Cultivos celulares de Jacaratia mexicana en tres tipos de birreactores para la producción de enzimas proteolíticas

Abstract

La Jacaratia mexicana es una planta de la familia de las Caricáceas, la cual produce enzimas proteolíticas capaces de competir favorablemente en procesos industriales donde se utiliza la papaína. Además, estas proteinasas presentan otras actividades como la acción mitogénica y angiogénica en mamíferos. Dada su importancia científica e industrial, es de interés la producción de dichas enzimas. Debido a que esta planta silvestre produce frutos sólo una temporada al año, una alternativa para disponer de una producción constante de estas enzimas es el cultivo de células en suspensión de J. mexicana. En este trabajo se realizó el cultivo de células de J. mexicana en tres tipos de biorreactores de 0.5 L: airlift, columna de burbujeo y tanque agitado magnéticamente. Además se usó un tanque con agitación mecánica de 3.0 L. Se estudió el efecto del desempeño hidrodinámico de éstos en la producción de enzimas proteolíticas, en el crecimiento celular, consumo de sacarosa, viabilidad y la morfología celular de los cultivos de J. mexicana. El crecimiento de biomasa de los cultivos celulares de J. mexicana fue similar (17%) en el biorreactor airlift y en el de columna de burbujeo, mientras que en el tanque agitado mecánicamente este incremento fue del 21%. La actividad proteolítica obtenida en los biorreactores de columna de burbujeo y airlift fue del mismo orden de magnitud (1.2 x 104 UT/L), en cambio en el biorreactor de t anque agitado la actividad fue mayor (1.7 x 104 UT/L). La viabilidad de cultivos celulares de J. mexicana fue similar (aproximadamente 84%) en los tres tipos de biorreactores bajo las condiciones hidrodinámicas estudiadas. Las velocidades de corte generadas en las condiciones de operación de los tres biorreactores estuvieron en el intervalo de 13 a 400 s-1; estas velocidades no provocaron disminución en la producción de enzimas proteolíticas, ni cambio significativo en la viabilidad y morfología celular de dichos cultivos. Estas evidencias experimentales sugieren que las células de J. mexicana son resistentes al estrés hidrodinámico dentro de las condiciones estudiadas.

Jacaratia mexicana belongs to the family Caricaceae, which produces proteolytic enzymes capable to compete with papain in industrial processes. In addition, these proteases have another properties such as mitogenic and angiogenic activities in mammals. Because of its scientific and industrial importance, the production of such enzymes is important. This wild plant produces fruits only one season a year, therefore an alternative to have a constant production of these enzymes is the cell suspension culture of J. mexicana. In this work the cell culture of J. mexicana was carried out in three types of bioreactors of 0.5 L: airlift, bubble column and magnetically stirred tank. Besides, it was used a 3.0 L stirred tank with mechanical agitation. The effect of their hydrodynamic behavior on the production of proteolytic enzymes, cell growth, sucrose consumption and cell morphology of J. mexicana cell cultures was studied. The biomass production was similar (17%) in airlift and bubble column bioreactors, whereas it increased (21%) in the mechanically stirred tank. The proteolytic activity obtained in airlift and bubble column bioreactors was in the same order (1.2 x 104 UT/L) and it was higher in the mechanically stirred tank (1.7 x 104 UT/L) and the viability of the J. mexicana cell cultures was similar (about 84%) in the three types of bioreactor under hydrodynamic conditions studied. The shear rates generated under the operation conditions of the three bioreactors were in the range of 13 to 400 s-1. Proteases production, cell viability and cell morphology were not affected by this range of shear rates. These experimental evidences suggest that cells of J. mexicana are resistant to the hydrodynamic stress generated under the conditions studied.