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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.75.2015.tde-20052015-143901
Document
Author
Full name
Marcos Venicius de Castro
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2015
Supervisor
Committee
Berlinck, Roberto Gomes de Souza (President)
Lira, Simone Possedente de
Forim, Moacir Rossi
Moraes, Luiz Alberto Beraldo de
Pereira Filho, Edenir Rodrigues
Title in Portuguese
Utilização de planejamento experimental para otimizar a produção de metabólitos secundários produzidos por Penicillium sp., isolado do ambiente marinho
Keywords in Portuguese
Marinho
Metabolismo secundário
Micro-organismos
Penicillium
Planejamento experimental
Abstract in Portuguese
Fungos produzem muitas substâncias bioativas em baixas quantidades. A utilização de técnicas de planejamento experimental e de análise multivariada podem otimizar as condições de cultivo. No presente estudo, foi desenvolvida uma abordagem para incrementar a produção de compostos macrocíclicos relacionados às curvularinas, produzidos pela linhagem Penicillium sp. em baixas concentrações. A linhagem de Penicillium sp. foi crescida sob um conjunto de diferentes condições, determinadas por combinações das variáveis, tempo de crescimento, temperatura, concentração de nutrientes, agitação e concentração de sais. Depois do crescimento, a filtração e extração em fase sólida dos meios de cultura de cada experimento de crescimento forneceram 4 frações que foram submetidas a análises químicas por CLAE-UV-EM. As respostas obtidas (massa das frações, área e número de picos cromatográficos) foram tratados por meio de uma metodologia multicritério, a função de desejabilidade. Utilizando os valores de desejabilidade global, calcularam-se os efeitos principais e de interação das variáveis sobre a produção de metabolitos secundários. Foram estabelecidas duas condições ótimas para a produção de compostos relacionados às curvularinas as quais requerem: baixas concentrações salinas, longo tempo de incubação, sem agitação, alta concentração de nutrientes, mas diferentes temperaturas. Uma das condições produziu quantidades elevadas de citrinina, enquanto a outra permitiu o isolamento de 1 nova curvularina e 5 novos compostos relacionados às curvularinas, mas contendo um anel tetrahidrotiofeno fundido à lactona. As alterações químicas no perfil químico produzido em meio de cultura por Penicillium, sp., usando apenas diferentes temperaturas de incubação ilustra a viabilidade da utilização do planejamento experimental, com o objetivo de maximizar a produção, quer de um metabolito único ou uma diversidade de substâncias, produzidas por uma linhagem microbiana.
Title in English
Application of experimental design to improve the production of secondary metabolites produced by marine-derived Penicillium sp
Keywords in English
Experimetal design
Marine
Microorganisms
Penicillium
Secondary metabolismo
Abstract in English
Fungi produce many useful metabolites. Application of experimental design techniques and chemometric analysis are able to optimize the fungi culture conditions. In the present investigation, it was developed a refined procedure to improve the production of macrocyclic compounds curvularin-like, produced in low concentrations by Penicillium sp. lineage. The Penicillium sp. lineage was cultivated under different conditions, determined by a combination of selected variables: time of growth, temperature, total concentration of nutrients, growth under shaking or still mode and total concentration of inorganic salt. After growth, filtration and solid phase extraction of the culture media of each growth experiment provided four fractions that were analyzed by HPLC/UV/MS. The outputs (mass fractions, total area under chromatogram, and number of chromatographic peaks) were treated by a multicriteria approach, the desirability function. Using the global desirability values, we calculated the main and interaction effects of the variables on the production of secondary metabolites. Two optimal conditions were established for the production of compounds curvularin-like: low concentration of inorganic salt, long incubation time on still mode, high concentration of nutrients but different temperatures. One of the conditions produced high amounts of citrinin, while the other allowed the isolation of one new curvularin and five novel related compounds containing a tetrahydrothiophene ring fused to the lactone. Chemical changes in chemical profile produced in the culture media by Penicillium sp. using just different incubation temperatures shows the feasibility of using the experimental design in order to improve the production of either a single metabolite or a diversity of compounds produced by a microbial lineage.
 
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Publishing Date
2015-05-22
 
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