Cultivo de células de Jacaratia mexicana en un biorreactor airlift: efecto de un inductor y un elicitor en la producción de enzimas proteolíticas

Abstract

La Jacaratia mexicana es una planta de la familia de las caricáceas que produce enzimas proteolíticas capaces de competir en usos industriales con la papaína. Sin embargo se encuentra a merced de eventos climáticos y cambios en su hábitat natural por urbanización. Por otro lado el cultivo de células vegetales se ha convertido en una herramienta útil para la preservación de especies, producción a gran escala de plantas de interés comercial y de metabolitos.

En este trabajo se estudió el efecto de un hidrolizado de caseína y un extracto de Aspergillus niger en la producción de enzimas proteolíticas y crecimiento celular de Jacaratia mexicana en cultivos a nivel matraz y en un biorreactor airlift de 2 litros. Además se estudió el efecto del ácido 2,4 diclofenoxiacético (2,4-D) y concentración de sales en la inducción de callos y producción de proteasas. El biorreactor utilizado fue caracterizado determinando el tiempo de mezclado (tm) por el método de pulsos y el coeficiente global de transferencia de oxigeno (kLa) por el método dinámico.

Los cultivos celulares de Jacaratia mexicana con hidrolizado de caseína 0.05% muestran que la producción de enzimas proteolíticas se incrementó 2.3 veces con respecto al control y con 25 mg/L del extracto de A. niger que actuó como elicitor, se logró un aumento en la actividad proteolítica de 1.3 veces con respecto al control.

La formulación de medio utilizada para realizar los estudios de esta tesis fue el Murashige y Skoog (MS) completo en sales con 0.5 mg/L de 2,4-D y 0.5 mg/L de bencilaminopurina (BAP) que resulto ser la más adecuada para el crecimiento celular y la producción de enzimas proteolíticas de Jacaratia mexicana. Para la inducción de callos el medio de cultivo contenía 2% de sacarosa y para los cultivos en suspensión 4%, a nivel matraz y biorreactor.

Se logró el cultivo celular de Jacaratia mexicana durante cinco semanas y producir enzimas proteolíticas en el biorreactor airlift con 0.5 vvm, 25° C, volumen de trabajo de 800 ml, tm de 40 s y una velocidad de transferencia de 02 de 0.93 mMoi/Lh.

SUMMARY

Jacaratia mexicana is a wild plant from the family of Caricaceas. It produces proteolytic enzymes capable to compete in industrial uses with papain. Nevertheless this plant is against climatic events and changes in its habitat. In the other hand the plant cell culture is becoming a useful biotechnology tool to preserve species, produce plants and metabolites of commercial interest.

In this work, we studied the effect of a casein hidrolyzed and one extract of Aspergillus niger in the production of proteolytic enzymes and cellular growth of Jacaratia mexicana in flask and airlift bioreactor. Moreover we studied the effect of 2,4 diclofenoxiacetic acid (2,4-D) and the concentration of salts in callus induction and proteases production. The bioreactor was characterized by determination of mixed time (tm) and the volumetric mass transfer coefficient (kLa). The cell cultures of Jacaratia mexicana with casein hidrolyzed 0.05% showed

increase of 2.3 times in the production of proteolytic enzymes with regard to control and 25 mg/L of A. niger extract (elicitor) the production of protease increased 1.3 times with regard to control.

The media formulation to realize the studies of this thesis was Murashige y Skoog (MS) salts complete, 0.5 mg/L of 2,4-D and 0.5 mg/L of bencilaminopurine (BAP). It was the most suitable to cell growth and proteases production of Jacaratia mexicana. To induce callus the media had 2% of sucrose and 4% sucrose to cell suspension cultures.

It was possible to maintain cell cultures of Jacaratia mexicana for five weeks and produce proteolytic enzymes in the airlift bioreactor with 0.5 vvm, 25º C, working volume 800 mL, tm 40 s and oxygen transport rate 0.93 mMol/Lh.