Obtención de biomasa lignocelulósica mediante el cultivo de células fotoautotróficas in vitro de bouteloua gracilis

Abstract

En la presente investigación se logró el establecimiento de una línea celular fotoautotrófica, a partir de la adaptación de células altamente clorofílicas de Bouteloua gracilis, cultivadas en medio MS con vitaminas suplementado con 2,4-D (1 mg L-1), BA (2 mg L-1) y adenina (40 mg L-1), a condiciones en las cuales se omitió la adición de azúcares al medio. Las células crecieron a una velocidad de agitación de 100 rpm, irradiancia de 100 µmoles fotón m-2 s-1 y 3% de CO2 en la atmósfera del cultivo. Se obtuvo un tiempo de duplicación de 9,38 días en términos de peso fresco y el contenido de pigmentos en este cultivo celular fue de 489 µg de clorofila total g-1 PF y 228 µg de carotenoides g-1 PF al día 14 del cultivo. Posteriormente, las células de Bouteloua gracilis fueron cultivadas en un biorreactor de tanque agitado (volumen de trabajo, 2 L). Se definieron las condiciones de aireación y agitación, tales como el tipo de agitador (turbina Rushton), velocidad de agitación (100 rpm), velocidad de aireación (0,5 vvm), e irradiancia (250 µmol fotón m-2 s-1) para lograr el crecimiento celular. Bajo estas condiciones, las células heterotróficas de Bouteloua gracilis incrementaron su peso fresco cerca de 5,38 veces después de 13 d de cultivo. En el cultivo fotomixotrófico (5% de CO2 en aire y 0,1% de sacarosa en el medio de cultivo) la masa de las células se incrementó 2,35 veces en los 38 días del cultivo, mientras que en el caso de las células fotoautotróficas que crecieron con la misma concentración de CO2 en aire, pero sin azúcar en el medio de cultivo, el incremento en peso fresco de las células fue de 2,04 para este mismo periodo de tiempo. Aunque diferentes sistemas de cultivos celulares en suspensión han sido establecidos para cereales y pastos, este es el primer reporte de un cultivo celular fotoautotrófico en Poaceae. Se analizaron las células heterotróficas, fotomixotróficas y fotoautotróficas de Bouteloua gracilis, obtenidas en el biorreactor, en cuanto a su contenido de azúcares estructurales y lignina, encontrándose concentraciones entre 10,78 y 14,34% para celulosa, entre 4,46 y 9,13% para hemicelulosa y entre 8,84 y 11,2% para lignina.

Abstract. In this reasearch a new photoautotrophic cell line was developed by adapting highly chlorophyllic Bouteloua gracilis cells, cultured in basal medium MS supplemented with 2,4-D (1mg/L), BA (2 mg/L) and adenine (40 mg/L), to sugar-free growth conditions . The cells grew at a stirring speed of 100 rpm, an irradiance of 150 µmol photons m-2 s-1 and 3% of CO2 in the culture atmosphere. A doubling time of 9,38 days was obtained in terms of fresh weight, while the pigments contents were 489 µg total chlorophyll g-1 FW and 228 µg carotenes g-1 FW culture. Bouteloua gracilis cells were subsequently cultured in a stirred tank bioreactor (2 L of effective volume), with defined operation conditions such as type of stirrer (Rushton turbine), stirring speed (100 rpm), aeration rate (0,5 vvm), and irradiance (250 μmol photon m-2 s-1). Under these conditions, heterotrophic cells of Bouteloua gracilis increased about 5,4 times its fresh weight after 13 days of culture. Additionally, photomixotrophic cells were grown with 5% CO2 in air, and 0,1 % sucrose in the culture medium. A cell mass increase of 2,3 times was obtained at day 38 day of the growth kinetics, while for those cells grown with the same concentration of CO2 in air, but without sugar in the medium the fresh weight increase was 2,04 for this date. Although different systems of plant cell cultures in suspension have been described for cereals and grasses, this is the first report for photoautotrophic cell suspension culture in Poaceae. Finally, the content of structural sugars and lignin concentration were also determined for the heterotrophic, photomixotrophic and photoautotrophic cells from Bouteloua gracilis obtained in the bioreactor, with values ranging between 10,8 and 14,3% for cellulose, 4,4 to 9,1% and hemicellulose and 8,8 and 11,2% lignin.