Master's Thesis

Random mutagenesis and selection of red yeast mutants capable to utilize particular waste substrates

Final Thesis 3.92 MB

Author of thesis: Ing. Katarína Čačková

Acad. year: 2011/2012

Supervisor: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc.

Reviewer: Ing. Emília Breierová, Ph.D.

Abstract:

Carotenoids are naturally occurring pigments of plants also produced by microbes. The area of their application concerns mainly food industry; however, they are used in chemical, pharmaceutical, and cosmetics industry as well. Currently, the isolation of carotenoids from plants is markedly regulated by legislation, so the study of their production is greatly emphasised, where the microbiological, instead of the synthetic, production of carotenoids is being prioritized.                                   
This work was made as a comparative study of carotenogenic yeasts of the genes Rhodotorula, Sporobolomyces, and Cystofilobasidium. Their ability to use various waste substrates as a carbon and nitrogen source and source of other nutrition factors was tested. In this work, conditions of random mutagenesis were optimized. Particular yeast strains were also subjected to the effect of mutagen ethyl methanesulfonate (EMS) in order to increase the production of biomass and specific metabolites – carotenoids and other lipid-soluble substances. Random mutagenesis and mutant strain selection was performed using waste subtrates as glycerol, pasta and some pasta hydrolyzed by fungal extracellular enzymes.  Subsequently, a control of specific DNA sequences in pigments overproducing mutants was analyzed by PCR/DGGE (denaturating gradient gel electrophoresis).
Increased production of β-carotene was achieved in a mutant of Sporobolomyces roseus strain growing on glycerol, pasta, and hydrolyzed pasta. Overproduction of carotenoids by mutant strain of Rhodotorula glutinis was observed in glucose medium only. Mutants of  Cystofilobasidium capitatum exhibited a decrease of biomass production; on the other hand, the production of carotenoids increased especially in pasta medium hydrolyzed by enzyme preparative from Fusarium solani.
In this work it was confirmed that using random mutagenesis strains capable to utilize waste substrates can be selected. In mutant strains increased carotenoids biosynthesis was observed, which enables effective use of cheap substrates and reduction of the negative effects of wastes on the environment.

Keywords:

carotenoids, red yeasts, waste substrates, random mutagenesis

Date of defence

04.06.2012

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

1. Diplomantka seznámila členy komise s náplní a cílem diplomové práce. 2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci. 3. Diplomantka akceptovala všechny připomínky oponenta a na všechny otázky odpověděla v plné šíři. Diskuse: doc. Španová: Byly pozorovány nějaké nežádoucí faktory (reakce) ?

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Chemistry and Technology of Foodstuff (NPCP_CHTP)

Field of study

Food Science and Biotechnology (NPCO_CHTP)

Supervisor’s report
prof. RNDr. Ivana Márová, CSc.

Cílem práce bylo zavedení a využití nového postupu chemické mutagenenze k selekci kvasinek jakožto nadproducentů průmyslových metabolitů.  Selektované kmeny byly dále testovány a adpatovány na možnost využití vybraných odpadních substrátů k přípravě produktů s vysokou přidanou hodnotou.
Studentka přistupovala k řešení diplomové práce se zájmem, iniciativně a projevovala potřebnou laboratorní zručnost i trpělivost. V rámci komplexní a rozsáhlé experimentální práce zvládla řadu optimalizačních experimentů a dílčích kroků jako jsou kultivační techniky,  techniky chemické mutageneze, izolaci DNA z kvasinek a její charakterizaci pomocí molekulární techniky PCR/DGGE. Při řešení problémů postupovala diplomantka systematicky a průběžně efektivně využívala aktuální informace ze zahraniční literatury i konzultace.

Celkově studentka prokázala schopnost řešení i složittějších experimentálních problémů, zájem o řešenou problematiku, schopnost hodnocení výsledků a interpretace i diskuse dat. Projevovala rovněž značnou laboratorní zručnost a flexibilitu. Výsledky získané v průběhu řešení diplomové práce představují cennou experimentální základnu pro navazující práce. Výsledky byly nebo jsou přijaty k prezentaci na mezinárodních konferencích i v odborném tisku.

Vzhledem k výše uvedeným skutečnostem hodnotím celkovou aktivitu diplomantky stupněm výborně (A) a práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování B
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
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. Emília Breierová, Ph.D.

1. Na str.41 autorka predpokladá, že "bunky rastúce v médiu s glycerolom vykazujú prevážně guľatý tvar, čo je pravdepodobne dôsledok osmotického stresu". Uvažovala o tom, že glycerol má pentračnú schopnosť a tým uvoľňuje vnútorný turgor bunky a preto bunky nadobúdajú guľatý tvar.
1. To, že mutantný kmeň Sporobolomyces roseus bol najlepší producent biomasy a metabolitov na glycerole môže byť ovplyvnené aj jeho schopnosťou asimilivať glycerol jako C-zdroj?
2. Ak zmena (v prípade S.roseus) mutagenézy zasiahla analyzovanú oblasť 26S rRNA a vyvolala zmenu štruktúry príslušného useku DNA, možno predpokladať trvalú zmenu, ktorá nebude revertovať ?
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
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

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová