Biological degradation of substrate mixtures composed of phenol, benzoate and acetate by Burkholderia cepacia G4

Shalaby, Moustafa El-Sayed Abd El-Hameid

Das Abbauverhalten einer Reinkultur von Burkholderia cepacia G4 wurde hinsichtlich der Einzelverbindungen Phenol, Benzoat und Acetat und Gemischen derselben bei unterschiedlichen Kultivierungsbedingungen untersucht. Unter stationären Bedingungen bei Substratlimitierung im Chemostat wurde für alle drei Verbindungen ein vollständiger Umsatz beobachtet, sowohl bei den Einzelsubstanzen wie auch bei den Substratgemischen. Es erfolgte ein simultaner Abbau aller Substrate in den Gemischen, eine Diauxie trat nicht auf. Die stöchiometrischen Daten aus dem Einzelsubstratsystem können auf das Gemisch übertragen werden. Unter Substratüberschuß trat bei allen Satzversuchen mit Phenol oder Benzoat ein Kohlenstoffbilanzdefizit auf. Beim Acetatumsatz wurde keine Abweichung der Kohlenstoffbilanz beobachtet. Für alle drei Substrate wurde ein Einfluß der Kulturhistorie festgestellt, der zu unterschiedlich langen Adaptationsphasen nach versuchsbeginn führte. Die Zeitkonstante der Adaptation deutet auf genetische, nicht auf Enzymeregulation hin. Zusätzlich zum Einfluß der Kulturhistorie wurde bei Substratüberschuß eine metabolische Entkopplung sowie ausschließlich bei Phenol noch eine weitere bis jetzt noch nicht identifizierte Einflußgröße auf die Kinetik festgestellt. Bei Substratgemischen aus Phenol und Acetat wurde eine starke Inhibition des Acetatabbaus durch Phenol beobachtet, während umgekehrt Acetat den Phenolumsatz nur leicht inhibiert. Bei Gemischen aus Phenol und Benzoat konnte keine gegenseitige Inhibition festgestellt werden. Die ausgeprägte Inhibition des Acetatabbaus durch Phenol ist bei den ternären Gemischen nicht erkennbar.

Burkholderia cepacia G4 was cultivated in batch and continuous mode on the substrates phenol, benzoate and acetate applied as single substrates and in various substrate combinations. Under steady state conditions in a chemostat, conversion of all three substrates was complete. This was shown for individual substrates as well as for substrate mixtures. In substrate mixtures, all compounds were mineralized simultaneously, no diauxic behaviour was observed. It was shown that stoichiometric coefficients, derived from single substrate experiments, can be transferred to substrate mixtures under these conditions. Under substrate surplus conditions, all cultivations on phenol or benzoate showed a decrease of the carbon recovery. On acetate, no deviation of the carbon recovery was observed. For all three substrates, an influence of the culture history was observed, leading to different adaptations times after start of an experiment. The time constants are too large for enzyme regulation, but correspond well with genetic regulation. In addition to the influence of the culture history, a metabolic decoupling was observed. In contrast to benzoate and acetate, the phenol conversion kinetics is influenced by a further, not yet identified factor. For substrate mixtures of phenol and acetate, a strong inhibition of phenol on acetate conversion was detected. Acetate, on the other hand, reduced the phenol conversion only slightly. For substrate mixture of phenol and benzoate, no cross inhibition was detected. For ternary mixtures of all three compounds, an inhibitory effect of phenol versus acetate conversion was not observed.

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Shalaby, Moustafa El-Sayed Abd El-Hameid: Biological degradation of substrate mixtures composed of phenol, benzoate and acetate by Burkholderia cepacia G4. 2003.

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