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STUDIO DEI FENOMENI DI INIBIZIONE DELLA CRESCITA IN COLTURE FED-BATCH DEL LIEVITO SACCHAROMYCES CEREVISIAE: APPROCCIO SPERIMENTALE E MODELLISTICO

Il progetto di ricerca si svilupperà sulla base di un confronto diretto tra due gruppi di ricerca, (quello di Microbiologia Industriale dell'Università di Salerno che fa capo alla scrivente e dell'Università di Napoli "FedericoII" con la Prof. E. de Alteriis e quello di modellizzazione dell'Università di Napoli "Federico II" guidato dal Prof. S. Mazzoleni) e avverrà scambiandosi informazioni riguardanti i rispettivi campi di indagine. Operando in tal modo sarà sviluppato un modello matematico basato sui principi della System Dynamics, capace di simulare la crescita del lievito in presenza di fenomeni di inibizione, tenendo presente i principali processi fisiologico-funzionali del lievito in crescita su terreni contenenti glucosio (uptake, catabolismo fermentativo e respiratorio, etc). Tali processi, descritti come flussi, saranno assemblati in un ambiente di modellazione flessibile e modulare.La parte sperimentale sarà svolta presso il laboratorio di Biotecnologia e Microbiologia Industriale del DIIn dell’Università di Salerno di cui la sottoscritta è responsabile oltre che nel Dip. di Biologia dell'Università di Napoli e consisterà nell'allestimento di numerose prove in fermentatore aerato funzionante in modalità fed-batch. I lieviti presi in considerazione per il progetto di ricerca appartengono tutti alla famiglia CEN.PK di S. cerevisiae, un lievito convenzionale, sensibile al glucosio, quello storicamente impiegato per produrre masse microbiche (vedi il lievito per la panificazione) e, attualmente, proteine eterologhe da ceppi ricombinanti, essendo S. cerevisiae uno dei pochi eucarioti approvati dalla FDA (Food and Drug Administration) e dall' EMEA (European Agency for the Evaluation of Medicinal Products). Nel corso dei fed-batch, si studierà la cinetica di crescita e quella di morte del lievito. I brodi esausti verranno saggiati per evidenziare attività inibitrice della crescita di cellule di lievito dello stesso ceppo in attiva crescita esponenziale oltre che di cellule di altre specie fungine e di specie batteriche. Si procederà alla determinazione delle concentrazioni del glucosio residuo e dell'etanolo eventualmente prodotto. Si avvierà poi un'analisi NMR sulle altre componenti chimiche presenti nei brodi, capaci di influenzare la crescita microbica. La velocità di crescita della popolazione microbica sarà controllata attraverso il profilo di alimentazione e fatta variare in un range di valori tali da non superare la soglia critica, che determina lo shift tra metabolismo ossidativo e quello fermentativoTutte le prove verranno effettuate in un fermentatore, il Bio-Flo 110- New Brunswick Scientific funzionante in modalità semicontinua e corredato di un mass flow controller per l'arricchimento dell'aria con ossigeno puro e di un analizzatore dei gas esausti (EX-2000). Si pensa di alimentare il fermentatore con una portata volumetrica che aumenta esponenzialmente nel tempo in modo da garantire la crescita microbica ad un tasso specifico costante tale da promuovere un metabolismo pienamente respiratorio del microrganismo produttore (alte rese in biomassa/prodotto) ma anche alte produttività volumetriche e quindi ridotti tempi di produzione. Le prove in fed-batch saranno condotte anche in un fermentatore Biostat-Q plus provvisto di Unità per il controllo individuale di tre vessels e, quindi, la possibilità di effettuare tre prove di fermentazione in parallelo.Il Biostat-Q plus è una acquisizione recente del laboratorio T5b, resa possibile con i fondi del PON 2011.I dati ottenuti dagli esperimenti condotti in diverse condizioni, saranno utilizzati per le simulazioni e per formulare un’ipotesi innovativa sulle dinamiche fisiologiche che si generano durante il bio-processo.