Thesis: Evaluación del efecto de las condiciones hidrodinámicas sobre la respiración celular y la calidad del alginato producido por Azotobacter vinelandii
| datacite.subject.fos | Engineering and technology | |
| dc.contributor | Pontificia Universidad Católica de Valparaíso | |
| dc.contributor.correferente | Otro | |
| dc.contributor.department | Departamento de Ingeniería Química y Ambiental | |
| dc.contributor.guia | Díaz Barrera, Alvaro | |
| dc.contributor.guia | Santos Mazorra, Victoria | |
| dc.contributor.patrocinante | Otro | |
| dc.coverage.spatial | Campus Casa Central Valparaíso | |
| dc.creator | Ponce Martínez, Belen Haydeé | |
| dc.date.accessioned | 2025-11-18T13:07:35Z | |
| dc.date.available | 2025-11-18T13:07:35Z | |
| dc.date.issued | 2025-11-06 | |
| dc.description.abstract | El presente trabajo evaluó el efecto de las condiciones hidrodinámicas sobre la respiración celular, la morfología, la expresión génica y la calidad del alginato producido por Azotobacter vinelandii ATCC 9046, ampliando el rango experimental de agitación de 100 a 900 rpm respecto a estudios previos. Esta investigación buscó establecer las condiciones óptimas de operación para maximizar la producción de un biopolímero de alta calidad y comprender los mecanismos fisiológicos y moleculares que lo regulan. En primer lugar, se realizó un estudio donde se correlacionó los parámetros hidrodinámicos con los indicadores fisiológicos de respiración —velocidad de consumo de oxígeno (VCO) y velocidad específica de consumo de oxígeno (qO₂)— y con la producción y calidad del alginato. Se determinó que entre 200 y 500 rpm se alcanza un equilibrio óptimo entre respiración celular y síntesis polimérica, mientras que a velocidades ≥ 600 rpm se evidenció estrés de cizallamiento con disminución de la qO₂, reducción del peso molecular del polímero sin embargo aumentó la producción de alginato como respuesta al efecto hidrodinámico. El segundo objetivo abordó la evaluación de la respiración celular y la morfología bacteriana bajo diferentes velocidades de agitación entre 100 y 900 rpm. A bajas velocidades de agitación las células mostraron morfologías pequeñas y regulares, en cambio a altas velocidades (≥ 600 rpm), se observaron deformaciones celulares, fragmentación de la matriz y pérdida de integridad morfológica, coherentes con una disminución en la qO2 y que la hidrodinámica si afecta a la célula. A 500 rpm las células mantuvieron morfología intacta, y alta productividad, generando alginatos con mayor PMP de alginato, grado de acetilación y proporción G/M similar. Finalmente se realizó un estudio de calidad del alginato y se estableció una relación con el análisis molecular y la formulación de hidrogeles a partir del alginato bacteriano obtenido en condiciones controladas. El estudio de expresión génica reveló que la intensidad de cizallamiento modula la regulación de genes clave: rpoS y algU (respuesta al estrés y regulación global), cadena respiratoria, y de biosíntesis, epimerización y acetilación del alginato). Estos resultados confirmaron que la respiración y la biosíntesis del polímero están coordinadas a nivel transcripcional, afectando directamente las propiedades del biopolímero. Los hidrogeles formulados con el alginato bacteriano mostraron estructura porosa homogénea, alta estabilidad estructural, evidenciando su potencial para aplicaciones en biomedicina. | es |
| dc.description.abstract | This study evaluated the effect of hydrodynamic conditions on cellular respiration, morphology, gene expression, and the quality of alginate produced by Azotobacter vinelandii ATCC 9046, expanding the experimental agitation range from 100 to 900 rpm compared to previous studies. This research aimed to establish the optimal operating conditions to maximize the production of a high-quality biopolymer and to understand the physiological and molecular mechanisms that regulate it. First, a study was conducted correlating hydrodynamic parameters with physiological indicators of respiration—oxygen consumption rate (VCO) and specific oxygen consumption rate (qO₂)—and with alginate production and quality. It was determined that an optimal balance between cellular respiration and polymer synthesis is reached between 200 and 500 rpm, while at speeds ≥ 600 rpm, shear stress was observed with a decrease in qO₂ and a reduction in the polymer's molecular weight; however, alginate production increased in response to the hydrodynamic effect. The second objective addressed the evaluation of cellular respiration and bacterial morphology under different agitation speeds between 100 and 900 rpm. At low agitation speeds, the cells showed small and regular morphologies, whereas at high speeds (≥ 600 rpm), cell deformations, matrix fragmentation, and loss of morphological integrity were observed, consistent with a decrease in qO₂ and the fact that hydrodynamics does affect the cell. At 500 rpm, the cells maintained intact morphology and high productivity, generating alginates with a higher alginate molecular weight, degree of acetylation, and a similar grain-to-molecule ratio. Finally, a quality study of the alginate was conducted, establishing a relationship with molecular analysis and the formulation of hydrogels from bacterial alginate obtained under controlled conditions. The gene expression study revealed that shear stress modulates the regulation of key genes: rpoS and algU (stress response and global regulation), the respiratory chain, and alginate biosynthesis, epimerization, and acetylation. These results confirmed that respiration and polymer biosynthesis are coordinated at the transcriptional level, directly affecting the biopolymer's properties. The hydrogels formulated with bacterial alginate exhibited a homogeneous porous structure and high structural stability, demonstrating their potential for biomedical applications. | en_US |
| dc.description.degree | Doctorado en Biotecnología | |
| dc.description.sponsorship | ANID Beca de Doctorado Nacional N°21201148, | |
| dc.description.sponsorship | FONDECYT Regular N° 1231075 | |
| dc.description.sponsorship | Proyecto ECOS ANID 2022 N° C21E01 | |
| dc.description.sponsorship | Proyecto Europeo PCI2022-132971 bioMAT4EYE | |
| dc.driver | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | |
| dc.format.extent | 232 páginas | |
| dc.identifier.doi | 10.71959/2tmn-za37 | |
| dc.identifier.uri | https://cris.usm.cl/handle/123456789/4206 | |
| dc.identifier.uri | https://doi.org/10.71959/2tmn-za37 | |
| dc.language.iso | es | |
| dc.publisher | Universidad Técnica Federico Santa María | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject | alginate | |
| dc.subject | Azotobacter vinelandii | |
| dc.subject | Hidrodinámica | |
| dc.subject | calidad del alginato | |
| dc.subject.ods | 3 Salud y bienestar | |
| dc.subject.ods | 13 Acción por el clima | |
| dc.title | Evaluación del efecto de las condiciones hidrodinámicas sobre la respiración celular y la calidad del alginato producido por Azotobacter vinelandii | |
| dspace.entity.type | Tesis |
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