ES2288076B1 - PROCEDURE FOR OBTAINING THERMOPHILIC ENZYMES WITH LIPOLITIC ACTIVITY OF MICROORGANISMS OF THE GENERO THERMUS. - Google Patents

PROCEDURE FOR OBTAINING THERMOPHILIC ENZYMES WITH LIPOLITIC ACTIVITY OF MICROORGANISMS OF THE GENERO THERMUS. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la obtención de enzimas termofílicas con actividad lipolítica de microorganismos del género thermus. El procedimiento consiste en cultivar microorganismos del género Thermus en un medio de crecimiento preparado con un agua termal minero-medicinal y someter los postincubados a etapas secuenciales de congelación, descongelación y centrifugación. El resultado de tal proceder es la obtención de enzimas termofílicas con actividad lipolítica en el líquido, extracelular. El procedimiento y el producto de su aplicación son de interés en industrias de fabricación de enzimas, farmacéutica, química fina o actividades de investigación y desarrollo.Procedure for obtaining thermophilic enzymes with lipolytic activity of microorganisms of the thermus genus. The procedure consists in growing microorganisms of the Thermus genus in a growth medium prepared with a mineral-medicinal thermal water and subjecting the post-incubated to sequential stages of freezing, thawing and centrifugation. The result of this procedure is to obtain thermophilic enzymes with lipolytic activity in the liquid, extracellular. The procedure and the product of its application are of interest in the industries of manufacturing enzymes, pharmaceuticals, fine chemicals or research and development activities.

Description

Procedimiento para la obtención de enzimas termofílicas con actividad lipolítica de microorganismos del género Thermus.Procedure for obtaining thermophilic enzymes with lipolytic activity of microorganisms of the Thermus genus.

Sector de la técnicaTechnical sector

El procedimiento que se describe es de aplicación inmediata en la industria de fabricación de enzimas, destinándose el producto obtenido (enzimas lipolíticas termofílicas) a la industria farmacéutica, química fina o actividades de investigación y desarrollo.The procedure described is immediate application in the enzyme manufacturing industry, the product obtained (lipolytic enzymes) thermophilic) to the pharmaceutical, fine chemical or research and development activities.

Estado de la técnicaState of the art

Las enzimas lipolíticas (lipasas, esterasas) presentan una gran variedad de aplicaciones industriales en sectores muy diversos, tales como la fabricación de detergentes, aromas y principios farmacéuticos homoquirales, industria alimentaria, del papel y pasta de papel, cuero, e incluso en la depuración de aguas residuales.Lipolytic enzymes (lipases, esterases) they present a great variety of industrial applications in very diverse sectors, such as the manufacture of detergents, aromas and homoquiral pharmaceutical principles, industry food, paper and pulp, leather, and even in the Sewage Treatment.

Uno de los mayores problemas encontrados en la utilización de enzimas como biocatalizadores industriales es su desactivación a altas temperaturas, lo que supone un incremento en los costes de operación asociados. Se han desarrollado estrategias para obtener enzimas termoestables, tales como la variación de su estructura molecular por mutagénesis dirigida o por modificación química de superficie, o la aplicación de técnicas de inmovilización que permiten además recuperar y reutilizar el biocatalizador.One of the biggest problems encountered in the Enzyme utilization as industrial biocatalysts is its deactivation at high temperatures, which means an increase in the associated operating costs. Strategies have been developed to obtain thermostable enzymes, such as the variation of its molecular structure by directed mutagenesis or by modification surface chemistry, or the application of techniques immobilization that also allows to recover and reuse the biocatalyst

Los microorganismos termófilos crecen a temperaturas por encima de los 45°C, y en algunos casos (hipertermófilos) incluso por encima de 90°C. Las enzimas producidas por estos microorganismos presentan una elevada estabilidad térmica y resistencia a desnaturalizantes químicos (sales caotrópicas, disolventes orgánicos, detergentes). Estas propiedades hacen posible su utilización en procesos a temperatura elevada con pérdidas mínimas de actividad, con el consiguiente incremento en la velocidad de reacción y en la solubilidad de reactivos. Se han descrito diversas enzimas termofílicas de potencial aplicación en procesos biotecnológicos, destacando las enzimas amilolíticas, celulasas, xilanasas, quitinasa, proteasas, DNA polimerasas, transcriptasas inversas, ligasas, glucosa isomerasas y alcohol-deshidrogenasas.Thermophilic microorganisms grow to temperatures above 45 ° C, and in some cases (hyperthermophiles) even above 90 ° C. Enzymes produced by these microorganisms have a high thermal stability and resistance to chemical denaturants (chaotropic salts, organic solvents, detergents). These properties make it possible to use in temperature processes high with minimal losses of activity, with the consequent increase in reaction rate and solubility of reagents Various thermophilic enzymes of potential application in biotechnological processes, highlighting the amylolytic enzymes, cellulases, xylanases, chitinase, proteases, DNA polymerases, reverse transcriptases, ligases, glucose isomerases and alcohol dehydrogenases.

Recientemente se ha indicado la capacidad de diversas cepas de género Thermus para producir enzimas con actividad lipolítica, que pueden ser liberadas al medio de cultivo. Se han identificado dos enzimas, de pesos moleculares 32 y 64 kDa, que presentan elevada actividad a pH alcalino y alta temperatura, así como una excepcional termoestabilidad y estabilidad en presencia de concentraciones elevadas de disolventes orgánicos. Si bien se han descrito aspectos relacionados con las condiciones de cultivo a pequeña escala, purificación y caracterización, no existen procedimientos registrados para su obtención con vistas a su aplicación industrial.The ability of various strains of the Thermus genus to produce enzymes with lipolytic activity, which can be released into the culture medium, has recently been indicated. Two enzymes, of molecular weights 32 and 64 kDa, have been identified that have high activity at alkaline pH and high temperature, as well as exceptional thermostability and stability in the presence of high concentrations of organic solvents. Although aspects related to small-scale cultivation, purification and characterization conditions have been described, there are no registered procedures for obtaining them with a view to their industrial application.

A continuación se concretan algunos artículos relacionados:Some articles are specified below related:

BECKER R.J., STARZYK M.J. (1984) Morphology and rotund body formation in Thermus aquaticus. Microbios. 41, 115-129. BECKER RJ, STARZYK MJ ( 1984 ) Morphology and rotund body formation in Thermus aquaticus . Microbes 41, 115-129.

BERGER J.L., LEE B.H., LACROIX C. (1995) Identification of new enzyme activities of several strains of Thermus species. Appl. Microbool. Biotechnol. 44, 81-87. BERGER JL, LEE BH, LACROIX C. ( 1995 ) Identification of new enzyme activities of several strains of Thermus species. Appl. Microbool Biotechnol 44, 81-87.

DOMÍNGUEZ A., SANROMÁN A., FUCIÑOS P., RÚA M.L., PASTRANA L., LONGO M.A. (2004) Quantification of intra- and extracellular thermophilic lipase/esterase production by Thermus sp. Biotechnol. Lett. 26, 705-708. DOMÍNGUEZ A., SANROMÁN A., FUCIÑOS P., RÚA ML, PASTRANA L., LONGO MA ( 2004 ) Quantification of intra- and extracellular thermophilic lipase / esterase production by Thermus sp. Biotechnol Lett . 26, 705-708.

FUCIÑOS P., ABADÍN C.M., SANROMÁN A., LONGO M.A., PASTRANA L., RÚA M.L. (2005) Identification of extracellular lipases/esterases produced by Thermus thermophilus HB27: partial purification and preliminary biochemical characterisation. J. Biotechnol. 117, 233-241. FUCIÑOS P., ABADÍN CM, SANROMÁN A., LONGO MA, PASTRANA L., RÚA ML ( 2005 ) Identification of extracellular lipases / esterases produced by Thermus thermophilus HB27: partial purification and preliminary biochemical characterization. J. Biotechnol . 117, 233-241.

JAEGER K.E., REETZ M.T. (1998) Microbial Jipases form versatile tools for biotechnology. TIBTECH 16, 396-403. JAEGER KE, REETZ MT ( 1998 ) Microbial Jipases form versatile tools for biotechnology. TIBTECH 16, 396-403.

LAGARDE D., NGUYEN H.K., RAVOT G., WAHLER D., REYMOND J.L., HILLS G., VEIT T., LEFEVRE F. (2002) High-throughput screening of thermostable esterases for industrial bioconversions. Organic Process Res. Develop. 6, 441-445. LAGARDE D., NGUYEN HK, RAVOT G., WAHLER D., REYMOND JL, HILLS G., VEIT T., LEFEVRE F. ( 2002 ) High-throughput screening of thermostable esterases for industrial bioconversions. Organic Process Res. Develop. 6 , 441-445.

NIEHAUS F., BERTOLDO C., KAHLER M., ANTRANIKIAN G. (1999) Extremophiles as a source of novel enzymes for industrial application. Appl. Microbio/. Biotechnol. 51, 711-729. NIEHAUS F., BERTOLDO C., KAHLER M., ANTRANIKIAN G. ( 1999 ) Extremophiles as a source of novel enzymes for industrial application. Appl. Microbe/. Biotechnol 51, 711-729.

SCHIRALDI C., DE ROSA M. (2002) The production of biocatalysts and biomolecules from extremophiles. TIBTECH 20, 515-521. SCHIRALDI C., DE ROSA M. ( 2002 ) The production of biocatalysts and biomolecules from extrephiles. TIBTECH 20, 515-521.

Descripción de la invenciónDescription of the invention Breve descripción de la invenciónBrief Description of the Invention

Se propone un procedimiento para la obtención de enzimas con actividad lipolítica por cultivo de microorganismos del género Thermus, consistente en el diseño de un medio de cultivo y las condiciones de operación adecuadas para la producción de un nivel elevado de actividad lipolítica extracelular, así como en la definición de un sistema para la recuperación en el líquido extracelular de las enzimas producidas.A procedure for obtaining enzymes with lipolytic activity by culture of microorganisms of the Thermus genus is proposed, consisting in the design of a culture medium and the appropriate operating conditions for the production of a high level of extracellular lipolytic activity, as well as in the definition of a system for the recovery in the extracellular fluid of the enzymes produced.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

La obtención de enzimas termofílicas con actividad lipolítica se basa en cultivar un microorganismo del género Thermus en un medio y condiciones adecuados, y posteriormente recuperar las enzimas en el líquido extracelular mediante etapas de congelación/descongelación y centrifugación.The obtaining of thermophilic enzymes with lipolytic activity is based on growing a microorganism of the Thermus genus in a suitable medium and conditions, and subsequently recovering the enzymes in the extracellular liquid by freezing / thawing and centrifugation stages.

Los detalles del procedimiento son los siguientes:The details of the procedure are the following:

Composición del medio de cultivoComposition of the culture medium

El medio de cultivo utilizado consiste en una disolución en agua minero-medicinal termal de alta mineralización y con un elevado contenido en residuo seco de una fuente de carbono como glucosa u otro azúcar simple, una fuente de nitrógeno como extracto de levadura u otro hidrolizado proteico y una mezcla de sales, todos ellos a las concentraciones adecuadas para promover el crecimiento del microorganismo y la producción de enzimas con actividad lipolítica, cuyo pH se ajusta inicialmente a un valor cercano a la neutralidad. Cuando se utilizan fuentes de nitrógeno complejas puede obviarse la adición de la fuente de carbono al medio de cultivo.The culture medium used consists of a dissolution in thermal mineral-medicinal water of high mineralization and with a high dry residue content of a source of carbon such as glucose or other simple sugar, a source of nitrogen as a yeast extract or other protein hydrolyzate and a mixture of salts, all at the appropriate concentrations to promote the growth of the microorganism and the production of enzymes with lipolytic activity, whose pH is initially adjusted to A value close to neutrality. When sources of complex nitrogen the addition of the source of carbon to the culture medium.

Cultivo para obtención de inóculoCultivation to obtain inoculum

El inóculo para el proceso de producción se obtiene por cultivo axénico de un microorganismo del género Thermus en el medio descrito anteriormente mediante la adición de células del microorganismo conservadas congeladas a matraces de tipo Erlenmeyer con una relación de carga inferior al 50% y sin necesidad de aireación forzada. Tras homogeneizar la mezcla, se incuba con agitación constante y temperatura controlada comprendida entre 50 y 90°C durante un tiempo que permita alcanzar un nivel suficiente de crecimiento celular.The inoculum for the production process is obtained by axenic culture of a microorganism of the Thermus genus in the medium described above by the addition of preserved microorganism cells frozen to Erlenmeyer flasks with a loading ratio of less than 50% and without the need for forced aeration After homogenizing the mixture, it is incubated with constant stirring and controlled temperature between 50 and 90 ° C for a time that allows a sufficient level of cell growth to be achieved.

A continuación, se recupera la biomasa por centrifugación, eliminando la humedad en exceso, y se conserva congelada hasta su posterior uso como inóculo.Then the biomass is recovered by centrifugation, removing excess moisture, and retaining frozen until later use as inoculum.

Cultivo para obtención de enzimaCulture for obtaining enzyme

Esta etapa del proceso se lleva a cabo en condiciones estériles, y todo el material y disoluciones empleadas deben ser esterilizadas previamente en autoclave.This stage of the process is carried out in sterile conditions, and all the material and solutions used must be previously sterilized in autoclave.

Cuando se trata de obtener volúmenes pequeños de enzima el cultivo del microorganismo puede realizarse siguiendo el mismo procedimiento descrito en la preparación del inóculo. Por el contrario, para volúmenes de medio de cultivo superiores a un litro, éste se introduce en un fermentador equipado con sistema de aireación. En todos los casos, es necesario dejar un volumen libre suficiente en los recipientes para facilitar la transferencia de oxígeno. El medio se inocula con una cantidad determinada de biomasa activa de Thermus, obtenida como se indica en el apartado anterior. Tras homogeneizar la mezcla, se incuba con agitación constante y temperatura controlada comprendida entre 50 y 90°C durante un tiempo que permita alcanzar un nivel suficiente de crecimiento celular.When it comes to obtaining small volumes of enzyme the culture of the microorganism can be carried out following the same procedure described in the preparation of the inoculum. On the contrary, for volumes of culture medium greater than one liter, it is introduced into a fermenter equipped with aeration system. In all cases, it is necessary to leave a sufficient free volume in the containers to facilitate the transfer of oxygen. The medium is inoculated with a certain amount of Thermus active biomass, obtained as indicated in the previous section. After homogenizing the mixture, it is incubated with constant stirring and controlled temperature between 50 and 90 ° C for a time that allows a sufficient level of cell growth to be achieved.

Recuperación del enzimaEnzyme Recovery

La suspensión celular obtenida en el cultivo de producción enzimática se congela con el fin de desintegrar estructuras celulares en donde pudiera quedar retenida la enzima y facilitar así su recuperación. Una vez descongelada a temperatura ambiente se separa la biomasa por centrifugación, y se conserva el sobrenadante, en el cual se encuentra la actividad enzimática.The cell suspension obtained in the culture of Enzymatic production is frozen in order to disintegrate cellular structures where the enzyme could be retained and facilitate recovery. Once thawed at temperature ambient biomass is separated by centrifugation, and the supernatant, in which the enzymatic activity is found.

Descripción detallada de las figurasDetailed description of the figures

Figura 1Figure one

Evolución de la producción de biomasa y de actividad lipolítica extracelular en cultivos de Thermus thermophilus HB27 sobre medio preparado con agua ultrapura de calidad Milli-Q (símbolos negros) y agua minero-medicinal termal (símbolos blancos). Los cultivos se realizaron en matraces Erlenmeyer de 2 L de capacidad, con 400 mL de medio de cultivo, incubados a 70°C en las condiciones descritas en el Ejemplo 1.Evolution of biomass production and extracellular lipolytic activity in Thermus thermophilus HB27 cultures on medium prepared with Milli-Q quality ultrapure water (black symbols) and thermal mineral-medicinal water (white symbols). Cultures were performed in Erlenmeyer flasks of 2 L capacity, with 400 mL of culture medium, incubated at 70 ° C under the conditions described in Example 1.

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Figura 2Figure 2

Evolución de la producción de biomasa (símbolos negros) y de actividad lipolítica extracelular (símbolos blancos) en cultivos de Thermus thermophilus HB27 llevados a cabo en un reactor de tanque agitado de 5 L de capacidad, con 3 L de medio de cultivo preparado con agua minero-medicinal termal, incubados a 70°C en las condiciones descritas en el Ejemplo 2. Las dos líneas de trazos indican el inicio de operación en modo continuo con un caudal de 1 L/día (tiempo de residencia \tau = 72 h), y el cambio a medio de cultivo de alimentación preparado con agua ultrapura de calidad Milli-Q.Evolution of the production of biomass (black symbols) and extracellular lipolytic activity (white symbols) in Thermus thermophilus HB27 cultures carried out in a stirred tank reactor of 5 L capacity, with 3 L of culture medium prepared with water thermal medicinal miner, incubated at 70 ° C under the conditions described in Example 2. The two dashed lines indicate the start of operation in continuous mode with a flow rate of 1 L / day (residence time \ = 72 h) , and the change to feed culture medium prepared with Milli-Q quality ultrapure water.

Figura 3Figure 3

Comparación entre la actividad lipolítica extracelular detectada en diversos cultivos de Thermus thermophilus HB27 cuando los postincubados se someten sólo a una etapa de centrifugación para separar la biomasa (barras negras) o a sucesivas etapas de congelación, descongelación y centrifugación (barras grises), según lo indicado en el
Ejemplo 3.
Comparison between the extracellular lipolytic activity detected in various cultures of Thermus thermophilus HB27 when post-incubations are subjected only to a centrifugation stage to separate the biomass (black bars) or to subsequent stages of freezing, thawing and centrifugation (gray bars), as indicated at
Example 3

Ejemplos de realización de la invenciónExamples of embodiment of the invention Ejemplo 1Example 1 Producción de enzimas con actividad lipolítica por Thermus thermophilus HB27, en pequeño volumen y con medios de cultivo preparados en distintos tipos de aguaProduction of enzymes with lipolytic activity by Thermus thermophilus HB27, in small volume and with culture media prepared in different types of water

En este primer ejemplo se compara la influencia del tipo de agua utilizada en la preparación del medio de cultivo sobre la evolución de la producción de biomasa y de actividad lipolítica extracelular en cultivos de Thermus thermophilus HB27, realizados según el procedimiento descrito.In this first example, the influence of the type of water used in the preparation of the culture medium on the evolution of biomass production and extracellular lipolytic activity in Thermus thermophilus HB27 cultures, carried out according to the described procedure is compared.

Los medios de cultivo utilizados consistieron en disoluciones de los siguientes compuestos, en las cantidades indicadas: tripticasa (8 g/L), extracto de levadura (4 g/L) y NaCl (3 g/L). El pH se ajustó inicialmente a un valor de 7,5 \pm 0,2 por adición de NaOH 1 M. Se utilizaron dos medios, el primero preparado en agua ultrapura de calidad Milli-Q y el segundo en un agua minero-medicinal termal de alta mineralización y elevado contenido en residuo seco, cuyas propiedades físico-químicas y composición se indican en la Tabla 1.The culture media used consisted of solutions of the following compounds, in the amounts indicated: tripticase (8 g / L), yeast extract (4 g / L) and NaCl (3 g / L). The pH was initially adjusted to a value of 7.5 ± 0.2 by adding 1 M NaOH. Two media were used, the first prepared in Milli-Q quality ultrapure water and the second in a high thermal medicinal mineral water mineralization and high dry residue content, whose physicochemical properties and composition are indicated in Table 1.

El inóculo para el proceso de producción se obtuvo por cultivo del microorganismo en matraces Erlenmeyer de 250 mL, en los que se introdujeron 50 mL del mismo medio de cultivo. Se taparon con tapones de celulosa, para permitir la aireación pasiva de los cultivos. A cada matraz se añadió 1,5 mg (peso seco) de biomasa activa de Thermus thermophilus HB27, previamente preparada, lo cual corresponde a una proporción de inóculo de 30 mg de células (peso seco)/L. Tras homogeneizar la mezcla, se incubó durante 24 horas o hasta un nivel adecuado de crecimiento del microorganismo (concentración celular de aproximadamente 1 g/L) en incubador orbital a una temperatura constante de 70°C y una velocidad de agitación de 100 r.p.m. Para comprobar el nivel de crecimiento celular se tomaron muestras periódicamente y se centrifugaron durante 10 min a 5000 x g y 4°C para separar la biomasa, que se determinó, una vez lavada para eliminar los restos de medio de cultivo, gravimétricamente mediante
pesada.
The inoculum for the production process was obtained by culturing the microorganism in 250 mL Erlenmeyer flasks, in which 50 mL of the same culture medium was introduced. They were covered with cellulose caps, to allow passive aeration of the cultures. 1.5 mg (dry weight) of Thermus thermophilus HB27 active biomass, previously prepared, was added to each flask, which corresponds to an inoculum ratio of 30 mg of cells (dry weight) / L. After homogenizing the mixture, it was incubated for 24 hours or until an adequate level of growth of the microorganism (cellular concentration of approximately 1 g / L) in an orbital incubator at a constant temperature of 70 ° C and a stirring speed of 100 rpm. To check the level of cell growth samples were taken periodically and centrifuged for 10 min at 5000 xg and 4 ° C to separate the biomass, which was determined, once washed to remove the remains of culture medium, gravimetrically by
heavy

La masa celular producida se recuperó, siempre en condiciones estériles, por centrifugación durante 10 minutos a 5000 x g y 4°C. A continuación, se distribuyó en viales estériles, eliminando la humedad con ayuda de una bomba de vacío, y se conservó a -20°C hasta su posterior uso como inóculo.The produced cell mass recovered, always under sterile conditions, by centrifugation for 10 minutes at 5000 x g and 4 ° C. It was then distributed in sterile vials, removing moisture with the help of a vacuum pump, and kept at -20 ° C until later use as inoculum.

Los cultivos de producción enzimática se llevaron a cabo en matraces Erlenmeyer de 2 L de capacidad, en los que se introdujeron 400 mL de los medios de cultivo descritos. Los matraces se taparon con tapones de celulosa, que permiten la aireación pasiva de los cultivos. A cada matraz se añadió una proporción de inóculo de Thermus thermophilus HB27, previamente preparada como se indica, de 30 mg de células (peso seco)/L. Tras mezclar adecuadamente, se incubó durante 32 horas en incubador orbital a una temperatura constante de 70°C y una velocidad de agitación de 100 r.p.m. Periódicamente, se tomaron muestras que se utilizaron para determinar el crecimiento celular y la actividad enzimática en el líquido extracelular. Se separó la biomasa de las muestras y se determinó su concentración de modo idéntico al utilizado en los cultivos de preparación de inóculo. El sobrenadante obtenido en la centrifugación se utilizó para determinar la actividad enzimática, por medida de la hidrólisis de laurato de p-nitrofenilo a 65°C y pH 8,0 (Fuciños et al., 2005).Enzyme production cultures were carried out in Erlenmeyer flasks of 2 L capacity, in which 400 mL of the culture media described were introduced. The flasks were covered with cellulose caps, which allow passive aeration of the cultures. To each flask was added a inoculum ratio of Thermus thermophilus HB27, previously prepared as indicated, of 30 mg of cells (dry weight) / L. After mixing properly, it was incubated for 32 hours in an orbital incubator at a constant temperature of 70 ° C and a stirring speed of 100 rpm. Periodically, samples were taken that were used to determine cell growth and enzymatic activity in the extracellular fluid. The biomass was separated from the samples and its concentration was determined identically to that used in the inoculum preparation cultures. The supernatant obtained in the centrifugation was used to determine the enzymatic activity, by measuring the hydrolysis of p- nitrophenyl laurate at 65 ° C and pH 8.0 (Fuciños et al ., 2005).

Los resultados de tal proceder se muestran en la Figura 1, expresados en función de la evolución a lo largo del tiempo de la concentración de biomasa y la actividad lipolítica extracelular, en los dos medios de cultivo ensayados. De ellos se deduce la aptitud del procedimiento para la producción de enzimas con actividad lipolítica en el medio descrito, preparando el mismo en un agua minero-medicinal termal con elevado contenido en residuo seco. En este caso, se alcanzan a las 24 h de incubación los niveles máximos de actividad enzimática, con valores cercanos a 130 U/L. Ello supone un nivel interesante de producción, habida cuenta de los bajos niveles de expresión en la producción de enzimas extracelulares encontrados habitualmente en microorganismos termófilos.The results of this procedure are shown in the Figure 1, expressed as a function of the evolution along the time of biomass concentration and lipolytic activity extracellular, in the two culture media tested. Of them deduces the aptitude of the process for the production of enzymes with lipolytic activity in the described medium, preparing the same in a thermal mineral medicinal water with high dry residue content. In this case, they are reached at 24 h from incubation the maximum levels of enzymatic activity, with values close to 130 U / L. This implies an interesting level of production, given the low levels of expression in the production of extracellular enzymes commonly found in microorganisms Thermophiles

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Cabe señalar que cuando el medio de cultivo se prepara en agua ultrapura de calidad Milli-Q, los valores máximos de actividad enzimática se obtienen más tarde (a las 28-32 h de cultivo), y son sensiblemente inferiores a los alcanzados en el otro medio (85 U/L a las 32 h, un 33% inferiores a los detectados en agua minero-medicinal a ese mismo tiempo de cultivo). En lo que se refiere a la biomasa, los perfiles son similares en ambos casos, con niveles finales alrededor de 1,4-1,6 g/L, siendo ligeramente superiores en los cultivos realizados en agua minero-medicinal. Se ilustra por lo tanto la adecuación del medio de cultivo propuesto para la producción de enzimas lipolíticas extracelulares por microorganismos del género Thermus a pequeña escala, destacando la conveniencia de utilizar un agua minero-medicinal termal de elevado contenido en residuo seco para la preparación del medio.It should be noted that when the culture medium is prepared in Milli-Q quality ultrapure water, the maximum values of enzymatic activity are obtained later (at 28-32 h of culture), and are significantly lower than those reached in the other medium (85 U / L at 32 h, 33% lower than those detected in medicinal mineral water at the same time of cultivation). With regard to biomass, the profiles are similar in both cases, with final levels around 1.4-1.6 g / L, being slightly higher in crops made in medicinal mineral water. The adequacy of the culture medium proposed for the production of extracellular lipolytic enzymes by microorganisms of the genus Thermus on a small scale is therefore illustrated, highlighting the convenience of using a thermal mineral-medicinal water of high dry residue content for the preparation of the medium. .

Ejemplo 2Example 2 Producción de enzimas con actividad lipolítica por Thermus thermophilus HB27 en reactor de tanque agitado, en modo discontinuo y continuo, con medios de cultivo preparados en distintos tipos de aguaProduction of enzymes with lipolytic activity by Thermus thermophilus HB27 in stirred tank reactor, in discontinuous and continuous mode, with culture media prepared in different types of water

En este ejemplo se muestra la evolución del crecimiento celular y la producción de actividad lipolitica extracelular en cultivos de Thermus thermophilus HB27, llevados a cabo según el procedimiento descrito en un fermentador de 5 L de capacidad, equipado con un agitador mecánico de palas y de sistemas de control de temperatura y de entrada de aire estéril. A lo largo del tiempo de cultivo se han utilizado secuencialmente medios preparados de modo análogo a lo indicado en el Ejemplo 1, con dos tipos de agua (minero-medicinal termal descrita en la Tabla 1 y ultrapura de calidad Milli-Q).This example shows the evolution of cell growth and the production of extracellular lipolytic activity in Thermus thermophilus HB27 cultures, carried out according to the procedure described in a 5 L capacity fermenter, equipped with a mechanical shovel and systems agitator Temperature control and sterile air inlet. Throughout the culture time, means prepared in a manner analogous to that indicated in Example 1 have been used sequentially, with two types of water (thermal medicinal miner described in Table 1 and Milli-Q ultrapure quality).

Inicialmente, se introdujeron en el reactor 3 L de medio de cultivo preparado en agua minero-medicinal termal, que se inoculó con 90 mg (peso seco) de biomasa de Thermus thermophilus HB27 previamente preparada como en el ejemplo 1. El cultivo se incubó a una temperatura constante de 70°C, con una velocidad de agitación de 650 rpm, y un caudal de aire de 1 L/min.Initially, 3 L of culture medium prepared in thermal medicinal mineral water were introduced into the reactor, which was inoculated with 90 mg (dry weight) of Thermus thermophilus HB27 biomass previously prepared as in example 1. The culture was incubated at a constant temperature of 70 ° C, with a stirring speed of 650 rpm, and an air flow of 1 L / min.

Al cabo de 72 horas de cultivo, se inició el proceso en modo continuo, con introducción de una corriente continua de 1 L/día de medio de cultivo preparado en agua minero-medicinal termal y extracción del mismo caudal del contenido del reactor. Esto corresponde a un tiempo de residencia en el reactor (\tau) de 72 horas.After 72 hours of cultivation, the process in continuous mode, with introduction of a current 1 L / day of culture medium prepared in water thermal medicinal miner and extraction thereof reactor content flow. This corresponds to a time of residence in the reactor (ta) of 72 hours.

El sistema se mantuvo en estas condiciones hasta las 312 horas de cultivo, momento en el cual se sustituyó el medio de alimentación por otro preparado en agua ultrapura de calidad Milli-Q, conservando iguales el resto de condiciones (caudal de entrada y salida, agitación, aireación, temperatura). El proceso se monitorizó hasta las 504 horas de
cultivo.
The system was maintained in these conditions until 312 hours of cultivation, at which time the feeding medium was replaced by another prepared in Milli-Q quality ultrapure water, keeping the rest of the conditions the same (inlet and outlet flow, agitation , aeration, temperature). The process was monitored until 504 hours of
culture.

Durante todo el proceso se tomaron muestras periódicas del interior del reactor (periodo en modo discontinuo, entre 0 y 72 horas) o de la corriente de salida del reactor (periodo en modo continuo, a partir de 72 horas), para determinación de la concentración de biomasa y de actividad lipolítica extracelular.Samples were taken throughout the process periodic inside the reactor (period in discontinuous mode, between 0 and 72 hours) or from the reactor output current (period in continuous mode, from 72 hours), for determination of biomass concentration and lipolytic activity extracellular

En todos los casos, las muestras se centrifugaron durante 10 minutos a 5000 x g y 4°C, para separar la biomasa. El sobrenadante se utilizó para determinar la actividad enzimática, por medida de la hidrólisis de laurato de p-nitrofenilo a 65°C y pH 8,0 (Fuciños et al., 2005). El residuo sólido, una vez lavado para eliminar los restos de medio de cultivo, se usó para determinar la biomasa gravimétricamente mediante pesada.In all cases, the samples were centrifuged for 10 minutes at 5000 xg and 4 ° C, to separate the biomass. The supernatant was used to determine the enzymatic activity, by measuring the hydrolysis of p- nitrophenyl laurate at 65 ° C and pH 8.0 (Fuciños et al ., 2005). The solid residue, once washed to remove the remains of culture medium, was used to determine the biomass gravimetrically by weighing.

Los resultados obtenidos se muestran en la Figura 2, expresados en función de la evolución a lo largo del tiempo de la concentración de biomasa y la actividad lipolítica extracelular. Se indica mediante líneas de trazos los momentos de inicio de modo de operación en continuo, y de cambio de medio de cultivo de alimentación (medio preparado en agua minero-medicinal termal o ultrapura de calidad Milli-Q). De ellos se deduce la aptitud del procedimiento para el escalado de la producción de enzimas lipolíticas termofílicas, alcanzándose en modo discontinuo al cabo de 72 h de incubación niveles de actividad enzimática alrededor de 130 U/L y biomasa en torno a 1,2 g/L. Se obtienen, por tanto, valores similares a los detectados en cultivos a pequeña escala según lo descrito en el ejemplo 1, si bien se requieren tiempos más largos de cultivo. Como se indicó anteriormente, esto supone un nivel aceptable de producción, habida cuenta de los bajos niveles de expresión en la producción de enzimas encontrados habitualmente en microorganismos termófilos. Además, se demuestra la viabilidad del modo de operación en continuo para la producción de enzimas lipolíticas según el procedimiento descrito, manteniéndose niveles medios de actividad enzimática y biomasa en la corriente de salida del reactor en torno a 230 U/L y 1,4 g/L, respectivamente.The results obtained are shown in the Figure 2, expressed as a function of the evolution along the time of biomass concentration and lipolytic activity extracellular The moments of dashes are indicated by dashed lines. start of continuous operation mode, and change of means of feed culture (medium prepared in water quality thermal or ultrapure medicinal miner Milli-Q). From them the fitness of the Enzyme production scaling procedure thermophilic lipolytics, reaching discontinuously afterwards 72 h incubation levels of enzyme activity around 130 U / L and biomass around 1.2 g / L. They are obtained, therefore, values similar to those detected in small-scale crops as described in example 1, although more times are required crop lengths As indicated above, this implies a acceptable level of production, given the low levels of expression in the production of enzymes commonly found in thermophilic microorganisms. In addition, the viability is demonstrated of the continuous mode of operation for enzyme production lipolytic according to the described procedure, maintaining levels means of enzymatic activity and biomass in the output stream of the reactor around 230 U / L and 1.4 g / L, respectively.

Por último, destaca el efecto derivado de la sustitución de la alimentación de medio de cultivo preparado en agua minero-medicinal termal por otro formulado en agua ultrapura de calidad Milli-Q. A partir del momento en que se lleva a cabo el cambio se observa una progresiva disminución en la biomasa, y especialmente en la actividad enzimática extracelular detectada en la corriente de salida del reactor. Estos resultados confirman lo indicado en el Ejemplo 1, relativo a la conveniencia de utilizar agua minero-medicinal termal para la preparación del medio de
cultivo.
Finally, the effect derived from the replacement of the feed of culture medium prepared in thermal medicinal mineral water with another formulated in Milli-Q quality ultrapure water stands out. From the moment the change is carried out, a progressive decrease in biomass is observed, and especially in the extracellular enzymatic activity detected in the reactor's output current. These results confirm what is indicated in Example 1, regarding the convenience of using thermal mineral-medicinal water for the preparation of the
culture.

Ejemplo 3Example 3 Recuperación de las enzimas en el líquido extracelularRecovery of enzymes in extracellular fluid

En este ejemplo se muestra el efecto de introducir etapas de congelación/descongelación previas a la separación de la biomasa de los cultivos, con objeto de aumentar el porcentaje de recuperación de las enzimas producidas.This example shows the effect of introduce freeze / thaw stages prior to separation of biomass from crops, in order to increase the recovery percentage of the enzymes produced.

Los microorganismos del género Thermus forman con frecuencia agrupaciones conocidas con el nombre de cuerpos multicelulares, consistentes en un número variable de células rodeadas por una membrana formada por la fusión de las membranas externas de cada célula (Becker y Starzyk, 1984). En el interior de estas estructuras puede acumularse una cierta cantidad de enzima, que no es posible recuperar en el líquido extracelular si la separación de la biomasa se lleva a cabo por simple centrifugación. La incorporación de etapas previas de congelación/descongelación induce la ruptura de las membranas que rodean a estos agregados, y por lo tanto la liberación de las enzimas retenidas, manteniéndose prácticamente por completo la integridad de las células individuales. Suspensiones celulares procedentes de cultivos realizados de modo análogo a lo descrito en el Ejemplo 1 se sometieron a dos tipos de tratamiento. Por un lado, las suspensiones se centrifugaron durante 10 minutos a 5000 x g y 4°C directamente tras la finalización del cultivo para separar la biomasa. El sobrenadante se utilizó para determinar la actividad enzimática extracelular, por medida de la hidrólisis de laurato de p-nitrofenilo a 65°C y pH 8,0 (Fuciños et al.,
2005).
The microorganisms of the Thermus genus often form known clusters with the name of multicellular bodies, consisting of a variable number of cells surrounded by a membrane formed by the fusion of the outer membranes of each cell (Becker and Starzyk, 1984). A certain amount of enzyme can accumulate inside these structures, which is not possible to recover in the extracellular liquid if the separation of the biomass is carried out by simple centrifugation. The incorporation of previous stages of freezing / thawing induces the rupture of the membranes that surround these aggregates, and therefore the release of the retained enzymes, virtually maintaining the integrity of the individual cells. Cell suspensions from cultures performed analogously to that described in Example 1 underwent two types of treatment. On the one hand, the suspensions were centrifuged for 10 minutes at 5000 xg and 4 ° C directly after the end of the culture to separate the biomass. The supernatant was used to determine the extracellular enzymatic activity, by measuring hydrolysis of p- nitrophenyl laurate at 65 ° C and pH 8.0 (Fuciños et al .,
2005).

Por otro lado, las suspensiones se congelaron a -40°C durante 24 h, tras lo cual se descongelaron a temperatura ambiente. Luego, se centrifugaron durante 10 minutos a 5000 x g y 4°C, para separar la biomasa. El sobrenadante se utilizó para determinar la actividad enzimática, como en el caso anterior.On the other hand, the suspensions were frozen to -40 ° C for 24 h, after which they were thawed at temperature ambient. Then, they were centrifuged for 10 minutes at 5000 x g and 4 ° C, to separate the biomass. The supernatant was used to determine the enzymatic activity, as in the previous case.

Los resultados obtenidos con muestras procedentes de cultivos de 24 h realizados en medios preparados con agua minero-medicinal termal y agua ultrapura de calidad Milli-Q se muestran en la Figura 3. Se puede observar cómo el proceso de congelación/descongelación conduce a un significativo aumento en la tasa de recuperación de enzima en el líquido extracelular, que se incrementa entre un 60 y un 150% en muestras procedentes de cultivos realizados en agua minero-medicinal termal y ultrapura de calidad Milli-Q, respectivamente.The results obtained with samples from 24 h crops grown in prepared media with thermal medicinal mineral water and ultrapure water from Milli-Q quality are shown in Figure 3. It can be observe how the freeze / thaw process leads to a significant increase in the rate of enzyme recovery in the extracellular fluid, which increases between 60 and 150% in samples from crops made in water quality thermal and ultrapure medicinal miner Milli-Q, respectively.

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TABLA 1TABLE 1 Características del agua minero-medicinal termal empleada en la preparación del medio de cultivo utilizado en los Ejemplos 1, 2 y 3Water features thermal medicinal miner used in the preparation of the culture medium used in Examples 1, 2 and 3

1one

Claims (3)

1. Un procedimiento para la obtención de enzimas termofílicas con actividad lipolítica procedentes de microorganismos del género Thermus consistente en el cultivo del microorganismo en un medio de crecimiento preparado con un agua termal minero-medicinal y la recuperación de la actividad mediante un procedimiento de congelación de los cultivos.1. A procedure for obtaining thermophilic enzymes with lipolytic activity from microorganisms of the Thermus genus consisting of the cultivation of the microorganism in a growth medium prepared with a mineral-medicinal thermal water and the recovery of the activity by means of a freezing procedure of The crops 2. Un procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado por el cultivo en agua minero-medicinal de microorganismos del género Thermus y la recuperación en el líquido extracelular de las enzimas lipolíticas producidas.2. A method according to claim 1 characterized by the cultivation in mineral-medicinal water of microorganisms of the Thermus genus and the recovery in the extracellular liquid of the lipolytic enzymes produced. 3. Un procedimiento según la reivindicaciones 1 y 2 caracterizado por la recuperación de las enzimas lipolíticas producidas en cultivo líquido mediante etapas secuenciales de congelación, descongelación y centrifugación.3. A process according to claims 1 and 2 characterized by the recovery of lipolytic enzymes produced in liquid culture by sequential stages of freezing, thawing and centrifugation.
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