Master's Thesis

Influence of nutritional parameters on the production of bioactive compounds by the yeast Metschnikowia pulcherrima

Final Thesis 5.15 MB

Author of thesis: Bc. Alexandra Miheeva

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jiří Holub, Ph.D.

Reviewer: Ing. Renata Uhlířová, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis focuses on the influence of nutritional and cultivation parameters on the production of bioactive compounds by the yeast Metschnikowia pulcherrima. The main attention is devoted to the effect of the carbon-to-nitrogen (C/N) ratio and the type of nitrogen source. The thesis is divided into two main parts: theoretical and experimental.
The theoretical part characterizes yeasts of the genus Metschnikowia, their physiology and significant metabolites, especially lipids, β-glucans, pulcherrimin, ergosterol, and ubiquinone. Furthermore, the principles of their biosynthesis and the analytical methods used for their determination are described.
The experimental part is focused on yeast cultivation, extraction of selected metabolites, and their analysis. In the first experiment, the influence of the type of nitrogen source and the C/N ratio was investigated. The results showed that these parameters significantly affect the monitored characteristics. It was found that changes in the C/N ratio primarily influenced the production of ubiquinone and ergosterol. In contrast, this parameter did not have a significant effect on the percentage content of lipids, β-glucans, and pulcherrimin, where the decisive role was played by the type of nitrogen source. The highest production of ubiquinone was observed when urea was used as the nitrogen source. The maximum percentage content of lipids and
β-glucans was achieved in the variant with sodium nitrate (NaNO3). It was also observed that samples with NaNO3 exhibited less intense coloration of the medium, which may indicate lower pulcherrimin production.
In the second experiment, the effect of light was studied. It was found that light had a negative effect on the production of ubiquinone and ergosterol when feather hydrolysate was used, whereas in the variant with ammonium sulfate its effect was positive. Light did not have a significant influence on the percentage content of lipids in biomass, β-glucans, or pulcherrimin.
The obtained results contribute to a better understanding of the metabolism of Metschnikowia pulcherrima and may be used for optimizing the production of biologically active compounds for biotechnological applications.

Keywords:

Yeasts, ubiquinone, pulcherrimin, nitrogen source, C/N ratio, cultivation conditions, production characteristics

Date of defence

26.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

1. Studentka seznámila členy komise s náplní a cílem diplomové práce. 2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci. 3. Studentka akceptovala všechny připomínky oponentky a na všechny otázky odpověděla v plné šíři. Diskuse: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. Z jakého důvodu byla měřena absorbance při tolika vlnových délek? Z jakého důvodu nebylo měřeno celé spektrum? Uvádíte 2xC/N13, můžete to objasnit? Jaké je tedy výsledný C/N poměr? Co znamená střední produkce lipidů? V jaké fázi růstu dochází k produkci pulcherriminu? Jedná se o sekundární metabolit? Jaké látky by mohly mít za následek snížení produkce pulcherriminu? doc. Ing. Petr Sedláček, Ph.D. Pulcherrimin je extracelulární nebo intracelulární? Je rozpustný ve vodě? Je železo v pulcherriminu navázáno kovalentně? doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. Charakterizovala jste složení hydrolyzátu peří? Dá se to považovat za univerzální substrát? Liší se jeho složení na základě použitého peří? Jak byl připraven hydrolyzát peří? Jaké peří bylo použito? doc. Mgr. Pavel Dvořák, Ph.D. Docházelo k centrifugaci vzorků před měření absorbance? Studentka odpověděla na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi studentka prokázala výbornou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Diplomantka prokázala nejen výborné odborné znalosti, ale i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta chemická

Department

Institute of Food Science and Biotechnology

Study programme

Chemistry for Medical Application (NPCP_CHMA)

Specialization

Chemistry of Bioactive Substances (CHBL)

Composition of Committee

prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
doc. Ing. Petr Sedláček, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Pavel Dvořák, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jiří Holub, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Alexandry Miheevy se zabývá studiem vlivu nutričních a kultivačních parametrů na produkci biologicky aktivních látek kvasinkou Metschnikowia pulcherrima. Práce je logicky členěna na teoretickou, experimentální a výsledkovou část.
V teoretické části studentka zpracovala ucelenou literární rešerši zaměřenou na charakteristiku studovaného mikroorganismu, jeho fyziologii a významné produkované metabolity. Na tuto část vhodně navazuje experimentální řešení, v jehož rámci se studentka věnovala kultivaci kvasinky za různých nutričních a kultivačních podmínek, především se zaměřením na změny poměru C/N, typu dusíkatého zdroje a vlivu světla. Analytická část práce je založena na využití moderních instrumentálních metod, zejména HPLC, GC a ICP-OES.
Ve výsledkové části jsou získaná data přehledně prezentována a diskutována v kontextu současných poznatků. Studentka v průběhu řešení práce prokázala schopnost samostatné experimentální práce, systematického přístupu k řešení dílčích úloh a kritického vyhodnocení dosažených výsledků.
Na základě výše uvedeného hodnotím předloženou diplomovou práci jako kvalitní a přínosnou. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji známkou A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Renata Uhlířová, Ph.D.

Předložená práce studentky Bc. Alexandry Miheevy se věnuje vlivu nutričních parametrů produkčního média na produkci biogenních látek kvasinkou Metschnikowia pulcherrima.

Teoretická část je sepsána přehledně a členěna do podkapitol, které na sebe logicky navazují. Literární rešerše pojednává o morfologii kvasinek, vlivu složení média a fyzikálních faktorů na kultivaci. Dále studentka popisuje významné metabolity a možnosti jejich stanovení. Celkově využila jak tuzemskou, tak zahraniční odbornou literaturu v rozsahu 56 citací. V experimentální části se studentka věnuje popisu použitých technik a metod stanovení jednotlivých metabolitů.

Část věnovaná výsledkům a diskuzi je členěna do dvou dílčích experimentů. V prvním studentka prováděla screening složení produkčního média se zaměřením na různé zdroje dusíku a poměry C/N. Druhý experiment zohledňoval také potenciální vliv světla na produkci vybraných metabolitů. Tuto část práce by bylo vhodné také rozčlenit do dílčích podkapitol, aby bylo dosaženo vyšší názornosti a lepší orientace v textu.

Po obsahové stránce nemám k práci žádné zásadní výtky. Také formální zpracování je na vysoké úrovni bez typografických chyb. Naměřená data jsou komentována a přehledně zobrazena ve formě grafů a tabulek. Výjimku tvoří pouze tabulky 10 a 11, kde chybí směrodatné odchylky, přestože byly kultivace prováděny v duplikátech, případně triplikátech. U obrázku 24 je pak špatně čitelná osa x s popisky jednotlivých experimentů.

Studentka splnila všechny vytyčené cíle práce.

Práci proto hodnotím stupněm A, a doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. Studentka v postupech v kapitole 4.4.1 Kultivace kvasinek při různém poměru C/N a zdroji dusíku popisuje, že byly měřeny absorbance při různých vlnových délkách 260, 280, 410, 490 a 600 nm. Ve výsledcích jsou však zobrazena a diskutována pouze data pro 410 nm. Mohla by studentka vysvětlit význam jednotlivých vlnových délek a objasnit, proč jsou zobrazena pouze data pro 410 nm?
  2. Při kultivaci studentka také využívala jako komplexní zdroj živin hydrolyzát z peří. Byl tento hydrolyzát charakterizován a jak?
  3. Mohla by studentka navrhnout ideální složení média pro nejvyšší produkci PUFA i s ohledem na množství vyprodukované biomasy. A dále zhodnotit obsah ostatních metabolitů u zvoleného média?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová