Accumulo di prodotti di interesse farmaceutico in fase stazionaria: ottimizzazione delle condizioni operative per la crescita di batteri filamentosi.

Negli ultimi anni l’antibiotico resistenza è un problema sempre più allarmante in quanto compromette l’efficacia di molte terapie antibiotiche. In tale contesto, un microrganismo di notevole rilievo risulta essere Streptomyces clavuligerus, un batterio Gram-positivo avente la capacità di produrre molteplici metaboliti secondari, tra cui l’acido clavulanico. Questa molecola è un inibitore delle β-lattamasi che viene integrata con gli antibiotici β-lattamici al fine di inibire la funzione catalitica di questi enzimi batterici. Essa viene prodotta in tarda fase stazionaria. Questo progetto di tesi si pone un duplice obiettivo: la coltivazione batch, fed-batch e semi-continua di questo ceppo e l’ottimizzazione delle variabili operative che possono influenzare la biosintesi dell’acido clavulanico in modo da aumentare la resa del processo. Al fine di valutare questi aspetti, sono state quantificate le concentrazioni di biomassa e di acido clavulanico tramite l’impiego di protocolli colorimetrici. Grazie a queste analisi è stata valutata la stabilità dell’inoculo rivelando che esso rimane in uno stato fisiologicamente attivo e sano per circa nove giorni. È stato inoltre dimostrato che impostando un pH leggermente acido (circa 6.8) non solo si favorisce la crescita del batterio ma anche la produzione di acido clavulanico. In seguito, gli studi si sono concentrati sulla variazione della composizione del medium con lo scopo di esaminare l’influenza che i principali nutrienti possano avere sulla crescita e sulla produzione. Da tali studi è emersa una stretta correlazione tra le due principali fonti di carbonio: l’olio di soia raffinato e il glicerolo. Nello specifico è risultato di particolare interesse il confronto tra i rapporti di olio/glicerolo nelle diverse prove sperimentali. Questo confronto ha permesso di osservare che l’aumento di tale rapporto sembrerebbe potenziare la biosintesi del metabolita secondario. In aggiunta, si è notato un incremento della produzione di acido clavulanico di circa il 60% fornendo al medium 15 g/L di L-arginina. Infine, è stata evidenziata la presenza di un’inibizione da prodotto e da surnatante indirizzando così le successive analisi verso la ricerca di una nuova modalità di coltivazione: il semi-continuo. Da tali studi è emerso un picco di produttività volumetrica di biomassa e di acido clavulanico nel momento in cui il 20% del medium esausto viene sostituito con del terreno fresco per più di 2 giorni consecutivi.