ITMI980810A1 - RHODOBACTER SPHAEROIDES RV MUTANT AND ITS USE IN HYDROGEN PRODUCTION - Google Patents

RHODOBACTER SPHAEROIDES RV MUTANT AND ITS USE IN HYDROGEN PRODUCTION

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ITMI980810A1
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Paola Pedroni
Francesco Rodriguez
Claudio Tosi
Giuseppe Scolla
Elisabetta Franchi
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Res Inst Of Innovative Te Chno
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Description

"Mutante di Rhodobacter sphaeroides RV e suo impiego nella produzione di idrogeno". "Rhodobacter sphaeroides RV mutant and its use in hydrogen production".

Descrizione Description

L'invenzione riguarda il mutante di Rhodobacter sphaeroides RV CBS 100467 incapace ad accumulare poliidrossialcanoati (PHAs) ed un procedimento per la produzione di idrogeno che impiega detto mutante. The invention relates to the Rhodobacter sphaeroides RV CBS 100467 mutant unable to accumulate polyhydroxyalkanoates (PHAs) and a process for the production of hydrogen which uses said mutant.

L'idrogeno rappresenta l'elemento più abbondante nel sole e gioca un ruolo chiave nella generazione di energia. Sulla terra, invece, insieme all'ossigeno è il composto fondamentale per il ciclo biologico dell’energia. Hydrogen is the most abundant element in the sun and plays a key role in energy generation. On earth, however, together with oxygen it is the fundamental compound for the biological cycle of energy.

La quantità di idrogeno contenuta nella zona più bassa dell'atmosfera è stimabile a circa 2,2xl0<9 >tonnellate, pari a circa 0,55 ppm per volume di aria. Confrontate con le 1,1 x IO<15 >tonnellate di 02, l'idrogeno è certamente da considerarsi sulla terra un gas raro. L'idrogeno, comunque, a differenza dei gas nobili, è continuamente prodotto ed utilizzato da un largo numero di microorganismi sia in condizioni aerobiche che anaerobiche, in presenza od assenza di luce. The quantity of hydrogen contained in the lower area of the atmosphere can be estimated at about 2.2xl0 <9> tons, equal to about 0.55 ppm per volume of air. Compared to 1.1 x IO <15> tons of 02, hydrogen is certainly to be considered a rare gas on earth. However, unlike noble gases, hydrogen is continuously produced and used by a large number of microorganisms both in aerobic and anaerobic conditions, in the presence or absence of light.

Da un punto di vista energetico, l’idrogeno rappresenta sicuramente una fonte ideale avendo un potere calorico superiore ad ogni altro. Inoltre può essere facilmente conservato, non è inquinante ed il prodotto finale della sua ossidazione, l'acqua, non solo non è tossico, ma risulta un composto indispensabile a garantire la vita sulla terra . From an energy point of view, hydrogen is certainly an ideal source as it has a higher calorific value than any other. Furthermore, it can be easily preserved, it is not polluting and the final product of its oxidation, water, is not only non-toxic, but is an indispensable compound to guarantee life on earth.

La capacità dei microorganismi di sviluppare idrogeno, unitamente al progressivo esaurimento delle fonti energetiche tradizionali ed ai gravi problemi ambientali ad esse associati, ha stimolato da tempo un considerevole sforzo di ricerca per ottenere per via biologica questa fonte di energia. The ability of microorganisms to develop hydrogen, together with the progressive depletion of traditional energy sources and the serious environmental problems associated with them, has long stimulated a considerable research effort to obtain this energy source biologically.

Nell'ambiente naturale sono presenti numerosi organismi che possono produrre l'idrogeno spontaneamente . In the natural environment there are numerous organisms that can spontaneously produce hydrogen.

Tra questi organismi, i batteri fotosintetici anossigenici, come i batteri rossi non sulfurei che comprendono fra gli altri i generi Rhodooseudomonas . Rhodobacter e Rhodospirillum. These organisms include anoxygenic photosynthetic bacteria, such as red non-sulphurous bacteria which include, among others, the genera Rhodooseudomonas. Rhodobacter and Rhodospirillum.

sono particolarmente adatti per la produzione di idrogeno. Essi, infatti, sono capaci non solo di utilizzare una sorgente di energia a costo zero, la luce, ma possono utilizzare come substrato per la loro crescita sostanze di scarto, abbinando così la produzione di energia allo smaltimento di rifiuti che rappresentano un serio problema ambientale. they are particularly suitable for the production of hydrogen. In fact, they are not only capable of using a source of energy at no cost, light, but can use waste substances as a substrate for their growth, thus combining the production of energy with the disposal of waste that represent a serious environmental problem. .

Tuttavia, questi batteri presentano gli inconvenienti derivanti dalle basse rese di produzione di idrogeno. Ne consegue che l'uso di questi microorganismi rende difficile lo sviluppo di processi per la bioproduzione di idrogeno interessanti da un punto di vista pratico ed economico . However, these bacteria have the drawbacks of low hydrogen production yields. It follows that the use of these microorganisms makes it difficult to develop processes for the bioproduction of hydrogen which are interesting from a practical and economic point of view.

E' noto in letteratura, infatti, che i batteri rossi non sulfurei sono anche caratterizzati dalla capacità di sintetizzare, in condizioni di crescita sbilanciate, elevate quantità di sostanze di riserva, generalmente indicate con il termine di poliidrossialcanoati (PHA). I PHA vengono accumulati sotto forma di corpi di inclusione citoplasmatici ed arrivano a rappresentare una rilevante percentuale (fino al 70%) del peso cellulare. Anche per il ceppo R.sohaeroides RV, che overproduce idrogeno, è stata dimostrata una competizione tra l'accumulo di poliidrossialcanoati (PHAs) e la fotoproduzione di idrogeno in funzione delle condizioni di crescita. It is known in the literature, in fact, that red non-sulphurous bacteria are also characterized by the ability to synthesize, under unbalanced growth conditions, high quantities of reserve substances, generally referred to as polyhydroxyalkanoates (PHA). PHAs are accumulated in the form of cytoplasmic inclusion bodies and represent a significant percentage (up to 70%) of the cell weight. Also for the strain R.sohaeroides RV, which overproduces hydrogen, a competition has been demonstrated between the accumulation of polyhydroxyalkanoates (PHAs) and the photoproduction of hydrogen as a function of the growth conditions.

Infatti, l'evoluzione di idrogeno gassoso e la sintesi di PHAs rappresentano due vie metaboliche alternative per consumare il potere riducente cellulare. In fact, the evolution of hydrogen gas and the synthesis of PHAs represent two alternative metabolic pathways to consume the cellular reducing power.

Per migliorare la capacità di produzione di idrogeno da parte di R.sohaeroides RV in termini di durata e quindi di quantità totale di H2 prodotto, è stato ora costruito un mutante incapace ad accumulare poliidrossialcanoati (PHAs). To improve the hydrogen production capacity of R.sohaeroides RV in terms of duration and therefore of the total amount of H2 produced, a mutant unable to accumulate polyhydroxyalkanoates (PHAs) has now been constructed.

Tale mutante, denominato SMV071, è stato depositato il 16.02.1998 presso il Centraalbureau Voor Schimmelcultures dove ha ricevuto il numero CBS 100467. This mutant, called SMV071, was deposited on 16.02.1998 at the Centraalbureau Voor Schimmelcultures where it received the CBS number 100467.

Pertanto costituisce uno scopo della presente invenzione un mutante di R.sphaeroides RV CBS 100467 incapace ad accumulare poliidrossialcanoati (PHAs). Therefore an object of the present invention is a mutant of R.sphaeroides RV CBS 100467 unable to accumulate polyhydroxyalkanoates (PHAs).

Costituisce un ulteriore scopo della presente invenzione un processo per la produzione di idrogeno che utilizza il mutante di R.sphaeroides RV CBS 100467. A further object of the present invention is a process for the production of hydrogen which uses the mutant of R.sphaeroides RV CBS 100467.

Breve descrizione delle figure Brief description of the figures

Figura 1: si riporta la mappa di restrizione del plasmide pSM774 Figure 1: the restriction map of the pSM774 plasmid is shown

Figura 2(A-C): mostra la sequenza nucleotidica ed amminoacidica del gene phaC sintasi di R.sphaeroides RV wild-type mancante delle prime 30 basi e delle ultime 60 basi. Figure 2 (A-C): shows the nucleotide and amino acid sequence of the wild-type R.sphaeroides RV phaC synthase gene missing the first 30 bases and the last 60 bases.

Figura 3: si riporta la mappa di restrizione del plasmide pSM583. Figure 3: the restriction map of the pSM583 plasmid is shown.

Figura 4: Analisi Southern Blot su DNA genomico dei cloni mutanti No 1-10 (linee 1-10) e del ceppo wild-type R.sohaeroides RV digeriti con l'enzima di restrizione EcoRI e ibridati con una sonda specifica per il gene phaC. Figure 4: Southern Blot analysis on genomic DNA of mutant clones No 1-10 (lines 1-10) and wild-type strain R.sohaeroides RV digested with the restriction enzyme EcoRI and hybridized with a specific probe for the phaC gene .

Figura 5: gas cromatogrammi del ceppo R.sohaeroides RV wild-type e del ceppo mutante SMV071 che mostrano, rispettivamente, la presenza e l'assenza del picco caratteristico del PHB. Figure 5: gas chromatograms of wild-type R.sohaeroides RV strain and SMV071 mutant strain showing the presence and absence of the characteristic PHB peak, respectively.

A: standard del metil estere dell'acido β-idrossibutirrico (picco a RT = 10,28); A: methyl ester standard of β-hydroxybutyric acid (peak at RT = 10.28);

B: estratto della coltura cellulare di R.sphaeroides RV wild-type dopo 14 giorni di fermentazione (picco a RT = 10,96); B: cell culture extract of R.sphaeroides RV wild-type after 14 days of fermentation (peak at RT = 10.96);

C: estratto della coltura cellulare del mutante SMV071 dopo 15 giorni di fermentazione (nessun picco a RT caratteristico dell'acido β-idrossibutirrico). C: cell culture extract of the SMV071 mutant after 15 days of fermentation (no peak at RT characteristic of β-hydroxybutyric acid).

Figura 6 : rappresentazione schematica del bioreàttore dove: 1 = serbatoio del substrato; 2 = gas Argon flussato per mantenere le condizioni di anaerobiosi; 3 = pompa peristaltica che regola l'immissione del terreno nel fotobioreattore; 4 = fotobioreattore; 5 = piastra magnetica per mantenere l'agitazione all'interno del fotobioreattore; 6 = collegamento elettrico per le lampade alogene collocate all'interno del fotobioreattore; 7 = uscita comune del terreno esausto, della biomassa e del biogas; 8 = trappola; 9 = contatore digitale del biogas evoluto; 10 = scarico del biogas; 11 = pompa peristaltica per l'eliminazione del terreno e biomassa esausti; 12 = scarico del terreno e biomassa e sanitizzazione. Descrizione dettagliata dell'invenzione Figure 6: schematic representation of the bioreactor where: 1 = substrate reservoir; 2 = Argon gas fluxed to maintain anaerobic conditions; 3 = peristaltic pump that regulates the introduction of the soil into the photobioreactor; 4 = photobioreactor; 5 = magnetic plate to keep the agitation inside the photobioreactor; 6 = electrical connection for the halogen lamps located inside the photobioreactor; 7 = common output of exhausted soil, biomass and biogas; 8 = trap; 9 = digital meter for advanced biogas; 10 = biogas discharge; 11 = peristaltic pump for the elimination of exhausted soil and biomass; 12 = land discharge and biomass and sanitation. Detailed description of the invention

Nella maggior parte dei batteri che sono in grado di accumulare PHAs, tra i quali R.sphaeroides RV, il poli(3-idrossibutirrato) (PHB) rappresenta il polimero maggiormente prodotto. In most bacteria that are able to accumulate PHAs, including R.sphaeroides RV, poly (3-hydroxybutyrate) (PHB) is the most produced polymer.

E' noto in letteratura che nel batterio più studiato, Alcaligenes eutrophus, la sintesi di PHB è realizzata attraverso una via metabolica che coinvolge in successione tre differenti enzimi: una β-chetotiolasi,una acetoacetil-CoA riduttasi ed una sintasi che catalizza la polimerizzazione del monomero per dare il poliestere PHB. It is known in the literature that in the most studied bacterium, Alcaligenes eutrophus, the synthesis of PHB is carried out through a metabolic pathway that involves three different enzymes in succession: a β-ketothiolase, an acetoacetyl-CoA reductase and a synthase that catalyzes the polymerization of monomer to give the PHB polyester.

La presente invenzione si basa sulla considerazione che la sintasi rappresenti l'enzima chiave della via metabolica. Questo enzima, infatti, ha una relativa bassa specificità di substrato, e quindi potrebbe usare come substrati intermedi diversi provenienti da vie metaboliche alternative. The present invention is based on the consideration that synthase represents the key enzyme of the metabolic pathway. This enzyme, in fact, has a relative low substrate specificity, and therefore could use as intermediate substrates different from alternative metabolic pathways.

Pertanto si è pensato di eliminare l'ultimo stadio della biosintesi di PHB, mediante inattivazione del gene (phaC ) che codifica per tale enzima, dopo aver verificato la sua presenza nel genoma di R.sohaeroides RV. Therefore it was decided to eliminate the last stage of PHB biosynthesis, by inactivating the gene (phaC) that codes for this enzyme, after verifying its presence in the genome of R.sohaeroides RV.

Per la sua inattivazione possono essere utilizzate metodiche convenzionali come la mutagenesi random, che si basa sull’impiego di trasposoni, o la mutagenesi mirata che utilizza interposoni. Questi elementi, dopo inserimento nel genoma, oltre a provocare un' interruzione nella sequenza di un gene, che si manifesta attraverso una mutazione fenotipica, conferiscono all'ospite la resistenza ad un particolare antibiotico. For its inactivation, conventional methods such as random mutagenesis, which is based on the use of transposons, or targeted mutagenesis using interposons, can be used. These elements, after insertion into the genome, in addition to causing an interruption in the sequence of a gene, which manifests itself through a phenotypic mutation, give the host resistance to a particular antibiotic.

Secondo una forma di attuazione preferita della presente invenzione, l’inattivazione del gene phaC sintasi di R.sohaeroides RV wild-type è stata effettuata mediante inserimento all'interno del gene sintasi, previamente isolato e caratterizzato (figura 2), di una cassetta genica (interposone) che codifica per la resistenza alla kanamicina e successiva selezione dei ceppi mutagenizzati su un terreno addizionato con questo antibiotico. According to a preferred embodiment of the present invention, the inactivation of the wild-type R.sohaeroides RV phaC synthase gene was carried out by inserting a gene cassette into the previously isolated and characterized synthase gene (Figure 2). (interposon) coding for resistance to kanamycin and subsequent selection of the mutagenized strains on a medium supplemented with this antibiotic.

Infatti, teoricamente, solo i cloni in cui è avvenuta l'integrazione dell'interposone nel DNA genomico del ceppo possono crescere su tale terreno selettivo . In fact, theoretically, only the clones in which the integration of the interposon has taken place in the genomic DNA of the strain can grow on this selective medium.

La costruzione dell 'interposone è stata condotta utilizzando in primo luogo il ceppo E.coli TG1 come ospite e pUC18 come vettore. The construction of the interposon was carried out using first the E. coli TG1 strain as the host and pUC18 as the vector.

L'analisi di restrizione delle colonie ottenute dopo trasformazione ha confermato l'isolamento di un clone positivo contenente il gene della kanamicina inserito nel gene phaC sintasi. La sequenza nucleotidica di tale clone ha evidenziato l’inserimento dell 'interposone in orientamento opposto rispetto alla direzione di trascrizione del gene phaC sintasi. Colony restriction analysis obtained after transformation confirmed the isolation of a positive clone containing the kanamycin gene inserted in the phaC synthase gene. The nucleotide sequence of this clone highlighted the insertion of the interposon in the opposite orientation with respect to the transcription direction of the phaC synthase gene.

Il gene sintasi interrotto è stato poi clonato in un vettore suicida, cioè un vettore che è incapace di replicarsi in R.sohaeroides e la costruzione finale è stata introdotta mediante coniugazione nel ceppo E.coli S17-1 e nel ceppo wild-type R.sohaeroides RV reso resistente all'antibiotico rifampicina. The disrupted synthase gene was then cloned into a suicide vector, i.e. a vector that is unable to replicate in R. sohaeroides, and the final construction was introduced by conjugation into the E. coli S17-1 strain and the wild-type R. sohaeroides RV made resistant to the antibiotic rifampicin.

La selezione dei mutanti di R.sohaeroides RV è stata condotta in due stadi: il primo stadio è consistito nella selezione su kanamicina per confermare l'avvenuta ricombinazione fra la copia mutagenizzata del gene ohaC. portata dal vettore suicida, e la copia funzionale che si trova sul DNA genomico ed il secondo stadio nella selezione su gentamicina per verificare la perdita del vettore suicida utilizzato per la mutagenesi. The selection of R.sohaeroides RV mutants was carried out in two stages: the first stage consisted of selection on kanamycin to confirm the recombination between the mutagenized copy of the ohaC gene. carried by the suicide vector, and the functional copy found on the genomic DNA and the second stage in the selection on gentamicin to verify the loss of the suicide vector used for mutagenesis.

I cloni sono stati caratterizzati mediante analisi Southern blot per confermare la natura ed il sito dell'evento di mutagenesi. I DNA genomici sono stati estratti, digeriti con l'enzima di restrizione EcoRI ed ibridìzzati con un oligonucleotide sintetico specifico per il gene ohaC. Il DNA genomico wild-type, preparato nelle stesse condizioni è stato utilizzato come controllo negativo . Clones were characterized by Southern blot analysis to confirm the nature and site of the mutagenesis event. Genomic DNAs were extracted, digested with the EcoRI restriction enzyme and hybridized with a synthetic oligonucleotide specific for the ohaC gene. Wild-type genomic DNA prepared under the same conditions was used as a negative control.

Per uno di questi cloni è stata evidenziata una banda di ibridazione delle dimensioni attese. For one of these clones a hybridization band of the expected size was highlighted.

Questo clone, denominato SMV071, è stato caratterizzato fisiologicamente mediante crescita in differenti terreni. Questo clone ha mostrato, similmente al ceppo wild-type, una stessa capacità di crescita in terreni completi, ad esempio aSy (J.Miyake, X.Y. Mao and S.Kawamura, J.Ferment. Technol., 62:531-535, 1984) e substrati provenienti da scarti di mercato, e nessuna crescita in terreno che induce la sintesi di PHB. Tale risultato ha confermato indirettamente l'incapacità di attivare questa via metabolica. Inoltre, la determinazione della produzione di PHB, condotta mediante analisi gascromatografica sul clone SMV071, non ha evidenziato alcun picco, confermando così l'incapacità del ceppo mutante ad accumulare PHB. This clone, named SMV071, was physiologically characterized by growth in different media. This clone showed, similarly to the wild-type strain, the same growth capacity in complete media, for example aSy (J.Miyake, X.Y. Mao and S.Kawamura, J.Ferment. Technol., 62: 531-535, 1984 ) and substrates from market waste, and no growth in soil that induces PHB synthesis. This result indirectly confirmed the inability to activate this metabolic pathway. Furthermore, the determination of PHB production, carried out by gas chromatographic analysis on the SMV071 clone, did not show any peak, thus confirming the inability of the mutant strain to accumulate PHB.

Il mutante di R,sohaeroides RV della presente invenzione è quindi particolarmente adatto nello sviluppo di processi di fermentazione per la produzione di idrogeno. The mutant of R, sohaeroides RV of the present invention is therefore particularly suitable in the development of fermentation processes for the production of hydrogen.

La fermentazione può essere condotta in un mezzo acquoso contenente sorgenti assimilabili di carbonio e di azoto nonché diversi cationi, anioni ed, eventualmente, tracce di vitamine o di amminoacidi. Fermentation can be carried out in an aqueous medium containing assimilable sources of carbon and nitrogen as well as various cations, anions and, possibly, traces of vitamins or amino acids.

Sorgenti di carbonio assimilabili includono acidi organici quale piruvato, malato, lattato, succinato od altre sorgenti di carbonio convenzionali. Fonti di azoto possono essere scelte, ad esempio, tra sali d'ammonio minerali, quali nitrato di ammonio, solfato di ammonio, cloruro di ammonio o carbonato di ammonio e urea o materiali contenenti azoto organico o inorganico come peptone, estratto di lievito o estratto di carne . Similar carbon sources include organic acids such as pyruvate, malate, lactate, succinate or other conventional carbon sources. Sources of nitrogen can be chosen, for example, from mineral ammonium salts, such as ammonium nitrate, ammonium sulfate, ammonium chloride or ammonium carbonate and urea or materials containing organic or inorganic nitrogen such as peptone, yeast extract or extract of meat .

Esempi non limitativi di cationi ed anioni possono essere scelti tra potassio, sodio, magnesio, ferro, calcio, fosfati acidi, solfati, cloruri, manganese e nitrati. Non-limiting examples of cations and anions can be selected from potassium, sodium, magnesium, iron, calcium, acid phosphates, sulphates, chlorides, manganese and nitrates.

Secondo una forma di attuazione preferita del procedimento della presente invenzione si utilizza come substrato un materiale derivante dalla fermentazione acidogenica controllata di rifiuti mercatali (E. D'Addario et al. (1992), Wat.Sci .Tech. 22, 183-192) avente la composizione riportata nell'esempio 7. According to a preferred embodiment of the process of the present invention, a material deriving from the controlled acidogenic fermentation of commercial waste is used as the substrate (E. D'Addario et al. (1992), Wat.Sci. Tech. 22, 183-192) having the composition reported in example 7.

La fermentazione è condotta in anaerobiosi, garantita dal flusso continuo di argon, in presenza di luce con una intensità luminosa compresa tra 6.000 e 20.000 lux, ad una temperatura compresa tra 25°C e 40°C, preferibilmente tra 30°C e 37°0. Fermentation is carried out in anaerobiosis, guaranteed by the continuous flow of argon, in the presence of light with a light intensity between 6,000 and 20,000 lux, at a temperature between 25 ° C and 40 ° C, preferably between 30 ° C and 37 ° 0.

Il pH del mezzo di fermentazione è mantenuto entro valori compresi tra 6,50 e 8,0 e di preferenza tra 6,8 e 7,3. La regolazione del pH può essere effettuata, ad esempio, mediante aggiunta di una soluzione acquosa basica quale una soluzione acquosa di ammoniaca, di idrossido di potassio, di idrossido di sodio, carbonato di sodio oppure di potassio. Preferibilmente si utilizza una soluzione di idrossido di sodio 1-5 M. The pH of the fermentation medium is kept within values between 6.50 and 8.0 and preferably between 6.8 and 7.3. The pH adjustment can be carried out, for example, by adding a basic aqueous solution such as an aqueous solution of ammonia, potassium hydroxide, sodium hydroxide, sodium carbonate or potassium. A 1-5 M sodium hydroxide solution is preferably used.

Durante la fermentazione si procede al recupero dell'idrogeno mediante tecniche convenzionali. During fermentation, the hydrogen is recovered using conventional techniques.

Il processo può essere condotto in continuo in apparecchiature del tipo mostrato in figura 6. The process can be carried out continuously in equipment of the type shown in figure 6.

Operando nelle condizioni preferite, si è osservato che la quantità di H2 prodotta dal mutante era circa il 26% più elevata rispetto al ceppo wild-type, poiché la fotoproduzione di H2 da parte del mutante continuava per altri dieci giorni (26 giorni in tutto) confrontata ai 16 giorni del ceppo wild-type. Operating under the preferred conditions, it was observed that the amount of H2 produced by the mutant was approximately 26% higher than in the wild-type strain, since the photoproduction of H2 by the mutant continued for another ten days (26 days in total). compared to 16 days for the wild-type strain.

I seguenti esempi, che hanno l'unico scopo di descrivere in maggior dettaglio la .presente invenzione, non devono in alcun modo essere interpretati come una limitazione agli scopi della stessa. The following examples, which have the sole purpose of describing the present invention in greater detail, must in no way be interpreted as a limitation to the purposes thereof.

Esempio 1 Example 1

Estrazione del DNA genomico da R.sphaeroides RV Una beuta da 500 mi contenente 100 mi di terreno LB (10 g/1 triptone, 5 g/1 yeast extract, 10 g/1 NaCl) è stata inoculata con il ceppo R .sphaeroides RV (fornito dal National Institute of Bioscience and Human-technology (NIBH), Tsukuba, Giappone) e la miscela risultante è stata mantenuta sotto agitazione (220 rpm) a 30°C per 48 in condizioni di aerobiosi/buio. Genomic DNA extraction from R.sphaeroides RV A 500 ml flask containing 100 ml of LB medium (10 g / 1 tryptone, 5 g / 1 yeast extract, 10 g / 1 NaCl) was inoculated with the R .sphaeroides RV strain (provided by the National Institute of Bioscience and Human-technology (NIBH), Tsukuba, Japan) and the resulting mixture was stirred (220 rpm) at 30 ° C for 48 under aerobic / dark conditions.

Quindi, le cellule sono state recuperate mediante centrifugazione della brodocoltura in un rotore SS34 modello Sorvall RC-5B (a 4°C e 5000 rpm per 10 minuti) e poi lavate (2x120 mi) con la soluzione tampone TE (1 mM EDTA, 10 mM Tris-HCl, pH 7,4). La sospensione risultante è stata nuovamente centrifugata come sopra riportato e le cellule sono state recuperate e risospese in 9,5 mi di soluzione tampone TE. Dopo aggiunta di 0,5 mi di 10% SDS (sodio dodecilsolfato) e 50 pi di una soluzione di Proteinasi K (20 mg/ml), la sospensione è stata incubata a 37°c per 1 ora. Then, the cells were recovered by centrifugation of the broth culture in a Sorvall RC-5B model SS34 rotor (at 4 ° C and 5000 rpm for 10 minutes) and then washed (2x120 ml) with TE buffer solution (1 mM EDTA, 10 mM Tris-HCl, pH 7.4). The resulting suspension was centrifuged again as reported above and the cells were recovered and resuspended in 9.5 ml of TE buffer solution. After addition of 0.5 ml of 10% SDS (sodium dodecyl sulfate) and 50 µl of a solution of Proteinase K (20 mg / ml), the suspension was incubated at 37 ° C for 1 hour.

Quindi sono stati addizionati 1,8 mi di NaCl 5 M e 1,5 mi di una soluzione costituita da 10% esadeciltrimetil ammonio bromuro (CTAB) in 0,7 M NaCl e la soluzione risultante è stata incubata a 65°C per 20 minuti. Then 1.8 ml of 5 M NaCl and 1.5 ml of a solution consisting of 10% hexadecyltrimethyl ammonium bromide (CTAB) in 0.7 M NaCl were added and the resulting solution was incubated at 65 ° C for 20 minutes .

Successivamente la soluzione è stata deproteinizzata con uguale volume di cloroformio :isoamil alcol (24:1, v/v) ed il DNA è stato precipitato con 0,6 volumi di isopropanolo. Subsequently the solution was deproteinized with equal volume of chloroform: isoamyl alcohol (24: 1, v / v) and the DNA was precipitated with 0.6 volumes of isopropanol.

Il DNA è stato lavato con 1 mi di etanolo (70%) e recuperato con una bacchetta di vetro. Infine il DNA raccolto è stato disciolto in 4 mi di TE e la sua concentrazione è stata determinata mediante lettura spettrofotometrica a 260 nm. The DNA was washed with 1 ml of ethanol (70%) and recovered with a glass rod. Finally, the collected DNA was dissolved in 4 ml of TE and its concentration was determined by spectrophotometric reading at 260 nm.

Il DNA genomico è stato ulteriormente purificato mediante centrifugazione su gradiente di CsCl (1%) contenente 0,1 mg/ml di bromuro di etidio (55.000 rpm per 16 ore in rotore Beckman V65Ti). The genomic DNA was further purified by CsCl gradient centrifugation (1%) containing 0.1 mg / ml of ethidium bromide (55,000 rpm for 16 hours in a Beckman V65Ti rotor).

La banda di DNA è stata visualizzata sotto luce UV ed il bromuro di etidio è stato allontanato mediante estrazione con butanolo saturo in acqua. Dopo dialisi contro tampone TE, il DNA è stato precipitato con etanolo e risospeso nel volume desiderato. The DNA band was visualized under UV light and the ethidium bromide was removed by extraction with butanol saturated in water. After dialysis against TE buffer, the DNA was precipitated with ethanol and resuspended in the desired volume.

Esempio 2 Example 2

Isolamento del gene sintasi phaC Isolation of the phaC synthase gene

Il DNA genomico ottenuto come riportato nell'esempio 1 è stato amplificato mediante la tecnica della Polymerase Chain Reaction (PCR), secondo le indicazioni riportate da Leung et al. (Leung D.W., Chen E., Goeddel D.V., Technique - a journal of methods in celi and molecular biology, 1, n° 1 (1989): pp. 11-15), utilizzando come primers la seguente coppia di oligonucleotidi: The genomic DNA obtained as reported in example 1 was amplified by the Polymerase Chain Reaction (PCR) technique, according to the indications reported by Leung et al. (Leung D.W., Chen E., Goeddel D.V., Technique - a journal of methods in celi and molecular biology, 1, n ° 1 (1989): pp. 11-15), using the following pair of oligonucleotides as primers:

(1) 5'CGTGACGCTC AGTTCGAGCG TCTGAAC 3' (FORWARD) (2) 5'CGGCGCGAGC TCGGGATGTT TCGAATC3' (REVERSE) Questi oligonucleotidi sono stati sintetizzati sulla base di sequenze amminoacidiche conservate di sintasi batteriche, tenendo conto dell'uso preferenziale dei codoni in R.sohaeroides RV. (1) 5'CGTGACGCTC AGTTCGAGCG TCTGAAC 3 '(FORWARD) (2) 5'CGGCGCGAGC TCGGGATGTT TCGAATC3' (REVERSE) These oligonucleotides have been synthesized on the basis of amino acid sequences preserved in bacterial synthase .sohaeroides RV.

L'amplificazione è stata condotta in una apparecchiatura DNA Thermal Cycler 480 (Perkin -Elmer Cetus) utilizzando una miscela di reazione (100 μΐ) contenente: The amplification was carried out in a DNA Thermal Cycler 480 apparatus (Perkin -Elmer Cetus) using a reaction mixture (100 μΐ) containing:

- 500 ng di DNA genomico - 500 ng of genomic DNA

- 10 mM Tris HC1 pH 8,3 - 10 mM Tris HC1 pH 8.3

- 2 mM MgS04- 2 mM MgS04

- 25 mM KC1 - 25 mM KC1

- 5 mM (NHJ2S04- 5 mM (NHJ2S04

- 100 picomoli dei due primers - 100 picomoles of the two primers

- 200 pM di dNTPS (dATP, dGTP, dCTP, dTTP) - 200 pM of dNTPS (dATP, dGTP, dCTP, dTTP)

- 2,5 Unità di Pwo polimerasi (Perkin Elmer). - 2.5 Units of Pwo polymerase (Perkin Elmer).

Dopo denaturazione per 2 minuti a 98°C, è stato fatto partire il programma ciclico, che comprendeva: After denaturation for 2 minutes at 98 ° C, the cyclic program was started, which included:

1 minuto a 98°C (denaturazione) 1 minute at 98 ° C (denaturation)

1 minuto a 60’c (annealing) 1 minute at 60'c (annealing)

2 minuti a 72°C (allungamento) 2 minutes at 72 ° C (elongation)

per 25 cicli complessivi, seguita da 8 minuti a 72°C (estensione finale). for a total of 25 cycles, followed by 8 minutes at 72 ° C (final extension).

Il prodotto di amplificazione così ottenuto è stato trattato con fenolo-cloroformio (1:1), precipitato con NaCl (1/10 vol/vol) ed EtOH (2 voi) e risospeso in 20 pi di H20. Quindi un frammento di circa 1700 bp è stato purificato su gel low-melting (SeaPlaque, FMC BioProducts) allo 0,6% e dopo eluizione dal gel è stato clonato nel plasmide PUC18 (Boheringer) previamente digerito con l'enzi-ma di restrizione Smal. The resulting amplification product was treated with phenol-chloroform (1: 1), precipitated with NaCl (1/10 vol / vol) and EtOH (2 vol.) And resuspended in 20 µl of H20O. Then a fragment of about 1700 bp was purified on low-melting gel (SeaPlaque, FMC BioProducts) at 0.6% and after elution from the gel it was cloned in the plasmid PUC18 (Boheringer) previously digested with the restriction enzyme. Smal.

In pratica il plasmide pUC18 ed il frammento sono stati ligati in 30 pi di miscela di reazione (DNA 5 pg/ml) e 2 pi di detta miscela sono stati utilizzati per trasformare cellule di E.coli TG1 rese elettrocompetenti (Dower W.J. et al., Nucleic Acids Research, 16, 6127-6145, 1988).I trasformanti sono stati selezionati su piastre di terreno LB agarizzato contenente 100 pg/ml di Ampicillina. In practice, the pUC18 plasmid and the fragment were ligated in 30 µl of reaction mixture (DNA 5 pg / ml) and 2 µl of said mixture were used to transform E.coli TG1 cells made electrocompetent (Dower W.J. et al. , Nucleic Acids Research, 16, 6127-6145, 1988) The transformants were selected on plates of LB agar medium containing 100 pg / ml of Ampicillin.

L'analisi del DNA plasmidico estratto dai cloni positivi ha evidenziato la presenza di un frammento di circa 1700 bp corrispondente alle dimensioni attese. Il plasmide contenuto nel clone positivo è stato denominato pSM774 (figura 1). The analysis of the plasmid DNA extracted from the positive clones revealed the presence of a fragment of about 1700 bp corresponding to the expected size. The plasmid contained in the positive clone was named pSM774 (figure 1).

Il plasmide è stato poi sottoposto ad analisi di sequenza utilizzando il DNA sequencer ABI 373 (Perkin Elmer). La sequenza ha confermato che il frammento di 1738 bp corrispondeva al gene phaC sintasi mancante delle prime 30 basi e delle ultime 60 basi (figura 2). The plasmid was then subjected to sequence analysis using the ABI 373 DNA sequencer (Perkin Elmer). The sequence confirmed that the 1738 bp fragment corresponded to the phaC synthase gene missing from the first 30 bases and the last 60 bases (Figure 2).

Esempio 3 Example 3

Inattivazione del gene sintasi phaC Inactivation of the phaC synthase gene

Il plasmide pSUP2021 (R. Simon et al., (1983), Bio/Technology, 1 : 784-791) (5 μg) contenente il gene che codifica per la resistenza alla kanamicina (neo), è stato digerito con 5 unità degli enzimi di restrizione Sali e HindlII (Boehringer) a 37 “C per 1 ora. La miscela di digestione è stata quindi addizionata con 0,5 mM dNTPs e 8 unità di Klenow Polymerase<,s> >incubando a 30’C per 15 minuti. The plasmid pSUP2021 (R. Simon et al., (1983), Bio / Technology, 1: 784-791) (5 μg) containing the gene encoding kanamycin resistance (neo), was digested with 5 units of the Sali and HindII (Boehringer) restriction enzymes at 37 ° C for 1 hour. The digestion mixture was then added with 0.5 mM dNTPs and 8 units of Klenow Polymerase <, s>> incubating at 30'C for 15 minutes.

Dopo aver bloccato la reazione enzimatica a 75°C per 10 minuti, la miscela di digestione è stata caricata su gel di agarosio low melting (Seaplaque) allo 0,6% e corsa a 70 volts per 4 ore. After blocking the enzymatic reaction at 75 ° C for 10 minutes, the digestion mixture was loaded onto 0.6% low melting (Seaplaque) agarose gel and run at 70 volts for 4 hours.

Quindi il frammento Sall-HindlII di circa 1500 paia di basi (bp), comprendente il gene strutturale codificante la resistenza alla kanamicina e la regione promotore a monte di tale gene, è stato eluito dal gel. Then the Sall-HindlII fragment of about 1500 base pairs (bp), comprising the structural gene encoding kanamycin resistance and the promoter region upstream of this gene, was eluted from the gel.

Parallelamente il plasmide pSM774 (2 pg) è stato digerito con l'enzima Styl e trattato con Klenow Polymerase<® >nelle stesse condizioni opera-tive riportate sopra. At the same time, the plasmid pSM774 (2 µg) was digested with the Styl enzyme and treated with Klenow Polymerase <®> under the same operating conditions as described above.

Quindi il plasmide pSM774 digerito ed il frammento Sall-HindlII sono stati ligati in 20 pi di tampone ligasi in presenza di 1 unità di T4 DNA ligasi utilizzando un rapporto plasmide:frammento di 1:3. La reazione di ligasi è stata condotta a 23’C per circa 16 ore. Then the digested pSM774 plasmid and the Sall-HindlII fragment were ligated in 20 µl of buffer ligase in the presence of 1 unit of T4 DNA ligase using a plasmid: fragment ratio of 1: 3. The ligase reaction was carried out at 23'C for about 16 hours.

La miscela di ligasi è stata quindi utilizzata per trasformare cellule elettrocompetenti di E.coli TG1 . La selezione dei transformanti è stata condotta su piastre di terreno LB agarizzato contenenti 20 μg/ml di kanamicina e 100 pg/ml di ampicillina. The ligase mixture was then used to transform electrocompetent E. coli TG1 cells. The selection of transformants was carried out on plates of LB agarized medium containing 20 μg / ml of kanamycin and 100 pg / ml of ampicillin.

L'analisi dei cloni positivi ha evidenziato la presenza di un clone (n.56) con l'inserimento atteso del gene della kanamicina nel gene sintasi phaC. L'analisi di restrizione e l'analisi di sequenza nucleotidica ha rivelato che il gene neo era inserito nell'orientamento opposto rispetto al gene phaC. The analysis of the positive clones revealed the presence of a clone (# 56) with the expected insertion of the kanamycin gene in the phaC synthase gene. Restriction analysis and nucleotide sequence analysis revealed that the neo gene was inserted in the opposite orientation to the phaC gene.

Esempio 4 Example 4

Il clone n.56 è stato digerito con gli enzimi di restrizione Asp718 e XbaI a 37°C per 1 ora. Il vettore suicida pWKR102A (Colonna-Romano, S. et al., 1990, Mol.Gen.Genet., 223, 138-147) è stato digerito con l'enzima di restrizione HindlII. Quindi i prodotti di digestione sono stati miscelati e trattati con Klenow Polimerasi in presenza di dNTPs a 25’C per 30 minuti per creare dei terminali compatibili. Clone # 56 was digested with restriction enzymes Asp718 and XbaI at 37 ° C for 1 hour. The suicide vector pWKR102A (Colonna-Romano, S. et al., 1990, Mol. Gen. Genet., 223, 138-147) was digested with the restriction enzyme HindlII. Then the digestion products were mixed and treated with Klenow Polymerase in the presence of dNTPs at 25'C for 30 minutes to create compatible end groups.

Il campione è stato poi estratto con fenolo/cloroformio e precipitato con etanolo. Il pellet è stato risospeso in tampone ligasi contenente 5 unità/pg di DNA di T4 DNA ligasi. La reazione è stata condotta a 23”C per 16 ore. The sample was then extracted with phenol / chloroform and precipitated with ethanol. The pellet was resuspended in ligase buffer containing 5 DNA units / pg of T4 DNA ligase. The reaction was carried out at 23 ° C for 16 hours.

La miscela di ligasi è stata utilizzata per trasformare cellule competenti di E.coli TG1 mediante elettroporazione . La selezione dei trasformanti è stata effettuata su piastre di LB agar contenenti 20 ng/ml di cloramfenicolo e 20 pg/ml di kanamicina. Tra i cloni positivi è stato isolato un clone contenente un plasmide, indicato pSM583 (figura 3), con l'inserto corretto. The ligase mixture was used to transform competent E. coli TG1 cells by electroporation. The selection of transformants was carried out on LB agar plates containing 20 ng / ml of chloramphenicol and 20 pg / ml of kanamycin. A clone containing a plasmid, designated pSM583 (Figure 3), with the correct insert was isolated from the positive clones.

Il plasmide pSM583 è stato trasferito nel ceppo E .coli S17-1 che possiede i geni necessari alla coniugazione, ottenendo il ceppo chiamato SMC490. Esempio 5 The pSM583 plasmid was transferred to the E .coli S17-1 strain which possesses the genes necessary for conjugation, obtaining the strain called SMC490. Example 5

Coniugazione di E.coli con R.sphaeroides RV Il ceppo E.coli SMC490 è stato inoculato in 5 mi di terreno LB contenente 20 μg/ml di cloramfenicolo e 20 ^ig/ml di kanamicina e coltivato a 37°C per una notte. Conjugation of E.coli with R.sphaeroides RV The E.coli SMC490 strain was inoculated in 5 ml of LB medium containing 20 μg / ml of chloramphenicol and 20 ^ ig / ml of kanamycin and cultured at 37 ° C overnight.

Il ceppo R.sphaeroides RV wild-type è stato reso resistente all'antibiotico rifampicina (Rif) mediante pressione selettiva fino ad un massimo di 150 μg/ml di antibiotico. The wild-type R.sphaeroides RV strain was made resistant to the antibiotic rifampicin (Rif) by selective pressure up to a maximum of 150 μg / ml of antibiotic.

Il ceppo R. sphaeroides RV (Rif<R>) è stato :inoculato in 40 mi di terreno aSy avente la seguente composizione: Strain R. sphaeroides RV (Ref <R>) was: inoculated in 40 ml of aSy medium having the following composition:

in condizioni aerobiche al buio per due giorni. under aerobic conditions in the dark for two days.

Quindi, 3 mi della coltura di R.sphaeroides RV (Rif<R>) sono stati miscelati in tubi Falcon<R >con un volume di SMC490 corrispondente a 1/10 della densità ottica della coltura di R.sohaeroides RV. Then, 3 ml of the R.sphaeroides RV culture (Ref <R>) were mixed in Falcon <R> tubes with a volume of SMC490 corresponding to 1/10 of the optical density of the R.sohaeroides RV culture.

I batteri sono stati recuperati per centrifugazione a 3000 rpm, a temperatura ambiente per 10 minuti, risospesi in 100 μΐ di terreno aSy e aliquote di tale sospensione sono state distribuite su piastre dello stesso terreno agarizzato. The bacteria were recovered by centrifugation at 3000 rpm, at room temperature for 10 minutes, resuspended in 100 μΐ of aSy medium and aliquots of this suspension were distributed on plates of the same agar medium.

Le piastre sono state incubate a 35’C per 6 ore così da consentire lo scambio di materiale genetico fra i due tipi di cellule. Quindi, le cellule sono state recuperate dalle piastre, risospese in 400 μΐ di terreno aSy ed aliquotate su piastre di terreno aSy contenente rifampicina (150 μg/ml) e kanamicina (20 μg/ml). The plates were incubated at 35'C for 6 hours in order to allow the exchange of genetic material between the two types of cells. Then, the cells were recovered from the plates, resuspended in 400 μΐ of aSy medium and aliquoted on plates of aSy medium containing rifampicin (150 μg / ml) and kanamycin (20 μg / ml).

Dopo 6-7 giorni di crescita al buio in condizioni aerobiche, su ciascuna piastra sono state ottenute circa 40-50 colonie kanamicina resistenti (Km<R>), rifampicina resistenti (Rif<R>). After 6-7 days of growth in the dark under aerobic conditions, approximately 40-50 kanamycin resistant (Km <R>), rifampicin resistant (Ref <R>) colonies were obtained on each plate.

Circa 200 di queste colonie sono state prelevate ed inoculate in tre piastre da 96 pozzetti (Corning) in 200 μl di terreno aSy contenenti kanamicina (20 μg/ml). Le piastre sono state incubate a 30°C al buio in condizioni aerobiche. Approximately 200 of these colonies were collected and inoculated in three 96-well plates (Corning) in 200 μl of aSy medium containing kanamycin (20 μg / ml). The plates were incubated at 30 ° C in the dark under aerobic conditions.

Dopo 2 giorni le colonie sono state prelevate, diluite con terreno aSy addizionato con 5 μg/ml di gentamicina {10 μΐ delle colture in 190 μΐ di terreno fresco) ed inoculate in tre piastre da 96 pozzetti. After 2 days the colonies were collected, diluted with aSy medium supplemented with 5 μg / ml of gentamicin (10 μΐ of the cultures in 190 μΐ of fresh medium) and inoculated in three 96-well plates.

Dopo 1 giorno di incubazione a 30'C si è osservato che su 200 colonie, 50 non erano cresciute. Il fenotipo di queste ultime colonie (Km<R >e Gm<s>) era consistente con l'inserimento dell 'interposone nel genoma mediante doppio crossover e la conseguente perdita del plasmide suicida . After 1 day of incubation at 30 ° C it was observed that out of 200 colonies, 50 had not grown. The phenotype of these latter colonies (Km <R> and Gm <s>) was consistent with the insertion of the interposon into the genome by double crossover and the consequent loss of the suicidal plasmid.

Per confermare il sito di mutagenesi, sono stati condotti degli esperimenti mediante analisi Southern Blot con il DNA genomico isolato da 10 di queste colonie. To confirm the site of mutagenesis, Southern Blot analysis experiments were conducted with genomic DNA isolated from 10 of these colonies.

Il ceppo R.sohaeroides RV wild-type (Rif<R>) ed i mutanti sono stati inoculati in 5 mi di LB contenente 20 μg/ml di kanamicina ed incubati a 30°C per 2 giorni in condizioni aerobiche al buio. The strain R.sohaeroides RV wild-type (Ref <R>) and the mutants were inoculated in 5 ml of LB containing 20 μg / ml of kanamycin and incubated at 30 ° C for 2 days under aerobic conditions in the dark.

Poi il DNA genomico è stato estratto e digerito con l'enzima di restrizione EcoRI, che non taglia nei geni sintasi (phaC) e kanamicina (neo). Then the genomic DNA was extracted and digested with the EcoRI restriction enzyme, which does not cut into the synthase (phaC) and kanamycin (neo) genes.

I prodotti della digestione sono stati analizzati mediante elettroforesi su gel di agarosio. Dopo la separazione elettroforetica è stato eseguito un Southern blot secondo procedure standard e la membrana su cui era stato fissato il DNA è stata sottoposta ad ibridazione con una sonda specifica per il gene phaC. The digestion products were analyzed by agarose gel electrophoresis. After the electrophoretic separation, a Southern blot was performed according to standard procedures and the membrane on which the DNA was fixed was subjected to hybridization with a specific probe for the phaC gene.

Lo sviluppo dell'autoradiografia ha mostrato la presenza, nel mutante n.10, di un'unica banda di circa 1,6 kb più alta rispetto a quella del ceppo wild-type (figura 4). Questo dimostrava l'avvenuto doppio crossover e quindi la presenza sul DNA genomico del gene phaC inattivato per mutagenesi da interposone . The development of autoradiography showed the presence, in mutant # 10, of a single band approximately 1.6 kb higher than that of the wild-type strain (Figure 4). This demonstrated the double crossover and therefore the presence on the genomic DNA of the phaC gene inactivated by interposon mutagenesis.

Gli altri mutanti invece mostravano un profilo giustificabile con un singolo crossover che aveva generato sul DNA genomico una duplicazione genica e cioè la presenza di un gene mutato accanto al gene wild-type . The other mutants, on the other hand, showed a justifiable profile with a single crossover that had generated a gene duplication on the genomic DNA, that is, the presence of a mutated gene next to the wild-type gene.

Il mutante n.10 è stato indicato con la sigla SMV071. Mutant # 10 was indicated with the initials SMV071.

Esempio 6 Example 6

Crescita del ceppo mutante SMV071 Growth of the SMV071 mutant strain

Il ceppo mutante SMV071 è stato coltivato in diversi terreni e la sua crescita è stata confrontata con quella del ceppo wild-type. The SMV071 mutant strain was grown in different media and its growth was compared to that of the wild-type strain.

I terreni utilizzati avevano le seguenti composizioni: The soils used had the following compositions:

I terreni sono stati sterilizzati per filtrazione con filtri Nalgene da 0, 2 μ e ogni traccia di ossigeno è stata eliminata gorgogliando Argon per 30 minuti . The media were sterilized by filtration with 0.2μ Nalgene filters and any trace of oxygen was eliminated by bubbling Argon for 30 minutes.

Le colture sono state incubate alla luce con lampade al tungsteno ad un'intensità di 9.500 lux, a 30°C per 3 giorni in provette per anaerobiosi contenenti 24 mi di terreno. Al termine della crescita sono state misurate le densità ottiche a 600 nm. I risultati sono riportati in Tabella 1. Cultures were incubated in light with tungsten lamps at an intensity of 9,500 lux, at 30 ° C for 3 days in anaerobic tubes containing 24 ml of medium. At the end of the growth, the optical densities at 600 nm were measured. The results are reported in Table 1.

Dai valori riportati in Tabella, si osserva che la mutazione nel gene ohaC ha influenzato negativamente la crescita del ceppo mutante solo nel terreno B, dove l'unica fonte di carbonio disponibile è rappresentata da sodio acetato, caratteristico del terreno d'induzione per la produzione di PHA. From the values reported in the Table, it is observed that the mutation in the ohaC gene negatively influenced the growth of the mutant strain only in medium B, where the only available carbon source is sodium acetate, characteristic of the induction medium for production. by PHA.

Esempio 7 Example 7

Fotoproduzione di idrogeno Photoproduction of hydrogen

La fotoproduzione d'idrogeno per il ceppo mutante SMV071 è stata valutata con un esperimento di fermentazione eseguito in parallelo con il ceppo wild type R.sohaeroides RV. The photoproduction of hydrogen for the SMV071 mutant strain was evaluated with a fermentation experiment performed in parallel with the wild type strain R.sohaeroides RV.

I due ceppi sono stati coltivati in due chemostati da 1 litro muniti di agitatore magnetico, di un modulo per il controllo del pH, di 2 lampade alogene da 100 Watt poste all'interno per garantire l'illuminazione della coltura e di un sistema refrigerante per mantenere la temperatura a 30 “C (figura 6). The two strains were grown in two 1 liter chemostats equipped with a magnetic stirrer, a pH control module, 2 100 Watt halogen lamps placed inside to ensure the illumination of the crop and a cooling system for keep the temperature at 30 “C (figure 6).

II preinoculo per la fermentazione è stato preparato in due passaggi successivi descritti qui di seguito: The preinoculum for fermentation was prepared in two successive steps described below:

1. 50 μΐ di glicerinato in 25 mi di terreno aSy sono stati incubati a 30°C, in aerobiosi/buio, per due giorni; 1. 50 μΐ of glycerin in 25 ml of aSy medium were incubated at 30 ° C, in aerobic / dark conditions, for two days;

2. Una diluizione 1:10 della precedente coltura è stata utilizzata per il successivo inoculo in provette per anaerobiosi contenenti 60 mi dello stesso terreno usato per la crescita in chemostato. Le provette sono state incubate a 30°C in anaerobiosi, alla luce (lampade al tungsteno, 9.500 lux) per 2 giorni. 2. A 1:10 dilution of the previous culture was used for subsequent inoculation into anaerobic tubes containing 60 ml of the same medium used for growth in the chemostat. The tubes were incubated at 30 ° C anaerobically in light (tungsten lamps, 9,500 lux) for 2 days.

I due chemostati sono stati inoculati con una diluizione del secondo inoculo (2) calcolando una densità ottica iniziale a 600 nm di 0,2. The two chemostats were inoculated with a dilution of the second inoculum (2) calculating an initial optical density at 600 nm of 0.2.

II terreno di coltura utilizzato deriva dalla fermentazione acidogenica controllata di rifiuti mercatali (E. D'Addario et al. (1992), Wat .Sci.Tech. 22, 183-192). La composizione media di questo tipo di terreno è la seguente: The culture medium used derives from the controlled acidogenic fermentation of commercial waste (E. D'Addario et al. (1992), Wat .Sci.Tech. 22, 183-192). The average composition of this type of soil is as follows:

Per la fermentazione dei due ceppi il terreno è stato prima diluito 1:10 con acqua distillata così da ottenere una concentrazione di acido lattico di 3,6 g-1<"1 >e poi addizionato con i seguenti componenti: For the fermentation of the two strains, the medium was first diluted 1:10 with distilled water to obtain a lactic acid concentration of 3.6 g-1 <"1> and then added with the following components:

L'anaerobiosi è stata mantenuta con un flusso continuo di argon. L'intensità di luce utilizzata è stata regolata a 6.000 lux e le due fermentazioni sono state fatte partire in batch. The anerobiosis was maintained with a continuous flow of argon. The intensity of light used was adjusted to 6,000 lux and the two fermentations were started in batches.

Quando dopo circa 24 ore è iniziata la produzione di idrogeno, la fermentazione è stata condotta in continuo. When the production of hydrogen started after about 24 hours, the fermentation was carried out continuously.

Poiché la velocità di flusso (F) del terreno nel chemostato era stata fissata ad un valore di 31 ml/ora ed il volume del reattore (V) era di 930 mi, secondo l'equazione D=F/V, dove D corrisponde alla velocità di diluizione, il valore di HRT (tempo di residenza idraulica) (1/D) era pari a 30, cioè teoricamente ogni 30 ore il fotobioreattore subiva un ricambio totale di terreno. Since the flow rate (F) of the medium in the chemostat was set at a value of 31 ml / hour and the reactor volume (V) was 930 ml, according to the equation D = F / V, where D corresponds to dilution rate, the HRT value (hydraulic residence time) (1 / D) was equal to 30, ie theoretically every 30 hours the photobioreactor underwent a total change of soil.

La fermentazione è stata seguita valutando i seguenti parametri analitici: Fermentation was followed by evaluating the following analytical parameters:

1. la densità ottica misurata a 600 nm per seguire la crescita batterica; 1. the optical density measured at 600 nm to follow bacterial growth;

2. il pH era mantenuto automaticamente ad un valore di 7,0 mediante aggiunta di NaOH 1 M; 2. the pH was automatically maintained at a value of 7.0 by adding 1 M NaOH;

3. il biogas totale prodotto misurato mediante un contatore digitale collegato ad una delle uscite del chemostato; 3. the total biogas produced measured by means of a digital meter connected to one of the outputs of the chemostat;

4 . la percentuale di idrogeno contenuta nel biogas determinata con un gas-cromatografo VARIAN 3400 equipaggiato con una colonna Carbosieve II 80-100 mesh Supelco 200x3 mm; 4. the percentage of hydrogen contained in the biogas determined with a VARIAN 3400 gas chromatograph equipped with a Carbosieve II 80-100 mesh Supelco 200x3 mm column;

5. la quantità di poliidrossibutirrati accumulati dalla cellula mediante analisi gas-cromatografica. 5. the quantity of polyhydroxybutyrates accumulated by the cell by gas-chromatographic analysis.

L'intensità della luce è stata misurata prima dell 'inoculo sulla superficie esterna del reattore utilizzando un LSI luxmetro. The intensity of the light was measured before inoculation on the external surface of the reactor using an LSI luxmeter.

Dai valori del biogas prodotto e dalla percentuale di idrogeno è stata calcolata la quantità di idrogeno evoluta/litro di reattore/giorno (ml Hz/1 reattore/giorno). The quantity of evolved hydrogen / liter of reactor / day (ml Hz / 1 reactor / day) was calculated from the values of the biogas produced and the percentage of hydrogen.

Nella Tabella 2 che segue vengono riportati i valori di biogas totale prodotto dai due ceppi durante la fermentazione: Table 2 below shows the total biogas values produced by the two strains during fermentation:

Nella Tabella 3 si riporta la produzione di idrogeno calcolata in base ai valori di biogas totale della Tabella 2 ed alla percentuale di idrogeno misurata al gas-cromatografo e valutata essere 80-90% per entrambi i ceppi. Table 3 shows the hydrogen production calculated on the basis of the total biogas values of Table 2 and the percentage of hydrogen measured by the gas-chromatograph and evaluated to be 80-90% for both strains.

La fermentazione del ceppo R.sohaeroides RV wild-type è stata fermata al 17' giorno quando la produzione di idrogeno aveva raggiunto livelli non significativi. La produzione di idrogeno del ceppo mutante SMV071 è rimasta alta fino al 18' giorno ed è proseguita per altri 8 giorni (27’ giorno), fino al raggiungimento degli stessi valori minimi del ceppo wild-type. Considerando che il biogas prodotto contiene circa il 90% di idrogeno, il ceppo wild-type ha prodotto in 16 giorni 16 litri di idrogeno, mentre il ceppo mutante SMV071, in 26 giorni ha prodotto 21 litri di idrogeno e cioè il 26% in più rispetto al wild-type. Fermentation of the wild-type R.sohaeroides RV strain was stopped at day 17 when hydrogen production had reached insignificant levels. The hydrogen production of the SMV071 mutant strain remained high until the 18th day and continued for another 8 days (27th day), until the same minimum values of the wild-type strain were reached. Considering that the biogas produced contains about 90% hydrogen, the wild-type strain produced 16 liters of hydrogen in 16 days, while the mutant strain SMV071 produced 21 liters of hydrogen in 26 days, i.e. 26% more. compared to wild-type.

L'analisi al gas-cromatografo dei poliidrossibutirrati (secondo il metodo di Brandi et al.,(1988), Appl. Environ. Microbiol. 54, 1977-1982) ha mostrato nel ceppo mutante SMV071 l'assenza del picco caratteristico dell'estere metilico dell'acido β-idrossibutirrico, presente invece nel ceppo wild-type (figura 5). Gas chromatographic analysis of polyhydroxybutyrates (according to the method of Brandi et al., (1988), Appl. Environ. Microbiol. 54, 1977-1982) showed the absence of the characteristic peak of the ester in the SMV071 mutant strain methyl acid of β-hydroxybutyric acid, present instead in the wild-type strain (figure 5).

Claims (9)

RIVENDICAZIONI 1. Mutante di Rhodobacter sohaeroides RV incapace ad accumulare poliidrossialcanoati depositato con il numero CBS 100467. CLAIMS 1. Mutant of Rhodobacter sohaeroides RV unable to accumulate polyhydroxyalkanoates deposited under CBS number 100467. 2. Procedimento in continuo per la fotoproduzione di idrogeno che comprende: a) il coltivare il mutante Rhodobacter sohaeroides RV CBS 100467 in un mezzo acquoso contenente sorgenti assimilabili di carbonio e di azoto nonché diversi cationi, anioni, in condizioni di anaerobiosi, ad una temperatura compresa tra 25‘C e 40°C, ad un pH da 6,5 a 8,0, e sotto una intensità di luce compresa tra 6.000 e 20.000 lux, b) il separare e recuperare l'idrogeno evoluto. 2. Continuous process for the photoproduction of hydrogen which includes: a) the cultivation of the mutant Rhodobacter sohaeroides RV CBS 100467 in an aqueous medium containing assimilable sources of carbon and nitrogen as well as various cations, anions, under anaerobic conditions, at a temperature between 25 ° C and 40 ° C, at a pH from 6.5 to 8.0, and under a light intensity of between 6,000 and 20,000 lux, b) separating and recovering evolved hydrogen. 3. Il procedimento della rivendicazione 2, dove le sorgenti assimilabili di carbonio sono scelte tra gli acidi organici quale piruvato, malato, lattato, succinato od altre sorgenti di carbonio convenzionali. 4. Il procedimento della rivendicazione 2, dove le fonti di azoto sono scelte tra sali d'ammonio minerali, quali nitrato di ammonio, solfato di ammonio, cloruro di ammonio o carbonato di ammonio e urea o materiali contenenti azoto organico o inorganico come peptone, estratto di lievito o estratto di carne. 3. The process of claim 2, where the assimilable sources of carbon are selected from organic acids such as pyruvate, malate, lactate, succinate or other conventional carbon sources. 4. The process of claim 2, wherein the nitrogen sources are selected from mineral ammonium salts, such as ammonium nitrate, ammonium sulfate, ammonium chloride or ammonium carbonate and urea or materials containing organic or inorganic nitrogen such as peptone, yeast extract or meat extract. 4. Il procedimento della rivendicazione 2, dove i cationi ed anioni sono scelti tra potassio, sodio, magnesio, ferro, calcio, fosfati acidi, solfati, cloruri, manganese e nitrati. 4. The process of claim 2, where the cations and anions are selected from potassium, sodium, magnesium, iron, calcium, acid phosphates, sulfates, chlorides, manganese and nitrates. 5. Il procedimento della rivendicazione 2, dove il mezzo di fermentazione è un materiale derivato dalla fermentazione acidogenica controllata di rifiuti mercatali. The process of claim 2, where the fermentation medium is a material derived from the controlled acidogenic fermentation of commercial waste. 6. Il procedimento secondo la rivendicazione 2, dove il mezzo acquoso contiene tracce di vitamine o di amminoacidi. The process according to claim 2, wherein the aqueous medium contains traces of vitamins or amino acids. 7. Il procedimento secondo la rivendicazione 2, dove l'intensità luminosa è scelta tra 6.800 e 10.000 lux. 7. The process according to claim 2, where the luminous intensity is selected between 6,800 and 10,000 lux. 8. Il procedimento secondo la rivendicazione 2, dove il pH è scelto tra 6,8 e 7,3. 8. The process according to claim 2, where the pH is selected between 6.8 and 7.3. 9. Il procedimento secondo la rivendicazione 2, dove la temperatura è scelta tra 30°C e 37°C, 9. The process according to claim 2, where the temperature is selected between 30 ° C and 37 ° C,
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