Optimización de la producción de Biomasa de Avibacterium paragallinarum en bioreactor de tanque agitado

Martín Guerra1, Melanie Caballero1, Rober Rojas1, Silvia Ascanio1, Alfredo Mendoza1 1Laboratorio de Investigación y Desarrollo, Quimtia S.A. Perú

Objetivo Determinar y optimizar los componentes del medio de cultivo para Avibacterium paragallinarum mediante el uso del diseño estadístico de Plackett-Burman y el diseño de superficie de respuesta (RSM). Además de optimizar el pH, agitación, microaerofilia y estrés oxidativo a nivel de bioreactor, y alcanzar concentraciones de 1 x1010 UFC/mL de cultivo.

Materiales y métodos

Las cuatro cepas de Av. paragallinarum (A, B, C y Bvar) se reactivaron en placas de Agar Sangre Equina Hemolizada en microaerobiosis a 37°C durante 24 horas.
Para la optimización de la concentración de nutrientes se usó el diseño de “Box Behnken”, para definir las concentraciones óptimas de los factores de crecimiento seleccionados se trabajó con 3 niveles alto (+1), medio (0) y bajo (-1). Finalmente, se usó un análisis de varianza para la biomasa formada y un diagrama de Pareto.

Resultados

Optimización de pH

Optimización de agitación y aireación

Condiciones de crecimiento

Producción de Biomasa de Avibacterium paragallinarum.

A una concentración inicial de 0.102 Abs. 600 nm, se observa una curva típica de crecimiento alcanzando valores de 1x 1010 UFC/mL durante las 8 primeras horas de cultivo (Figura 2 y 3).

Discusión

El diseño Box Behnken, es un diseño de superficie de respuesta. Bajo estas condiciones teóricas se produjo 9.85×109 UFC/mL.

Los valores predichos por el modelo estuvieron de acuerdo a los resultados obtenidos, por lo que la biomasa producida (1.12×1010 UFC/ mL) fue mayor que la predicha.

Se establecieron que las condiciones de crecimiento de 37 °C (dato teórico), pH de 7.1, aireación de 5% y una agitación de 200 rpm a 800 rpm, y condiciones de microaerofilia fueron importantes para el crecimiento en el medio de cultivo.

Cuando la generación de especies reactivas de oxígeno supera a los mecanismos de inactivación, se presenta el estado metabólico de estrés oxidante que se caracteriza por daños moleculares y celulares (Ivana & paulina 2012).

El ácido cítrico se adicionó al medio de cultivo para prevenir el estrés y favorecer el cultivo. El estrés hidrodinámico creado por velocidades de agitación superiores a 900 rpm tuvo un efecto adverso sobre la formación de biomasa.

Conclusión

Se produjo una alta concentración de Biomasa de Avibacterium paragallinarum utilizando metodologías estadísticas de optimización y el uso de bioreactor para el control de los parámetros de crecimiento.

A 800 rpm se obtuvo la mejor transferencia, por lo que bajo estas condiciones no se presentaron limitaciones y se pudo alcanzar concentraciones máximas de 1×1010 UFC/mL en menos de 7 horas de cultivo.

Para mayor información o solicitar la bibliografía del presente estudio escribir a: alfredo.mendoza@quimtia.com