifica en el Ejemplo 1. El seguimiento de biomasa, pH, amonio y capacidad desulfurante en las muestras se ha llevado a cabo según se especifica en el Ejemplo 1. Se observan los resultados experimentales referentes a la capacidad de desulfuración en valores numéricos porcentuales para cada uno de los experimentos representados.Figure 1 shows the experimental results obtained in the experiments performed at 30 ° C in a flask using an orbital incubator (250 rpm) using BSM medium (see Example 1) to perform the experiments with 20 g / L of acid glutamic as a carbon source by adding or not ammonium to the medium of cultivation The initial starting concentration is 0.1 g / l of biomass obtained as specified in Example 1. The monitoring of biomass, pH, ammonium and desulfurizing capacity in Samples have been carried out as specified in Example 1. The experimental results regarding capacity are observed desulfurization in percentage numerical values for each of The experiments represented.

En la figura 2 se representan los resultados experimentales obtenidos en los experimentos realizados a diferentes temperaturas (28, 30 y 32ºC) en matraz utilizando una incubadora orbital (250 r.p.m.) empleando medio BSM (ver Ejemplo 1) para realizar los experimentos con 20 g/L de ácido glutámico como fuente de carbono y amonio como fuente de nitrógeno al medio de cultivo. La concentración inicial de partida es de 0,1 g/l de biomasa obtenida según se especifica en el Ejemplo 1. El seguimiento de biomasa, pH y capacidad desulfurante en las muestras se ha llevado a cabo según se especifica en el Ejemplo 1. Se observan los resultados experimentales referentes a la capacidad de desulfuración en valores numéricos porcentuales para cada uno de los experimentos representados.The results are shown in Figure 2 experimental results obtained in the experiments performed different temperatures (28, 30 and 32 ° C) in a flask using a orbital incubator (250 rpm) using BSM medium (see Example 1) to perform the experiments with 20 g / L of glutamic acid as source of carbon and ammonium as a source of nitrogen to the medium of culture. The initial starting concentration is 0.1 g / l of biomass obtained as specified in Example 1. The monitoring of biomass, pH and desulfurizing capacity in the samples has been carried out as specified in Example 1. It is observe the experimental results regarding the ability to desulfurization in percentage numerical values for each of The experiments represented.

La figura 3 muestra los resultados experimentales obtenidos en los experimentos realizados a 30ºC en matraz utilizando una incubadora orbital (250 r.p.m.) y en fermentador comercial de 2 L de volumen de trabajo - con IPTG desde el inicio del experimento e IPTG adicionado a las 4 horas -, empleando medio BSM (ver Ejemplo 1) para realizar los experimentos con 20 g/L de ácido glutámico como fuente de carbono y amonio como fuente de nitrógeno. La concentración inicial de partida es de 0,1 g/l de biomasa obtenida según se especifica en el Ejemplo 1. El seguimiento de biomasa, pH y capacidad desulfurante en las muestras se ha llevado a cabo según se especifica en el Ejemplo 1. Se observan los resultados experimentales referentes a la capacidad de desulfuración en valores numéricos porcentuales para cada uno de los experimentos representados.Figure 3 shows the experimental results obtained in the experiments performed at 30 ° C in a flask using an orbital incubator (250 r.p.m.) and in a fermenter 2L commercial workload - with IPTG from the start of the experiment and IPTG added at 4 hours -, using medium BSM (see Example 1) to perform the experiments with 20 g / L of glutamic acid as a source of carbon and ammonium as a source of nitrogen. The initial starting concentration is 0.1 g / l of biomass obtained as specified in Example 1. The monitoring of biomass, pH and desulfurizing capacity in the samples has been carried out as specified in Example 1. It is observe the experimental results regarding the ability to desulfurization in percentage numerical values for each of The experiments represented.

Modo de realización de la invenciónEmbodiment of the invention

A la presente invención referida a un procedimiento de producción de un biocatalizador, se acompañan los siguientes ejemplos.To the present invention related to a Production procedure of a biocatalyst, the following examples.

Ejemplo 1Example 1 Análisis de la capacidad desulfurante de DBT de Pseudomonas putida CECT5279 crecida en matraz e incubadora orbital en presencia y ausencia de amonio en el medio de cultivo realizado en las siguientes etapasAnalysis of the desulfurizing capacity of DBT of Pseudomonas putida CECT5279 grown in flask and orbital incubator in the presence and absence of ammonium in the culture medium performed in the following stages Preparación del medio de cultivoPreparation of culture medium

Para los estudios sobre el crecimiento del microorganismo Pseudomonas putida CECT5279 descritos en esta patente se ha utilizado como medio de cultivo básico el medio mínimo denominado BSM (Medio Basal Salino) formado por los siguientes compuestos en las siguientes concentraciones: fosfato monosódico monohidrato 4 g/L; fosfato dipotásico trihidrato 4 g/L; cloruro de magnesio hexahidrato 0,0245 g/L; cloruro de calcio dihidrato 0,001 g/L; cloruro de hierro (III) hexahidrato 0,001 g/L; tetraciclina 25 \mug/mL; sulfato de magnesio 2 mM; Glicerol 2%; ácido glutámico 20 g/L. Ajustar a pH 7 con NaOH. Además, a este medio se le añade cloruro de amonio 2 g/L como fuente de nitrógeno, a excepción del ensayo en el que se estudia la ausencia de este compuesto (ejemplo 1). El inductor de la capacidad desulfurante: isopropil-\beta-D-tiogalactopiranosido (IPTG) 2 \muL/mL se adiciona siempre pero puede llevarse a cabo el ensayo con IPTG desde el comienzo (ejemplos 1, 2 y 3) o ser adicionado tras 4 horas de haber iniciado el crecimiento (ejemplo 3).For the studies on the growth of the microorganism Pseudomonas putida CECT5279 described in this patent, the minimum medium called BSM (Basal Saline Medium) formed by the following compounds in the following concentrations has been used as basic culture: monosodium phosphate monohydrate 4 g / L ; Dipotassium phosphate trihydrate 4 g / L; magnesium chloride hexahydrate 0.0245 g / L; calcium chloride dihydrate 0.001 g / L; iron (III) chloride hexahydrate 0.001 g / L; tetracycline 25 µg / mL; 2 mM magnesium sulfate; 2% glycerol; glutamic acid 20 g / L. Adjust to pH 7 with NaOH. In addition, 2 g / L ammonium chloride is added to this medium as a source of nitrogen, with the exception of the test in which the absence of this compound is studied (example 1). The desulfurizing capacity inducer: isopropyl-? -D-thiogalactopyranoside (IPTG) 2 µL / mL is always added but the IPTG test can be carried out from the beginning (examples 1, 2 and 3) or added after 4 hours after starting growth (example 3).

Preparación del preinóculoPreinocle Preparation

En todos los casos se ha empleado un método previamente estandarizado de preparación del inóculo, lo que proporciona total reproducibilidad de los resultados experimentales. Para la preparación del preinóculo se ha utilizado la bacteria P. putida CECT5279, que se ha conservado en tubos Eppendorf de 1,5 mL de capacidad con una solución de medio LB (Extracto de levadura 5 g/L; triptona 10 g/L; cloruro sódico 10 g/L) y glicerina al 50% a una temperatura de -18ºC durante un tiempo máximo de tres semanas. El preinóculo se prepara en medio LB inoculando matraces Erlenmeyer con 50 mL de medio LB, con 50 \muL del contenido del Eppendorf e incubándolos en incubadora orbital a 30ºC y 250 r.p.m. durante 12 horas. Este preinóculo se emplea como se describe en cada ejemplo.In all cases, a previously standardized method of inoculum preparation has been used, which provides total reproducibility of the experimental results. For the preparation of the pre-circle, P. putida CECT5279 bacteria have been used, which has been preserved in Eppendorf tubes of 1.5 mL capacity with a solution of LB medium (Yeast extract 5 g / L; tryptone 10 g / L; 10 g / L sodium chloride) and 50% glycerin at a temperature of -18 ° C for a maximum period of three weeks. The pre-circle is prepared in LB medium by inoculating Erlenmeyer flasks with 50 mL of LB medium, with 50 µL of the contents of the Eppendorf and incubating them in an orbital incubator at 30 ° C and 250 rpm for 12 hours. This preinocle is used as described in each example.

Técnicas analíticas utilizadasAnalytical techniques used Análisis de biomasaBiomass analysis

Para el seguimiento del crecimiento del microorganismo empleado se ha utilizado un método de análisis de la concentración de biomasa (g/L) basado en la medida de la turbidez del caldo, es decir un método óptico que relaciona la absorbancia que presentan las bacterias, en longitudes de onda del espectro visible, con el peso seco del microorganismo. Consiste, por lo tanto, en medir la absorbancia de la muestra a una cierta longitud de onda, frente a un blanco. La longitud de onda empleada para este análisis fue de 600 nm y el blanco utilizado, agua destilada. El análisis de la biomasa durante los experimentos se realiza según el siguiente protocolo experimental: Se toma una muestra del bioreactor o incubadora orbital y se diluye con agua destilada, de modo que la absorbancia medida entre dentro de la región lineal de la curva de calibrado. El valor de absorbancia obtenido a 600 nm es convertido en concentración mediante la ecuación:For monitoring the growth of microorganism employed a method of analysis of the biomass concentration (g / L) based on turbidity measurement of the broth, that is to say an optical method that relates the absorbance that present the bacteria, in wavelengths of the spectrum visible, with the dry weight of the microorganism. It consists, so therefore, in measuring the absorbance of the sample to a certain length Wave, in front of a target. The wavelength used for this Analysis was 600 nm and the target used, distilled water. He Biomass analysis during experiments is performed according to the following experimental protocol: A sample of the orbital bioreactor or incubator and diluted with distilled water, of so that the measured absorbance enters within the linear region of The calibration curve. The absorbance value obtained at 600 nm is turned into concentration through the equation:

C_{biomasa} \ (g/L) = 0,621 \ Abs \ _{600 nm}C_ {biomass} \ (g / L) = 0.621 \ Abs \ 600 nm}

Medida de la concentración de sustrato nitrogenadoNitrogen substrate concentration measurement

La concentración de nitrógeno (en forma de sal de amonio) ha sido medida empleando un electrodo de membrana semipermeable de la casa ORIÓN, modelo 720A. El procedimiento seguido para el análisis del amonio ha sido el siguiente: Se toma una muestra y se diluye si es necesario hasta un volumen de 10 mL y se adiciona una disolución compuesta por: NaOH 5 M, EDTA 0,5 M, metanol 10% y azul de timol, hasta alcanzar valores de pH superiores a 10 (momento en el que el indicador azul de timo) vira de incoloro a azulado). Para asegurar que la reacción se lleva a cabo correctamente, siempre se adicionan 10 gotas de la disolución, agitando la muestra constantemente. El calibrado se realiza introduciendo dos patrones de concentración conocida (10 y 100 p.p.m.). El intervalo de concentración de calibrado es de 0 a 100 p.p.m. Los patrones son analizados del modo 5 indicado y la pendiente es calculada y almacenada por el equipo de modo que, una vez realizado el calibrado, la concentración es leída directamente.The nitrogen concentration (as salt of ammonium) has been measured using a membrane electrode semipermeable house ORION, model 720A. The procedure followed for the analysis of ammonium has been the following: It is taken a sample and diluted if necessary to a volume of 10 mL and a solution consisting of: 5 M NaOH, 0.5 M EDTA, is added, 10% methanol and thymol blue, until pH values are reached greater than 10 (when the blue thymus indicator) turns colorless to bluish). To ensure that the reaction takes done correctly, 10 drops of the solution are always added, Shaking the sample constantly. The calibration is done introducing two patterns of known concentration (10 and 100 p.p.m.). The calibration concentration range is 0 to 100 p.p.m. The patterns are analyzed as indicated 5 and the pending is calculated and stored by the team so that, a Once the calibration is done, the concentration is read directly.

Análisis de los compuestos de la ruta de desulfuración 4SAnalysis of the 4S desulfurization path compounds

Se realiza mediante cromatografía líquida de alta resolución. El cromatógrafo empleado para este fin es de la marca HEWLETT PACKARD, serie 1100, con detector "diode array". La columna empleada es del tipo C-8 de 3 \mum (150 x 4,6 mm); como eluyente se ha usado una mezcla acetonitrilo/agua Mili Q (50:50), con un caudal de 1 L/min y a 25ºC de temperatura, midiendo en el detector a una longitud de onda de 240 nm. En estas condiciones se identifican: DBT, a un tiempo de elución de 14,9 minutos, el 2HBP, a 5,9 minutos, el dibenzotiofeno sulfona (DBTO_{2}), que aparece a los 4 minutos y el dibenzotiofeno sulfóxido (DBTO) a 2,7 minutos. Las ecuaciones de calibrado obtenidas son las siguientes:It is performed by high-performance liquid chromatography. resolution. The chromatograph used for this purpose is of the brand HEWLETT PACKARD, 1100 series, with "diode array" detector. The column used is of type C-8 of 3 µm (150 x 4.6 mm); As eluent an acetonitrile / water mixture has been used Mili Q (50:50), with a flow rate of 1 L / min and at a temperature of 25ºC, measuring in the detector at a wavelength of 240 nm. In these Conditions are identified: DBT, at an elution time of 14.9 minutes, 2HBP, 5.9 minutes, dibenzothiophene sulfone (DBTO_ {2}), which appears at 4 minutes and dibenzothiophene sulfoxide (DBTO) at 2.7 minutes. The calibration equations obtained are the following:

C_{DBT}(\mu M) = 0,00478 \cdot Área_{14,9 min} - 0,283C_ {DBT} (µM) = 0.00478 \ Area_ {14.9 min} - 0.283

C_{HBP}(\mu M) = 0,03536 \cdot Área_{5,9 min} - 0,621C_ {HBP} (µM) = 0.03536 \ Area_ {5.9 min} - 0.621

C_{DBTO_{2}}(\mu M) = 0,0095 \cdot Área_{4 min} - 0,41C_ {DBTO_ {2}} (µM) = 0.0095 \ cdot Area_ {4 min} - 0.41

C_{DBTO}(\mu M) = 0,03 \cdot A_{2,7 min} - 0,06C_ {DBTO} (\ mu M) = 0.03 • A 2.7 min - 0.06

El otro compuesto de la ruta 4S, el hidroxibifenilsulfinito (HBPSi) se analiza a pH entre 1 y 2 para ser detectado con el detector UV-VIS en forma cerrada - denominada sultine -. Se analiza empleando una columna C18 de 3 \mum (150 x 4,6 mm), como eluyente se ha usado una mezcla acetonitrilolagua Mili Q (50:50), con un caudal de 1 mL/min a una temperatura de 25ºC. El compuesto se detecta a 1,99 minutos en una longitud de onda de 210 nm, siendo la ecuación de calibrado de la concentración en función del área obtenida del pico:The other compound of the 4S route, the hydroxybiphenylsulfinite (HBPSi) is analyzed at pH between 1 and 2 to be detected with the UV-VIS detector in form closed - called sultine -. It is analyzed using a C18 column 3 µm (150 x 4.6 mm), a mixture used as eluent acetonitrilolagua Mili Q (50:50), with a flow rate of 1 mL / min at temperature of 25 ° C. The compound is detected at 1.99 minutes in a 210 nm wavelength, being the calibration equation of the concentration depending on the area obtained from the peak:

C_{HBPSi}(\mu M) = 0,021 \cdot Área_{1,99 min} - 0,6C_ {HBPSi} (µ M) = 0.021 \ Area_ {1.99 min} - 0.6

En resumen, el protocolo para la preparación de las muestras para el seguimiento de la desulfuración es el siguiente: se toman 0,5 mL de muestra a cada tiempo de ensayo de células en reposo (resting cells). Se añade 0,5 mL de acetonitrilo y, a continuación, se centrifuga a 9000 rpm y 4ºC durante 10 minutos. Se toma una alícuota del sobrenadante para ser analizada mediante HPLC y detectar DBT, 2HBP, DBTO_{2} y DBTO. El área de cada pico correspondiente a cada compuesto permite calcular su concentración usando la ecuación de calibrado correspondiente. Posteriormente se acidifican con HCI (10 \muL) el contenido de los viales para alcanzar un pH entre 1 y 2 y se analizan con la columna C18 para detectar el HBPSi.In summary, the protocol for the sample preparation for monitoring the desulfurization is as follows: 0.5 mL of sample taken each time to test cells at rest (resting cells). 0.5 mL of acetonitrile is added and then centrifuged at 9000 rpm and 4 ° C for 10 minutes. An aliquot of the supernatant is taken to be analyzed by HPLC and detect DBT, 2HBP, DBTO_ {2} and DBTO. The area of each peak corresponding to each compound allows its concentration to be calculated using the corresponding calibration equation. Subsequently, the contents of the vials are acidified with HCI (10 µL) to reach a pH between 1 and 2 and analyzed with column C18 to detect HBPSi.

Análisis de la capacidad de desulfuraciónDesulfurization capacity analysis

El análisis de la desulfuración se realiza mediante el sistema de células en reposo (resting cells). El protocolo de realización es el siguiente: se parte de una muestra cuyas células han sido tomadas durante el crecimiento en el medio BSM y conservadas en glicerol al 50% a -18ºC. Las muestras se descongelan y se mide su concentración de biomasa, para conocer el volumen de inóculo necesario para realizar el ensayo de desulfuración con una concentración de 0,75 g/L de dicha biomasa. Paralelamente se añade DBT al tampón HEPES a pH 8 (40 mL en Erlenmeyer de 250 mL), para tener una concentración inicial de DBT de 25 \muM. Se deja en incubadora el tampón con el DBT durante 15 minutos a 30ºC de temperatura y 250 r.p.m. A continuación se inocula en el Erlenmeyer la cantidad antes fijada de biomasa. El seguimiento de la desulfuración se realiza tomando muestras cada 30 minutos durante 3 horas. Estas muestras se analizarán posteriormente mediante HPLC, tal como se ha indicado. El parámetro indicador de la capacidad desulfurante es el que se ha denominado porcentaje de desulfuración, cuyo valor se obtiene de acuerdo a la siguiente expresión:The analysis is performed by desulfurization system resting cells (resting cells). The embodiment protocol is as follows: it is based on a sample whose cells have been taken during growth in the BSM medium and stored in 50% glycerol at -18 ° C. The samples are thawed and their biomass concentration is measured, to know the inoculum volume necessary to perform the desulfurization test with a concentration of 0.75 g / L of said biomass. In parallel, DBT is added to the HEPES buffer at pH 8 (40 mL in Erlenmeyer 250 mL), to have an initial DBT concentration of 25 µM. The buffer with the DBT is left in an incubator for 15 minutes at a temperature of 30 ° C and 250 rpm. Then the previously set amount of biomass is inoculated in the Erlenmeyer. Desulfurization is monitored by taking samples every 30 minutes for 3 hours. These samples will be subsequently analyzed by HPLC, as indicated. The parameter indicating the desulfurizing capacity is what has been called the percentage of desulfurization, whose value is obtained according to the following expression:

%BDS = \frac{C_{HBP}}{C_{DBT}} x 100% BDS = \ frac {C_ {HBP}} {C_ {DBT}} x 100

El objetivo de estos experimentos era conocer la influencia que la introducción de amonio en el medio de cultivo presenta sobre la capacidad de desulfuración P. putida CECT5279 durante las distintas etapas del crecimiento cuando se utiliza como fuente de carbono un aminoácido como el ácido glutámico. Para observar dicha influencia se realizaron dos experimentos. En el primero de ellos se utilizó cloruro amónico 34 mM más ácido glutámico 136 mM como fuente de nitrógeno. En el segundo de ellos se utilizó el ácido glutámico 136 mM como única fuente de nitrógeno.The objective of these experiments was to know the influence that the introduction of ammonium in the culture medium has on the capacity of desulfurization P. putida CECT5279 during the different stages of growth when an amino acid such as glutamic acid is used as a carbon source. To observe this influence, two experiments were performed. In the first one, 34 mM ammonium chloride plus 136 mM glutamic acid was used as the nitrogen source. In the second of them, 136 mM glutamic acid was used as the sole source of nitrogen.

Los experimentos se llevaron a cabo de la siguiente manera. Se reparten 50 mL del medio BSM (sales y ácido glutámico) en matraces Erlenmeyer de 250 mL. Posteriormente se introduce el IPTG (100 \muL), para tener una concentración de 0,2 mM, y la tetraciclina (50 \muL), para que la concentración sea de 50 \muL. En la mitad de los matraces se añade también cloruro amónico. Los matraces se inoculan con el preinóculo preparado según se ha explicado previamente, para que la concentración de partida en ellos sea de 0,1 g/L de biomasa. Se introducen los matraces Erlenmeyer inoculados en la incubadora orbital con una agitación de 250 r.p.m. y una temperatura de 30ºC. Se toman muestras (un matraz Erlenmeyer por punto) y se procesan, como se indicará más adelante, con el fin de realizar el seguimiento del proceso y para la posterior realización del test de desulfuración (resting cells).The experiments were carried out as follows. 50 mL of the BSM medium (salts and glutamic acid) are distributed in 250 mL Erlenmeyer flasks. Subsequently, the IPTG (100 µL) is introduced, to have a concentration of 0.2 mM, and the tetracycline (50 µL), so that the concentration is 50 µL. Ammonium chloride is also added in half of the flasks. The flasks are inoculated with the pre-circle prepared as previously explained, so that the starting concentration in them is 0.1 g / L of biomass. The inoculated Erlenmeyer flasks are introduced into the orbital incubator with a stirring of 250 rpm and a temperature of 30 ° C. Samples (one Erlenmeyer flask per point) are taken and processed, as indicated below, in order to monitor the process and for subsequent desulfurization test ( resting cells ).

Durante el desarrollo de los cultivos se llevaron a cabo el análisis y seguimiento de la biomasa, amonio, ácido glutámico, pH y capacidad de desulfuración. El volumen del Erlenmeyer (50 mL) se centrifuga a 9000 r.p.m. durante 10 min a 4ºC, con el fin de separar el caldo de las células, y de esta forma parar el crecimiento y la evolución de las muestras. El caldo es conservado en tubos estériles e introducido en congelador para su conservación hasta el análisis de los diferentes componentes del caldo. El sedimento con las células es lavado con 50 ml de suero salino y centrifugado nuevamente en las condiciones comentadas anteriormente. El sobrenadante será eliminado y el sedimento será resuspendido en 10 mL de glicerol al 50% para su conservación hasta la realización del test de desulfuración (resting cells).During the development of the cultures, the analysis and monitoring of the biomass, ammonium, glutamic acid, pH and desulfurization capacity were carried out. The volume of the Erlenmeyer (50 mL) is centrifuged at 9000 rpm for 10 min at 4 ° C, in order to separate the broth from the cells, and thus stop the growth and evolution of the samples. The broth is preserved in sterile tubes and placed in a freezer for preservation until the analysis of the different components of the broth. The sediment with the cells is washed with 50 ml of saline and centrifuged again under the conditions mentioned above. The supernatant will be removed and the sediment will be resuspended in 10 mL of 50% glycerol for preservation until the desulfurization test (resting cells ) is performed.

En la Figura 1 se recogen los resultados obtenidos a partir de los citados experimentos, observándose que no se presentan diferencias en las evoluciones de la biomasa y del pH a lo largo del experimento (20 horas) entre los cultivos que contienen cloruro amónico y los que no lo contienen. En los cultivos que no contienen cloruro amónico se produce una acumulación progresiva de amonio debido a que el microorganismo debe emplear en mayor medida la parte hidrocarbonada de la molécula del ácido glutámico y le sobra amonio, que deja en el caldo. Sin embargo, cuando se introduce ión amonio en el caldo, se produce un descenso en su concentración durante las 10 primeras horas de fermentación, produciéndose después un aumento del amonio a la misma velocidad que en el caso anterior.The results are shown in Figure 1 obtained from the aforementioned experiments, noting that there are differences in the evolution of biomass and pH throughout the experiment (20 hours) between the crops that they contain ammonium chloride and those that do not contain it. In the cultures that do not contain ammonium chloride produce a progressive accumulation of ammonium because the microorganism must  use the hydrocarbon part of the molecule to a greater extent glutamic acid and leftover ammonia, which leaves in the broth. Without However, when ammonium ion is introduced into the broth, a decrease in concentration during the first 10 hours of fermentation, then producing an increase in ammonium at same speed as in the previous case.

La capacidad desulfurante del microorganismo obtenido en estas condiciones se realiza y calcula como se ha indicado anteriormente. Mientras que las células crecidas en presencia de amonio llegan a presentar un máximo de desulfuración de alrededor del 70%, las obtenidas sin amonio no superan en ningún caso el 25% de desulfuración. Este resultado indica la importancia del amonio para obtener células con capacidad desulfurante.The desulfurizing capacity of the microorganism obtained under these conditions is performed and calculated as indicated above. While the cells grown in The presence of ammonium has a maximum desulfurization of around 70%, those obtained without ammonium do not exceed in any case 25% desulfurization. This result indicates the importance of ammonium to obtain cells with desulfurizing capacity.

Ejemplo 2Example 2 Análisis de la capacidad desulfurante de DBT de Pseudomonas putida CECT5279 crecida en matraz e incubadora orbital a diferentes temperaturasAnalysis of DBT desulfurizing capacity of Pseudomonas putida CECT5279 grown in flask and orbital incubator at different temperatures

Se desarrolla como en el ejemplo 1 donde para comprobar la influencia de la temperatura de operación en la capacidad de desulfuración desarrollada por las células de P. putida CECT5279 se procedió a la realización de experimentos a distintas temperaturas en un medio de cultivo que contiene cloruro amónico. Los experimentos se llevaron a cabo de la siguiente manera. Para cada experimento realizado a una temperatura determinada, se prepararon matraces Erlenmeyer con medio de cultivo conteniendo cloruro amónico como se describe en el ejemplo 1. Los matraces Erlenmeyer inoculados se introdujeron en la incubadora orbital con una agitación de 250 r.p.m. a las temperaturas objeto de estudio, es decir 28ºC, 30ºC, y 32ºC. Se tomaron muestras (un matraz Erlenmeyer por punto) y se procesaron y analizaron como se indicó en el ejemplo 1.It is developed as in Example 1, where to check the influence of the operating temperature on the desulfurization capacity developed by P. putida CECT5279 cells, experiments were carried out at different temperatures in a culture medium containing ammonium chloride. . The experiments were carried out as follows. For each experiment performed at a given temperature, Erlenmeyer flasks were prepared with culture medium containing ammonium chloride as described in example 1. The inoculated Erlenmeyer flasks were introduced into the orbital incubator with a stirring of 250 rpm at the temperatures under study. , ie 28 ° C, 30 ° C, and 32 ° C. Samples (one Erlenmeyer flask per point) were taken and processed and analyzed as indicated in example 1.

En la Figura 2 se recogen los resultados comparativos de los tres experimentos comentados, observándose que el máximo nivel de desulfuración se obtiene cuando las células se cultivan a una temperatura de 30ºC.The results are shown in Figure 2 comparisons of the three commented experiments, observing that the maximum level of desulfurization is obtained when the cells are grown at a temperature of 30 ° C.

Ejemplo 3Example 3 Análisis de la capacidad desulfurante de DBT de Pseudomonas putida CECT5279 en un reactor de 2 L de volumen de trabajoAnalysis of the desulfurizing capacity of DBT of Pseudomonas putida CECT5279 in a reactor of 2 L of work volume

Como en el ejemplo 1, para determinar la influencia del transporte de oxígeno (o de la cantidad de oxígeno disuelto al que puede acceder el microorganismo) en la preparación de células con capacidad de desulfuración de DBT, se realizó un experimento empleando un reactor comercial tipo tanque agitado de la marca Braun Biotech (actualmente Sartorius), modelo Biostat B, empleando una cuba de un volumen de trabajo de 2 L, con sensores de medida de pH, oxígeno disuelto y temperatura.As in Example 1, to determine the influence of oxygen transport (or the amount of dissolved oxygen that the microorganism can access) in the preparation of cells with DBT desulfurization capacity, an experiment was conducted using a commercial reactor type Stirred tank of the Braun Biotech brand (currently Sartorius ), model Biostat B, using a tank with a working volume of 2 L, with pH, dissolved oxygen and temperature measurement sensors.

En el reactor se puede controlar la cantidad de aire (caudal) y la velocidad de agitación de forma programada para evitar la existencia de daño celular causado por estrés hidrodinámico. De este modo, es posible mantener el oxígeno disuelto en el sistema en valores no limitantes para el crecimiento de un microorganismo aerobio como es el empleado. Otro objetivo de este experimento, es la determinación del impacto del estrés oxidativo en la producción del biocatalizador.In the reactor you can control the amount of air (flow) and stirring speed on a scheduled basis to avoid the existence of cellular damage caused by stress hydrodynamic In this way, it is possible to maintain oxygen dissolved in the system in non-limiting values for growth of an aerobic microorganism as is the employee. Another objective of This experiment is the determination of the impact of stress oxidative in the production of the biocatalyst.

El procedimiento experimental utilizado en los experimentos realizados en fermentador comercial se describe a continuación. En primer lugar la composición del medio de cultivo es similar a la utilizada en el Ejemplo 1, empleando un volumen de 2 L, siendo esterilizada de forma separada las sales del medio BSM (cuyo pH se ha ajustado a 7) y la fuente de carbono (ácido glutámico). La fuente de carbono se introduce de forma estéril (empleando una bomba peristáltica del equipo para ello) una vez que la temperatura de la vasija ha bajado a valores cercanos a 50ºC. Una vez mezcladas las sales y la fuente de carbono, y con el reactor precalentado a una temperatura a 30ºC se introduce el antibiótico tetraciclina. De forma paralela se prepara el inóculo como se ha comentado previamente en el Ejemplo 1, y conocida la concentración de biomasa presente en el mismo, se procede a la inoculación en el fermentador con el volumen del mismo necesario (no superior a 200 mL) para que la concentración inicial de biomasa sea de 0,1 g/L. En un primer experimento, manteniendo el reactor precalentado a una temperatura a 30ºC (ejemplo 2) se introduce a continuación el IPTG (0,2 mM) que actúa como inductor del sistema de desulfuración. En un segundo experimento el IPTG se introdujo en el reactor después de las 4 horas de fermentación.The experimental procedure used in Experiments performed on commercial fermenter described to continuation. First the composition of the culture medium is similar to that used in Example 1, using a volume of 2 L, the salts of the BSM medium being sterilized separately (whose pH has been adjusted to 7) and the carbon source (acid glutamic). The carbon source is introduced sterile (using a peristaltic pump of the equipment for this) once the temperature of the vessel has dropped to values close to 50 ° C. A once the salts and the carbon source are mixed, and with the reactor preheated to a temperature at 30 ° C the antibiotic is introduced tetracycline In parallel the inoculum is prepared as it has been previously discussed in Example 1, and known the concentration of biomass present in it, the inoculation is carried out in the fermenter with the necessary volume (not exceeding 200 mL) so that the initial biomass concentration is 0.1 g / L. In a first experiment, keeping the preheated reactor at a temperature at 30 ° C (example 2) the IPTG is then introduced (0.2 mM) that acts as inducer of the desulfurization system. In a second experiment the IPTG was introduced into the reactor after of the 4 hours of fermentation.

En el reactor se introduce un caudal de aire (L aire/L medio/min) al caldo de cultivo, aumentando durante el experimento la agitación desde unavalor inicial de 100 r.p.m. hasta un máximo de 350 r.p.m. para evitar la existencia de daño celular causado por estrés hidrodinámico. Este aumento se realiza para compensar el consumo de oxígeno disuelto e intentar mantener el valor de su cantidad en disolución en valores ligeramente superiores al 0% de saturación.An air flow is introduced into the reactor (L air / L medium / min) to the broth, increasing during I experience the agitation from an initial value of 100 r.p.m. until a maximum of 350 r.p.m. to avoid the existence of cellular damage caused by hydrodynamic stress. This increase is made to compensate for dissolved oxygen consumption and try to maintain the value of its amount in solution in values slightly greater than 0% saturation.

Para llevar a cabo el seguimiento de la evolución de este sistema durante el proceso, se realiza la toma de las muestras a distintos tiempos, así como el análisis de las mismas. Se realizaron análisis de la biomasa, pH y capacidad de desulfuración. En cada toma de muestra se extrae un volumen de 50 mL del reactor. Cada muestra se procesa y analiza según se describe en el ejemplo 1.To track the evolution of this system during the process, the taking of the samples at different times, as well as their analysis. Biomass, pH and capacity analysis were performed. desulfurization A volume of 50 is extracted in each sample mL of the reactor. Each sample is processed and analyzed as described. in example 1.

En la Figura 3 se representan los resultados obtenidos en condiciones de limitación de oxígeno disuelto (matraz en incubadora orbital) y en el caso de mantener la citada variable en valores lejanos a una posible limitación (reactor tipo tanque agitado y aireado). En este segundo caso se muestran los resultados obtenidos cuando se adiciona el inductor IPTG al comienzo de la fermentación y después de 4 horas de fermentación.The results are shown in Figure 3 obtained under conditions of limitation of dissolved oxygen (flask in orbital incubator) and in the case of maintaining the aforementioned variable in values far from a possible limitation (tank type reactor agitated and airy). In this second case the results are shown obtained when the IPTG inducer is added at the beginning of the fermentation and after 4 hours of fermentation.

En primer lugar, en la Figura 3 se muestra que cuando el inductor IPTG se añade desde el comienzo de la fermentación se observa que tanto el crecimiento del microorganismo como la capacidad de eliminar el azufre de la molécula de DBT es menor cuando no existe limitación de oxígeno. Esto es debido al estrés oxidativo que sufre este microorganismo por la hiperproducción de la enzima HpaC oxidorreductasa. Como el inductor IPTG se ha introducido desde el principio del crecimiento del microorganismo se produce una gran cantidad de la enzima HpaC, la cual genera desde el comienzo demasiado FMNH_{2} quien a su vez en presencia de oxígeno genera mucho peróxido de hidrógeno que al no poder ser eliminado por la bacteria le produce un daño celular grave que disminuye su capacidad de desulfuración.First, Figure 3 shows that when the IPTG inductor is added from the beginning of the fermentation it is observed that both the growth of the microorganism as the ability to remove sulfur from the DBT molecule is less when there is no oxygen limitation. This is due to oxidative stress that this microorganism suffers from hyperproduction of the enzyme HpaC oxidoreductase. As the inductor IPTG has been introduced since the beginning of the growth of the microorganism a large amount of the enzyme HpaC is produced, the which generates from the beginning too much FMNH_ {2} who in turn in the presence of oxygen it generates a lot of hydrogen peroxide that at not being able to be eliminated by the bacteria causes cell damage severe that decreases its desulfurization capacity.

A la vista del resultado del experimento anterior, se pensó que el método a emplear para producir células con elevada capacidad de desulfuración en un reactor consistiría en realizar un crecimiento inicial de la bacteria en ausencia del inductor IPTG, para que a las 4 horas de haberse iniciado el mismo, cuando la cantidad de biomasa es más elevada, se pueda introducir el IPTG en el reactor. Realizado este experimento, los resultados se muestran en la Figura 3. En esta figura se puede observar como el hecho de introducir el IPTG a las 4 horas influye de forma destacada en la capacidad de desulfuración que esas células desarrollan, consiguiéndose valores de desulfuración mayores que los obtenidos hasta la fecha con cualquier otro procedimiento, ya sea en reactor o en incubadora orbital.In view of the result of the experiment Previously, it was thought that the method to be used to produce cells with high desulfurization capacity in a reactor would consist of perform an initial growth of the bacteria in the absence of IPTG inductor, so that after 4 hours of starting it, when the amount of biomass is higher, you can enter the IPTG in the reactor. Performed this experiment, the results are shown in Figure 3. In this figure you can see how the introducing the IPTG at 4 hours influences highlighted in the desulfurization capacity that those cells develop, achieving desulfurization values greater than those obtained to date with any other procedure, since either in reactor or in orbital incubator.

Por tanto, tras los ejemplos 1, 2 y 3 que se han venido exponiendo, los pasos a seguir para obtener un cultivo de Pseudomonas putida CECT5279 con elevada capacidad desulfurante son los siguientes:Therefore, after examples 1, 2 and 3 that have been exposed, the steps to follow to obtain a culture of Pseudomonas putida CECT5279 with high desulfurizing capacity are the following:

a)to)
Partiendo de un stock congelado del microorganismo se realiza un primer preinóculo en medio de cultivo LB contenido en matraces Erlenmeyer de 250 mL. Este cultivo se incuba a 30ºC durante 12 horas en Incubadora Orbital. A continuación, con las células crecidas en esta etapa, se realiza un segundo cultivo en medio LB en las mismas condiciones que antes pero fijando la concentración inicial de biomasa en 0,1 g/L.Starting from a frozen stock of microorganism a first pre-circle is performed in culture medium LB contained in 250 mL Erlenmeyer flasks. This crop is incubate at 30 ° C for 12 hours in Orbital Incubator. TO then, with the cells grown at this stage, a second culture in LB medium under the same conditions as before but setting the initial biomass concentration at 0.1 g / L.

b)b)
Una vez obtenido el preinóculo se transfiere al bioreactor de 2 L que contiene un medio de cultivo sintético BSM cuya composición es: fosfato monosódico monohidrato 4 g/L; fosfato dipotásico trihidrato 4 g/L; cloruro de amonio 2 g/L; cloruro de magnesio hexahidrato 0,0245 g/L; cloruro de calcio dihidrato 0,001 g/L; cloruro de hierro (III) hexahidrato 0,001 g/L; tetraciclina 25 \mug/mL; sulfato de magnesio 2 mM; Glicerol 2%; ácido glutámico 20 g/L; isopropil-\beta-D-tiogalactopiranosido (IPTG) 2 \muUmL. pH 7 con NaOH.). La concentración inicial de biomasa en el reactor se fija en 0.1 g/L. Las condiciones de operación en el bioreactor aireado son 28-32ºC de temperatura y agitación, que irá aumentando desde 100 rpm hasta 350 rpm. El inductor de la capacidad desulfurante IPTG se debe adicionar a las 4 horas de haber realizado el inóculo en el reactor.A Once the preinocle is obtained, it is transferred to the 2 L bioreactor which Contains a BSM synthetic culture medium whose composition is: monosodium phosphate monohydrate 4 g / L; dipotassium phosphate trihydrate 4 g / L; 2 g / L ammonium chloride; magnesium chloride hexahydrate 0.0245 g / L; calcium chloride dihydrate 0.001 g / L; chloride iron (III) hexahydrate 0.001 g / L; tetracycline 25 µg / mL; 2 mM magnesium sulfate; 2% glycerol; glutamic acid 20 g / L; isopropyl-? -D-thiogalactopyranoside (IPTG) 2 µL. pH 7 with NaOH.). The initial concentration of Biomass in the reactor is set at 0.1 g / L. The conditions of operation in the aerated bioreactor are 28-32ºC of temperature and agitation, which will increase from 100 rpm to 350 rpm The inductor of the desulfurizing capacity IPTG must be add within 4 hours of having performed the inoculum in the reactor.

c)C)
Mediante este procedimiento se obtendrán células con elevada capacidad de desulfuración a partir de las 10 horas del crecimiento en el medio y en las condiciones descritas.Through this procedure you they will obtain cells with high desulfurization capacity from 10 hours of growth in the environment and conditions described.

Claims (4)

1. Procedimiento de cultivo de la Pseudomonas putida recombinante (CECT 5279) para su utilización en la desulfuración de dibenzotiofeno, caracterizado porque el cultivo de dicha bacteria incluye las siguientes operaciones:1. Procedure of culture of the recombinant Pseudomonas putida (CECT 5279) for its use in the desulfurization of dibenzothiophene, characterized in that the culture of said bacterium includes the following operations:
a)to)
Utilización de un preinóculo obtenido a partir de células de stocks congelados y empleando medio de cultivo LB (Extracto de levadura 5 g/L; triptona 10 g/L; cloruro sódico 10 g/L) para realizar los preinóculos.Use of a preinoculum obtained at from frozen stock cells and using culture medium LB (Yeast extract 5 g / L; tryptone 10 g / L; sodium chloride 10 g / L) to perform preinoculars.
b)b)
Utilización de un medio de cultivo sintético y mínimo BSM: fosfato monosódico monohidrato 4 g/L; fosfato dipotásico trihidrato 4 g/L; cloruro de amonio 2 g/L; cloruro de magnesio hexahidrato 0,0245 g/L; cloruro de calcio dihidrato 0,001 g/L; cloruro de hierro (III) hexahidrato 0,001 g/L; tetraciclina 25 µg/mL; sulfato de magnesio 2 mM; Glicerol 2%; ácido glutámico 20 g/L; isopropil-\beta-D-tiogalactopiranosido (IPTG) 2 \mu/mL. pH 7 con NaOH).Use of a culture medium synthetic and minimal BSM: monosodium phosphate monohydrate 4 g / L; Dipotassium phosphate trihydrate 4 g / L; 2 g / L ammonium chloride; magnesium chloride hexahydrate 0.0245 g / L; calcium chloride 0.001 g / L dihydrate; iron (III) chloride hexahydrate 0.001 g / L; tetracycline 25 µg / mL; 2 mM magnesium sulfate; 2% glycerol; acid glutamic 20 g / L; isopropyl-? -D-thiogalactopyranoside (IPTG) 2 µm / mL. pH 7 with NaOH).
2. Procedimiento de cultivo de la Pseudomonas putida recombinante (CECT 5279) para su utilización en la desulfuración de dibenzotiofeno, según reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura de operación empleada es entre 26 y 34ºC, presentando mayor capacidad de desulfuración a 30ºC.2. Method of cultivation of the recombinant Pseudomonas putida (CECT 5279) for use in the desulfurization of dibenzothiophene, according to claim 1, characterized in that the operating temperature used is between 26 and 34 ° C, presenting a greater desulfurization capacity at 30 ° C. 3. Procedimiento de cultivo de un biocatalizador para la desulfuración de dibenzotiofeno utilizando una bacteria recombinante de Pseudomonas putida, según reivindicación 1, caracterizado porque se introduce el inductor IPTG después de 4 horas de haber realizado el inóculo en el medio de crecimiento.3. Method of culturing a biocatalyst for the desulfurization of dibenzothiophene using a recombinant bacterium of Pseudomonas putida , according to claim 1, characterized in that the IPTG inducer is introduced after 4 hours of carrying out the inoculum in the growth medium. 4. Proceso de producción de un biocatalizador para la desulfuración de dibenzotiofeno utilizando una bacteria recombinante de Pseudomonas putida, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se lleva a cabo en un bioreactor o en una incubadora orbital.4. Production process of a biocatalyst for desulfurization of dibenzothiophene using a recombinant bacterium of Pseudomonas putida , according to previous claims, characterized in that it is carried out in a bioreactor or in an orbital incubator.
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