RU2822163C1 - Method of producing carotenoid-enriched protein biomass on natural gas using strain of methane-oxidising bacteria methylomonas koyamae b-3802d - Google Patents
Method of producing carotenoid-enriched protein biomass on natural gas using strain of methane-oxidising bacteria methylomonas koyamae b-3802d Download PDFInfo
- Publication number
- RU2822163C1 RU2822163C1 RU2023134702A RU2023134702A RU2822163C1 RU 2822163 C1 RU2822163 C1 RU 2822163C1 RU 2023134702 A RU2023134702 A RU 2023134702A RU 2023134702 A RU2023134702 A RU 2023134702A RU 2822163 C1 RU2822163 C1 RU 2822163C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- strain
- methane
- biomass
- methylomonas
- koyamae
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 46
- 235000021466 carotenoid Nutrition 0.000 title claims abstract description 28
- 150000001747 carotenoids Chemical class 0.000 title claims abstract description 27
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 title claims abstract description 23
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 title claims abstract description 19
- 241001391981 Methylomonas koyamae Species 0.000 title claims abstract description 11
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000007003 mineral medium Substances 0.000 claims description 8
- 239000002609 medium Substances 0.000 claims description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 5
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 4
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000004448 titration Methods 0.000 claims description 3
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 abstract description 2
- 238000009360 aquaculture Methods 0.000 abstract description 2
- 244000144974 aquaculture Species 0.000 abstract description 2
- 244000144977 poultry Species 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 230000001450 methanotrophic effect Effects 0.000 description 5
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 5
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 241000589345 Methylococcus Species 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241000589346 Methylococcus capsulatus Species 0.000 description 3
- 241000589344 Methylomonas Species 0.000 description 3
- 241000080590 Niso Species 0.000 description 3
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 3
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 3
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 108020004465 16S ribosomal RNA Proteins 0.000 description 2
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 2
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 2
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- PSQYTAPXSHCGMF-BQYQJAHWSA-N β-ionone Chemical compound CC(=O)\C=C\C1=C(C)CCCC1(C)C PSQYTAPXSHCGMF-BQYQJAHWSA-N 0.000 description 2
- SFEOKXHPFMOVRM-UHFFFAOYSA-N (+)-(S)-gamma-ionone Natural products CC(=O)C=CC1C(=C)CCCC1(C)C SFEOKXHPFMOVRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000235553 Blakeslea trispora Species 0.000 description 1
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000192128 Gammaproteobacteria Species 0.000 description 1
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 description 1
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 description 1
- UPYKUZBSLRQECL-UKMVMLAPSA-N Lycopene Natural products CC(=C/C=C/C=C(C)/C=C/C=C(C)/C=C/C1C(=C)CCCC1(C)C)C=CC=C(/C)C=CC2C(=C)CCCC2(C)C UPYKUZBSLRQECL-UKMVMLAPSA-N 0.000 description 1
- JEVVKJMRZMXFBT-XWDZUXABSA-N Lycophyll Natural products OC/C(=C/CC/C(=C\C=C\C(=C/C=C/C(=C\C=C\C=C(/C=C/C=C(\C=C\C=C(/CC/C=C(/CO)\C)\C)/C)\C)/C)\C)/C)/C JEVVKJMRZMXFBT-XWDZUXABSA-N 0.000 description 1
- 241000589330 Methylococcaceae Species 0.000 description 1
- 241000947897 Methylococcales Species 0.000 description 1
- 241000223254 Rhodotorula mucilaginosa Species 0.000 description 1
- JZRWCGZRTZMZEH-UHFFFAOYSA-N Thiamine Natural products CC1=C(CCO)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N JZRWCGZRTZMZEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 230000003217 anti-cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 235000006708 antioxidants Nutrition 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 description 1
- 235000013877 carbamide Nutrition 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 238000005138 cryopreservation Methods 0.000 description 1
- 239000002577 cryoprotective agent Substances 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 210000003495 flagella Anatomy 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 238000010353 genetic engineering Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 210000000987 immune system Anatomy 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- OAIJSZIZWZSQBC-GYZMGTAESA-N lycopene Chemical class CC(C)=CCC\C(C)=C\C=C\C(\C)=C\C=C\C(\C)=C\C=C\C=C(/C)\C=C\C=C(/C)\C=C\C=C(/C)CCC=C(C)C OAIJSZIZWZSQBC-GYZMGTAESA-N 0.000 description 1
- 229960004999 lycopene Drugs 0.000 description 1
- 235000012661 lycopene Nutrition 0.000 description 1
- 239000001751 lycopene Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- 230000003032 phytopathogenic effect Effects 0.000 description 1
- 239000013612 plasmid Substances 0.000 description 1
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004323 potassium nitrate Substances 0.000 description 1
- 230000004223 radioprotective effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- KYMBYSLLVAOCFI-UHFFFAOYSA-N thiamine Chemical compound CC1=C(CCO)SCN1CC1=CN=C(C)N=C1N KYMBYSLLVAOCFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960003495 thiamine Drugs 0.000 description 1
- 235000019157 thiamine Nutrition 0.000 description 1
- 239000011721 thiamine Substances 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- ZCIHMQAPACOQHT-ZGMPDRQDSA-N trans-isorenieratene Natural products CC(=C/C=C/C=C(C)/C=C/C=C(C)/C=C/c1c(C)ccc(C)c1C)C=CC=C(/C)C=Cc2c(C)ccc(C)c2C ZCIHMQAPACOQHT-ZGMPDRQDSA-N 0.000 description 1
- 235000015112 vegetable and seed oil Nutrition 0.000 description 1
- 239000008158 vegetable oil Substances 0.000 description 1
- 230000001018 virulence Effects 0.000 description 1
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к биотехнологии и микробиологической промышленности и представляет собой штамм метанокисляющих бактерий Methylomonas koyamae В-3802D, предназначенный для получения обогащенной каротиноидами белковой биомассы на метане или природном газе для использования в составе кормов для аквакультуры, птицы и сельскохозяйственных животных.The invention relates to biotechnology and the microbiological industry and is a strain of methane-oxidizing bacteria Methylomonas koyamae B-3802D, intended for producing carotenoid-enriched protein biomass using methane or natural gas for use in feed for aquaculture, poultry and farm animals.
В числе наиболее перспективных направлений технологий производства кормов считается применение белка одноклеточных микроорганизмов в качестве альтернативных источников протеина. В качестве продуцентов белка одноклеточных используют микроорганизмы различных таксономических групп. Особое место в получении биопротеина занимают метанотрофные бактерии - метаболически уникальная группа прокариот, способных использовать метан (СН4) в качестве единственного источника углерода и энергии. Применение метанотрофных бактерий в качестве продуцентов белковой биомассы на метане или природном газе является эффективным, так как на их основе удается получить продукт, содержащий до 75% белка. Among the most promising areas of feed production technologies is the use of protein from unicellular microorganisms as alternative protein sources. Microorganisms of various taxonomic groups are used as unicellular protein producers. A special place in the production of bioprotein is occupied by methanotrophic bacteria - a metabolically unique group of prokaryotes capable of using methane (CH 4 ) as the only source of carbon and energy. The use of methanotrophic bacteria as producers of protein biomass on methane or natural gas is effective, since on their basis it is possible to obtain a product containing up to 75% protein.
В качестве продуцентов белковой биомассы используют штаммы быстрорастущих термотолерантных метанотрофных бактерий, относящихся к роду Methylococcus: Methylococcus capsulatus ЛБТИ 028, ВКПМ В-13479 (патент РФ № 2728345);
Methylococcus capsulatus ГБС-15, ВКПМ В-12549 (патент РФ №2717991); Methylococcus capsulatus CONCEPT-8, ВКМ В-3289Д (патент РФ №2706074); Methylococcus capsulatus VS1, ВКМ B-3482Д (патент РФ №2765994); Methylococcus capsulatus BF19-07, ВКПМ В-13764 (патент РФ №2745093). Все вышеперечисленные штаммы обладают высокой скоростью роста до 0,25-0,28 ч-1, устойчивостью к культивированию в присутствии гомологов метана без снижения скорости роста и содержанием белка в биомассе 70-79%. Высокое содержание белка является одним из основных показателей при составлении сбалансированных кормов. Другими обязательными компонентами кормов являются биологически активные добавки природного происхождения - каротиноиды, выполняющие ряд физиологически важных функций, таких как стимуляция работы иммунной системы, провитаминная активность, антиоксидантные и радиопротекторные свойства, антиканцерогенное действие, повышение переносимости низкой концентрации кислорода, стимулирование процесса роста, ускорение полового созревания. Strains of fast-growing thermotolerant methanotrophic bacteria belonging to the genus Methylococcus:Methylococcus capsulatus LBTI 028, VKPM V-13479 (RF patent No. 2728345);
Methylococcus capsulatusGBS-15, VKPM V-12549 (RF patent No. 2717991); Methylococcus capsulatusCONCEPT-8, VKM V-3289D (RF patent No. 2706074); Methylococcus capsulatus VS1, VKM B-3482D (RF patent No. 2765994); Methylococcus capsulatus BF19-07, VKPM V-13764 (RF patent No. 2745093). All of the above strains have a high growth rate of up to 0.25-0.28 h-1, resistance to cultivation in the presence of methane homologues without reducing the growth rate and protein content in the biomass of 70-79%. High protein content is one of the main indicators when preparing balanced feeds. Other mandatory components of feed are biologically active additives of natural origin - carotenoids, which perform a number of physiologically important functions, such as stimulation of the immune system, provitamin activity, antioxidant and radioprotective properties, anti-carcinogenic effect, increasing tolerance to low oxygen concentrations, stimulating the growth process, accelerating puberty .
Одним из очевидных недостатков штаммов-продуцентов рода Methylococcus является их неспособность продуцировать каротиноиды. Кормовой белок, полученный на основе использования метанотрофных продуцентов этого рода, нуждается в дополнительном обогащении каротиноидами, синтезируемыми другими микроорганизмами. One of the obvious disadvantages of Methylococcus producer strains is their inability to produce carotenoids. Feed protein obtained from the use of methanotrophic producers of this genus requires additional enrichment with carotenoids synthesized by other microorganisms.
Известен способ получения каротиноидов с использованием пары мутантных штаммов мицелиального гриба Blakeslea trispora 185Б (+) и 185Б (-) (патент РФ №2053301). При совместном глубинном культивировании штаммов в лабораторных условиях в течение 114 ч уровень накопления каротиноидов составляет в среднем 300 мг/100 мл культуральной жидкости. Недостатками штамма являются потребность в дорогостоящих компонентах питательной среды (соевая и кукурузная мука, растительное масло, тиамин, антиокислитель, бета-ионон) и низкая скорость роста. Помимо этого, культивирование мицелиальных микроорганизмов в биореакторах существенно затруднено ввиду высокой степени агрегированности биомассы.There is a known method for producing carotenoids using a pair of mutant strains of the filamentous fungus Blakeslea trispora 185B (+) and 185B (-) (RF patent No. 2053301). During joint submerged cultivation of strains in laboratory conditions for 114 hours, the level of accumulation of carotenoids averages 300 mg/100 ml of culture liquid. The disadvantages of the strain are the need for expensive components of the nutrient medium (soybean and corn flour, vegetable oil, thiamine, antioxidant, beta-ionone) and low growth rate. In addition, the cultivation of mycelial microorganisms in bioreactors is significantly difficult due to the high degree of aggregation of the biomass.
Другой известный способ биосинтеза каротиноидов предполагает использование штамма дрожжей Paffia rhodozyma К-16-43-34, ВКПМ Y-2982 (патент РФ №2385925). Штамм продуцирует каротиноиды в количестве до 5,5 мг/г сухой биомассы. Выход сухой биомассы составляет 80 г/л. При этом выращивание штамма производится на богатых органических средах с добавлением факторов роста, а синтез каротиноидов осуществляется в условиях дополнительного освещения. Another known method for the biosynthesis of carotenoids involves the use of the yeast strain Paffia rhodozyma K-16-43-34, VKPM Y-2982 (RF patent No. 2385925). The strain produces carotenoids in amounts up to 5.5 mg/g dry biomass. The yield of dry biomass is 80 g/l. In this case, the strain is grown in rich organic media with the addition of growth factors, and the synthesis of carotenoids is carried out under additional lighting conditions.
Наиболее близким аналогом является штамм дрожжей Rhodotorula mucilaginosa 5-e, ВКПМ Y-4282 (патент РФ №2662964), продуцент микробного белка и каротиноидов. При продуктивности штамма до 30 г/л белка, содержание каротиноидов в биомассе составляет 650 мкг/г. Содержание белка в биомассе, однако, не превышает 30%. Помимо ограниченной питательной ценности к недостаткам штамма относится прочная клеточная стенка, что требует дополнительной обработки получаемого продукта. Кроме того, дрожжи не способны использовать метан в качестве источника углерода, использование сахаров в качестве субстрата делает процесс менее экономически выгодным.The closest analogue is the yeast strain Rhodotorula mucilaginosa 5-e, VKPM Y-4282 (RF patent No. 2662964), a producer of microbial protein and carotenoids. With strain productivity up to 30 g/l of protein, the content of carotenoids in the biomass is 650 μg/g. The protein content in biomass, however, does not exceed 30%. In addition to the limited nutritional value, the disadvantages of the strain include a strong cell wall, which requires additional processing of the resulting product. In addition, yeast is unable to use methane as a carbon source; using sugars as a substrate makes the process less economical.
Задачей предлагаемого изобретения является изыскание нового штамма метанокисляющих бактерий для биосинтеза микробного белка, обогащенного каротиноидами, расширение ассортимента биологического сырья для получения микробной белковой массы. The objective of the present invention is to find a new strain of methane-oxidizing bacteria for the biosynthesis of microbial protein enriched in carotenoids, expanding the range of biological raw materials for obtaining microbial protein mass.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности культивирования нового штамма для получения белковой биомассы, обогащенной каротиноидами, при сохранении высокой продуктивности. The technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of cultivating a new strain to obtain protein biomass enriched with carotenoids while maintaining high productivity.
Технический результат достигнут при использовании штамма метанокисляющих бактерий Methylomonas koyamae MY1, депонированного в Всероссийской коллекции микроорганизмов - ВКМ под регистрационным номером ВКМ В-3802D, в качестве продуцента для получения микробной белковой массы, обогащенной каротиноидами. Обозначение штамма, присвоенное депозитором - MY1. The technical result was achieved by using the strain of methane-oxidizing bacteria Methylomonas koyamae MY1 , deposited in the All-Russian Collection of Microorganisms - VKM under registration number VKM B-3802D, as a producer to obtain microbial protein mass enriched with carotenoids. The strain designation assigned by the depositor is MY1.
Штамм Methylomonas koyamae В-3802D выделен из образца донных осадков безымянного озера (Краснодарский край, Россия). Образец отобран из горизонта поверхностных осадков 0-2 см. Штамм выделен с помощью культивирования на минеральной среде без добавления факторов роста и органических соединений при температуре 30°С и рН среды 6,5-7,0 в атмосфере метан-воздух (1:3). Очистка культуры от бактерий-спутников выполнена методом предельных разведений накопительной культуры, с последующим рассевом на минеральную агаризованную среду и инкубацией в эксикаторах с 20% (об./об.) метана в газовой фазе. Strain Methylomonas koyamae B-3802D was isolated from a sample of bottom sediments of an unnamed lake (Krasnodar region, Russia). The sample was selected from a horizon of surface sediments of 0-2 cm. The strain was isolated by cultivation on a mineral medium without the addition of growth factors and organic compounds at a temperature of 30°C and a pH of 6.5-7.0 in a methane-air atmosphere (1:3 ). The culture was purified from accompanying bacteria by the method of limiting dilutions of the enrichment culture, followed by sieving on a mineral agar medium and incubation in desiccators with 20% (v/v) methane in the gas phase.
Идентификация штамма проведена с использованием сравнительного анализа последовательности гена 16S рРНК и полного генома, а также по результатам исследования физиологических и биохимических признаков. Систематическое положение штамма MY1 следующее: филум Pseudomonadota, класс Gammaproteobacteria, порядок Methylococcales, семейство Methylococcaceae, род Methylomonas, вид Methylomonas koyamae. Работы проводились ФИЦ Биотехнологии РАН, ЦКП «Биоинженерия». Полученные последовательности гена 16S рРНК и генома штамма MY1 депонированы в NCBI под номерами OR234855 и CP133985.1, соответственно.The strain was identified using a comparative analysis of the 16S rRNA gene sequence and the complete genome, as well as based on the results of a study of physiological and biochemical characteristics. The systematic position of strain MY1 is as follows: phylum Pseudomonadota , class Gammaproteobacteria , order Methylococcales , family Methylococcaceae , genus Methylomonas , species Methylomonas koyamae . The work was carried out by the Federal Research Center of Biotechnology of the Russian Academy of Sciences and the Center for Shared Use "Bioengineering". The obtained sequences of the 16S rRNA gene and the genome of strain MY1 were deposited in NCBI under numbers OR234855 and CP133985.1, respectively.
Культурально-морфологические особенности штамма с указанием среды:Cultural and morphological characteristics of the strain indicating the environment:
При культивировании на агаризованной минеральной среде с 20 % (об./об.) метана в газовой фазе штамм MY1 образует круглые, слизистые, пигментированные (ярко-желтые) колонии. При культивировании в жидкой минеральной среде с метаном в газовой фазе образует клеточные суспензии желтого цвета. Культура представлена подвижными палочками шириной 1,0-1,5 мкм и длиной 1,5–2,0 мкм с одним полярным жгутиком. Тип строения клеточной стенки - грамотрицательный. Клетки содержат характерные для метанотрофных бактерий стопки плотно упакованных внутрицитоплазматических мембран, расположенных перпендикулярно клеточной стенке.When cultivated on an agar mineral medium with 20% (v/v) methane in the gas phase, the MY1 strain forms round, slimy, pigmented (bright yellow) colonies. When cultivated in a liquid mineral medium with methane in the gas phase, it forms yellow cell suspensions. The culture is represented by mobile rods 1.0–1.5 µm wide and 1.5–2.0 µm long with one polar flagellum. The type of cell wall structure is gram-negative. The cells contain stacks of densely packed intracytoplasmic membranes, characteristic of methanotrophic bacteria, located perpendicular to the cell wall.
Ростовыми субстратами являются метан и метанол.Growth substrates are methane and methanol.
Усваивает в качестве источника азота: азотнокислый калий, сернокислый аммоний, мочевину, дрожжевой экстракт, атмосферный азот.Assimilates as a source of nitrogen: potassium nitrate, ammonium sulfate, urea, yeast extract, atmospheric nitrogen.
Металлы: повышенная требовательность к ионам меди.Metals: increased demand for copper ions.
Не нуждается в факторах роста. Does not require growth factors.
Культура строго аэробна. The culture is strictly aerobic.
Рост наблюдается в диапазоне температур 8-37°С (оптимум 30°С) и рН 5,5-7,5 (оптимум 6,5-7,0). Активность (продуктивность) штамма составляет до 3,5 кг×м3/час. Способ определения активности штамма с указанием метода: непрерывное культивирование в ферментере с использованием жидкой минеральной среды при поддержании соотношения метан : воздух = 1:3 в газовоздушной смеси.Growth is observed in the temperature range 8-37°C (optimum 30°C) and pH 5.5-7.5 (optimum 6.5-7.0). The activity (productivity) of the strain is up to 3.5 kg×m 3 /hour. Method for determining the activity of the strain, indicating the method: continuous cultivation in a fermenter using a liquid mineral medium while maintaining the methane: air ratio = 1:3 in the gas-air mixture.
Способ, условия и состав сред для длительного хранения штамма: криоконсервация при - 80°С, в качестве криопротектора применяется 10% раствор диметилсульфоксида (ДМСО).Method, conditions and composition of media for long-term storage of the strain: cryopreservation at - 80°C, 10% dimethyl sulfoxide (DMSO) solution is used as a cryoprotectant.
Способ, условия и состав сред для культивирования штамма:Method, conditions and composition of media for strain cultivation:
Вариант 1Option 1
Состав минеральной среды для выращивания культуры на колбах (г/л): KNO3, 0,5; MgSO4×7H2O, 0,5; CaCl2×2H2O, 0,1; 100 мM фосфатный буфер, pH 6,5, 1 % (об./об.); раствор микроэлементов 0,1 % (об./об.), содержащий (г/л): EDTA, 5; FeSO4×7H2O, 2; ZnSO4×7H2O, 0,1; MnCl2×4H2O, 0,03; CoCl2×6H2O, 0,2; CuSO4×5H2O, 0,1; NiCl2×6H2O, 0,02; Na2MoO4, 0,03. Содержание метана в газовой фазе доводили до 30 об. %. Культивирование проводили на шейкере-инкубаторе при 150 об/мин и температуре культивирования 30°С. Значение рН 6,5.Composition of the mineral medium for growing culture in flasks (g/l): KNO 3 , 0.5; MgSO 4 × 7H 2 O, 0.5; CaCl 2 × 2H 2 O, 0.1; 100 mM phosphate buffer, pH 6.5, 1% (v/v); microelements solution 0.1% (v/v), containing (g/l): EDTA, 5; FeSO 4 × 7H 2 O, 2; ZnSO 4 × 7H 2 O, 0.1; MnCl 2 × 4H 2 O, 0.03; CoCl 2 × 6H 2 O, 0.2; CuSO 4 × 5H 2 O, 0.1; NiCl 2 × 6H 2 O, 0.02; Na 2 MoO 4 , 0.03. The methane content in the gas phase was adjusted to 30 vol. %. Cultivation was carried out on an incubator shaker at 150 rpm and a cultivation temperature of 30°C. pH value 6.5.
Вариант 2Option 2
Оптимальные условия и состав среды для выращивания в биореакторе:Optimal conditions and composition of the medium for growing in a bioreactor:
H3PO4 (87%) – 0,75 мл;H 3 PO 4 (87%) – 0.75 ml;
(NH4)2SO4– 0,9 г;(NH 4 ) 2 SO 4 – 0.9 g;
KCl – 0,25 г;KCl – 0.25 g;
MgSO4 × 7H2O – 0,25 г;MgSO 4 × 7H 2 O – 0.25 g;
FeSO4×7H2O – 0,02 г;FeSO 4 × 7H 2 O – 0.02 g;
CuSO4×5H2O – 0,016 г;CuSO 4 ×5H 2 O – 0.016 g;
MnSO4×5H2O – 0,021 г;MnSO 4 × 5H 2 O – 0.021 g;
NiSO4×7H2O – 0,001 г;NiSO 4 × 7H 2 O – 0.001 g;
ZnSO4 × 7H2O – 0,003 г;ZnSO 4 × 7H 2 O – 0.003 g;
Н3ВО3 –0,008 мг;H 3 VO 3 –0.008 mg;
CoSO4×7Н2О - 0,0004 мг;CoSO 4 ×7H 2 O - 0.0004 mg;
Na2МоO4×2Н2О - 0,0004 мг.Na 2 MoO 4 × 2H 2 O - 0.0004 mg.
Генетические особенности штамма: а) мутации, делеции, инверсии нет; б) фагоустойчив; в) плазмиды не обнаружены; г) профаги не обнаружены. Сведения о безопасности использования штамма: а) штамм не является генетически модифицированным и не содержит генов других организмов; перенесенных генов резистентности; генетических изменений, связанных с использованием генно-технических методик; б) штамм не является зоопатогенным и фитопатогенным; не представляет опасность по каким-либо другим причинам.Genetic characteristics of the strain: a) no mutations, deletions, or inversions; b) phage resistant; c) no plasmids were detected; d) prophages were not detected. Information about the safety of using the strain: a) the strain is not genetically modified and does not contain genes of other organisms; transferred resistance genes; genetic changes associated with the use of genetic engineering techniques; b) the strain is not zoopathogenic or phytopathogenic; does not pose a danger for any other reason.
Для заявляемого штамма характерны:The claimed strain is characterized by:
- устойчивый продуктивный рост на минеральных средах с метаном в качестве ростового субстрата, в широких пределах рН и температуры, с высокой удельной скоростью роста до 0,29 ч-1;- sustainable productive growth on mineral media with methane as a growth substrate, over a wide range of pH and temperature, with a high specific growth rate of up to 0.29 h -1 ;
- способность синтезировать каротиноиды (производные ликопина);- ability to synthesize carotenoids (lycopene derivatives);
- отсутствие вирулентности, токсигенности, токсичности и безвредность.- lack of virulence, toxigenicity, toxicity and harmlessness.
Выращивание осуществляют преимущественно непрерывным способом, в биореакторах с минеральными средами и метаном (или природным газом) в качестве субстрата.Cultivation is carried out mainly in a continuous manner, in bioreactors with mineral media and methane (or natural gas) as a substrate.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1. Example 1.
Культивирование штамма Methylomonas koyamae MY1 проводили в периодическом режиме в колбах из термостойкого стекла, объемом 0,75 л при коэффициенте заполнения 0,3 на термостатируемой качалке при 30°С. Культивирование проводили в течение 48 ч. По окончании культивирования концентрация сухих веществ составляла 0,8 г. Содержание каротиноидов составляло 86 мкг/г сухой массы. Полученную культуру использовали в качестве посевного материала для последующего выращивания бактерий в автоматизированном ферментационном комплексе объемом 1,5 л (рабочий объем 1,0 л).Cultivation of the Methylomonas koyamae MY1 strain was carried out in batch mode in heat-resistant glass flasks with a volume of 0.75 l with a filling factor of 0.3 on a thermostatic shaker at 30°C. Cultivation was carried out for 48 hours. At the end of cultivation, the concentration of dry substances was 0.8 g. The carotenoid content was 86 μg/g dry weight. The resulting culture was used as seed material for the subsequent cultivation of bacteria in an automated fermentation complex with a volume of 1.5 l (working volume 1.0 l).
Пример 2.Example 2.
Осуществляли выращивание культуры Methylomonas koyamae MY1 в непрерывном режиме в ферментере объемом 1,5 л (рабочий объем – 1,0 л) с непрерывной подачей минеральной среды, содержащей следующие компоненты (на 1 л среды):The culture of Methylomonas koyamae MY1 was grown in a continuous mode in a fermenter with a volume of 1.5 l (working volume - 1.0 l) with a continuous supply of a mineral medium containing the following components (per 1 l of medium):
Н3РО4(87%) – 0,75 мл;H 3 PO 4 (87%) – 0.75 ml;
(NH4)2SO4– 0,9 г;(NH 4 ) 2 SO 4 – 0.9 g;
KCl – 0,25 г;KCl – 0.25 g;
MgSO4 × 7H2O – 0,25 г;MgSO 4 × 7H 2 O – 0.25 g;
FeSO4×7Н2О - 0,02 г;FeSO 4 ×7H 2 O - 0.02 g;
CuSO4×5Н2О – 0,016 г;CuSO 4 ×5H 2 O – 0.016 g;
MnSO4×5Н2О – 0,021 г;MnSO 4 ×5H 2 O – 0.021 g;
ZnSO4 × 7H2O – 0,003 г;ZnSO 4 × 7H 2 O – 0.003 g;
Н3ВО3 - 0,008 мг;H 3 VO 3 - 0.008 mg;
CoSO4×7Н2О - 0,0004 мг;CoSO 4 ×7H 2 O - 0.0004 mg;
NiSO4×7H2O – 0,001 г;NiSO 4 ×7H2O – 0.001 g;
Na2МоO4×2Н2О - 0,0004 мг.Na 2 MoO 4 × 2H 2 O - 0.0004 mg.
Процесс выращивания осуществляли в асептических условиях, при скорости протока 0,22 ч-1. Значение рН регулировали титрованием 1% раствором аммиачной воды, которая также служила дополнительным источником азота. Регулирование температуры процесса осуществляли подачей охлаждающей воды в теплообменник аппарата.The growing process was carried out under aseptic conditions, at a flow rate of 0.22 h -1 . The pH value was adjusted by titration with a 1% ammonia water solution, which also served as an additional source of nitrogen. The process temperature was regulated by supplying cooling water to the heat exchanger of the apparatus.
Расход природного газа и воздуха на 1 л культуральной среды составлял 6 и 18 л/час, соответственно.The consumption of natural gas and air per 1 liter of culture medium was 6 and 18 l/hour, respectively.
При выдерживании такого режима культивирования в течение длительного времени, концентрация биомассы в ферментере составляла 3,2 г/л. Содержание белка - 68,25 %, каротиноидов - 48,55 мкг/г сухой биомассы.When maintaining this cultivation regime for a long time, the concentration of biomass in the fermenter was 3.2 g/l. Protein content - 68.25%, carotenoids - 48.55 µg/g dry biomass.
Пример 3.Example 3.
Осуществляли выращивание культуры Methylomonas koyamae MY1 в непрерывном режиме в ферментере объемом 1,5 л (рабочий объем – 1,0 л) с непрерывной подачей минеральной среды, содержащей следующие компоненты (на 1 л среды):The culture of Methylomonas koyamae MY1 was grown in a continuous mode in a fermenter with a volume of 1.5 l (working volume - 1.0 l) with a continuous supply of a mineral medium containing the following components (per 1 l of medium):
Н3РО4(87%) – 0,75 мл;H 3 PO 4 (87%) – 0.75 ml;
(NH4)2SO4– 0,9 г;(NH 4 ) 2 SO 4 – 0.9 g;
Мочевина – 0,1 г;Urea – 0.1 g;
KCl– 0,25 г;KCl – 0.25 g;
MgSO4 × 7H2O – 0,25 г;MgSO 4 × 7H 2 O – 0.25 g;
FeSO4×7Н2О - 0,02 г;FeSO 4 ×7H 2 O - 0.02 g;
CuSO4×5Н2О - 0,16 г;CuSO 4 ×5H 2 O - 0.16 g;
MnSO4×5Н2О - 0,21 г;MnSO 4 ×5H 2 O - 0.21 g;
NiSO4×7H2O – 0,001 г;NiSO 4 ×7H2O – 0.001 g;
ZnSO4 × 7H2O – 0,003 г;ZnSO 4 × 7H 2 O – 0.003 g;
Н3ВО3 - 0,012-0,008 мг;H 3 VO 3 - 0.012-0.008 mg;
CoSO4×7Н2О - 0,0004 мг;CoSO 4 ×7H 2 O - 0.0004 mg;
Na2МоO4×2Н2О - 0,0004 мг.Na 2 MoO 4 × 2H 2 O - 0.0004 mg.
Процесс выращивания осуществляли в асептических условиях, при скорости протока 0,22 ч-1. Значение рН регулировали титрованием 1% раствором аммиачной воды, которая также служила дополнительным источником азота. Для стимуляции биосинтеза каротиноидов использовали включение мочевины в состав среды. Регулирование температуры процесса осуществляли подачей охлаждающей воды в теплообменник аппарата.The growing process was carried out under aseptic conditions, at a flow rate of 0.22 h -1 . The pH value was adjusted by titration with a 1% ammonia water solution, which also served as an additional source of nitrogen. To stimulate the biosynthesis of carotenoids, the inclusion of urea in the medium was used. The process temperature was regulated by supplying cooling water to the heat exchanger of the apparatus.
Расход природного газа и воздуха на 1 л культуральной среды составлял 6 и 18 л/час, соответственно.The consumption of natural gas and air per 1 liter of culture medium was 6 and 18 l/hour, respectively.
При поддержании непрерывного режима культивирования в течение 30 сут., концентрация биомассы в ферментере составляла 3,5 г/л. Содержание белка - 75,82 %, каротиноидов - 111,93 мкг/г сухой массы.When maintaining a continuous cultivation regime for 30 days, the biomass concentration in the fermenter was 3.5 g/l. Protein content - 75.82%, carotenoids - 111.93 µg/g dry weight.
Полученные данные свидетельствуют о том, что непрерывное культивирование штамма Methylomonas koyamae MY1 в минеральной среде указанного состава позволяет достигать высокой продуктивности процесса (выхода биомассы в единицу времени). Способность штамма Methylomonas koyamae MY1 продуцировать каротиноиды позволяет получать белковую биомассу, обогащённую каротиноидами.The data obtained indicate that continuous cultivation of the strain Methylomonas koyamaeMY1 in a mineral environment of the specified composition allows to achieve high productivity of the process (biomass yield per unit of time). Strain Ability Methylomonas koyamaeMY1 producing carotenoids allows you to obtain protein biomass enriched with carotenoids.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2822163C1 true RU2822163C1 (en) | 2024-07-02 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9617575B2 (en) * | 2016-01-06 | 2017-04-11 | Tianjin Institute Of Industrial Biotechnology, Chinese Academy Of Science | High concentration methanol tolerant methanotroph and its application |
| RU2712729C1 (en) * | 2018-10-29 | 2020-01-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Горский государственный аграрный университет" | Yeast strain rhodotorula mucilaginosa ayr 8-2018 vkpm-y-4342 - producer of microbial protein and carotenoids |
| US10920230B2 (en) * | 2013-08-08 | 2021-02-16 | Knipbio, Inc. | Methylotrophs for aquaculture and animal feed |
| RU2765994C1 (en) * | 2021-08-03 | 2022-02-07 | Эквилибриум Биотек Инк. | Strain of methane-oxidising bacteria methylococcus capsulatus vkm b-3482d for biosynthesis of protein biomass |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10920230B2 (en) * | 2013-08-08 | 2021-02-16 | Knipbio, Inc. | Methylotrophs for aquaculture and animal feed |
| US9617575B2 (en) * | 2016-01-06 | 2017-04-11 | Tianjin Institute Of Industrial Biotechnology, Chinese Academy Of Science | High concentration methanol tolerant methanotroph and its application |
| RU2712729C1 (en) * | 2018-10-29 | 2020-01-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Горский государственный аграрный университет" | Yeast strain rhodotorula mucilaginosa ayr 8-2018 vkpm-y-4342 - producer of microbial protein and carotenoids |
| RU2765994C1 (en) * | 2021-08-03 | 2022-02-07 | Эквилибриум Биотек Инк. | Strain of methane-oxidising bacteria methylococcus capsulatus vkm b-3482d for biosynthesis of protein biomass |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Новые изоляты бактерий рода Methylomonas, синтезирующие каротиноиды, и их ростовые характеристики в условиях непрерывного культивирования на метане / А. А. Конопкин, Е. Н. Тихонова, Р. З. Сулейманов, С. Н. Дедыш // Актуальные аспекты современной микробиологии: Сборник тезисов XIII молодежной школы-конференции с международным участием, Москва, 16-18 ноября 2022 года. - Москва: ВАШ ФОРМАТ, 2022, стр. 118-120. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2613365C1 (en) | Strain of methane-oxidizing bacteria methylococcus capsulatus gbs-15 for obtaining of microbial protein mass | |
| KR101577820B1 (en) | New cultivation method of heterotrophic microalgae | |
| RU2520870C1 (en) | Bacterial strain rhodococcus aetherivorans of russian classification of microorganisms bkm ac-2610d - producer of nitrile hydrase, method of its cultivation and method of production of acrylamide | |
| US20240093141A1 (en) | Strains and processes for single cell protein or biomass production | |
| RU2728345C1 (en) | Methylococcus capsulatus vkpm b-13479 strain - producer of microbial protein mass, resistant to aggressive medium | |
| CN106282044B (en) | A kind of preparation method of Hyphomicrobium and pyrroloquinoline quinone | |
| RU2760288C1 (en) | Methylococcus capsulatus mc19 strain - producer of protein mass | |
| RU2822163C1 (en) | Method of producing carotenoid-enriched protein biomass on natural gas using strain of methane-oxidising bacteria methylomonas koyamae b-3802d | |
| RU2745093C1 (en) | Methylococcus capsulatus bf 19-07 methane-oxidizing bacteria strain - producer for obtaining microbial protein mass | |
| Imamoglu et al. | Semi-continuous cultivation of Haematococcus pluvialis for commercial production | |
| RU2763052C1 (en) | Strain of bacteria methylococcus capsulatus rncim b-13554 as source of feed protein | |
| KR101798485B1 (en) | Bacteria stappia sp. or stappia sp. culture for increasing microalgae culture concentration or production of fucoxanthin and chlorophylls | |
| RU2773502C1 (en) | Strain of methanol-oxidizing bacteria acidomonas methanolica bf 21-05m is a producer for obtaining microbial protein mass | |
| CN113337432B (en) | Methylophilus for producing pyrroloquinoline quinone and application thereof | |
| JP2020054334A (en) | Symbiotic bacterium for obtaining microbial proteins Heterotrophic bacterium Cupriavidus gilardii GBS-15-1 strain | |
| RU2842963C1 (en) | Strain of methane-oxidising bacteria methylotuvimicrobium species - producer of microbial protein from natural gas using sea water | |
| RU2796376C1 (en) | Methylobacterium extorquens strain вкпм в-14231 as producer of microbial protein mass | |
| CN109554321B (en) | Genetically engineered bacterium for high-yield lipopeptide and application thereof | |
| CN113249279A (en) | Rhodobacter sphaeroides mutant strain capable of highly producing coenzyme Q10 and application thereof | |
| RU2851229C1 (en) | Method for producing yeast biomass for obtaining feed protein | |
| RU2835163C1 (en) | Strain of methane-oxidising bacteria methylococcus capsulatus sl1 - producer of microbial protein from natural gas | |
| RU2835677C1 (en) | Methylobacterium populi vkpm b-14346 strain - microbial protein mass producer | |
| RU2797596C1 (en) | Pichia kudriavzevii vkpm y-4975 yeast strain - associate for microbial protein production | |
| KR101058246B1 (en) | Mass production method of coenzyme Q10 using Rhodobacter spheroids with coenzyme Q10 ability | |
| RU2081175C1 (en) | Strain of bacillus subtilis - a producer of riboflavin (variants) |