Coeficiente volumétrico de transferencia de masa (kLa) y potencia gaseada volumétrica (Pg/V) como criterios de escalamiento del bioproceso para la producción de dextranasa recombinante en Pichia pastoris

Abstract

RESUMEN La levadura metilotrófica Pichia pastoris es uno de los sistemas biológicos más usado para la producción de proteínas recombinantes, debido a su capacidad de producir proteínas funcionalmente plegadas. Sin embargo, los bioprocesos con P. pastoris tienen limitaciones importantes para su escalamiento como la elevada demanda de oxígeno y altos requerimientos energéticos para agitación en biorreactores tipo tanque mezclado. En este trabajo se analizó la producción de dextranasa recombinante en cultivos de 2 L, empleando condiciones de operación generalmente encontradas en biorreactores de gran escala. Los cultivos se caracterizaron por desarrollarse bajo condiciones limitadas de oxígeno y metanol, alcanzando una producción máxima de dextranasa de 97.34 ± 0.52 U/mL. La productividad del bioproceso con estas condiciones se vio reducida en dos tercios con respecto a resultados previamente reportados para la misma cepa MutS. Sin embargo, la producción y productividad fue 1.2 veces más alta en comparación con resultados obtenidos con una cepa Mut+, en cultivos sin limitaciones de oxígeno y metanol. También se realizó un proceso de escalamiento con kLa constante de 154 h-1 y una alimentación continua de metanol en bioprocesos de 10 y 30 L. Durante el escalamiento se pudo mantener la velocidad específica de crecimiento de 0.01 h-1; sin embargo, la producción de dextranasa recombinante disminuyó en alrededor 35% después del proceso de escalamiento. Esta caída en la producción de la dextranasa recombinante se atribuye al efecto inhibitorio causado por acumulación de metanol. Por lo tanto, los cultivos con cepas MutS de P. pastoris con condiciones limitadas de oxígeno requieren también de condiciones limitadas de metanol. Bioprocesos con requerimientos mínimos de oxigenación y agitación son de gran interés para aplicaciones en productos biotecnológicos dónde un alto gasto energético y uso de oxígeno puro no es rentable

ABSTRACT The methylotrophic yeast Pichia pastoris is one of most widely used biological systems to produce recombinant proteins, due to his capacity to synthesize functionally full folded proteins. Nevertheless, bioprocesses developed for P. pastoris have important issues to be scale-up to large-scale units; the most important are the high oxygen demand and large energy requirements for agitation in stirred tank bioreactors. In this work was analyzed the production of recombinant dextranase in 2 L cultures by using operating conditions attained in large scale bioreactors. Cultures were developed under oxygen and methanol limited conditions; achieving a maximum recombinant dextranase production of 97.34 ± 0.52 U/mL. The productivity of the bioprocesses at 2 L was reduced in two-thirds with respect to previously published results obtained with the same recombinant MutS strain. However, the production and productivity were 1.2 times higher than those results obtained with a recombinant Mut+ strain. It was made a scale-up process to 10 and 30 L bioprocesses by keeping constant a kLa of 154 h-1 and by using a constant methanol feed. It was possible to keep constant a specific growth rate of 0.01 h-1; however, dextranase production felled down around 35% after scale-up process. The reduction in dextranase production was attributed to inhibition phenomena due to methanol accumulation in the media culture. In this line, P. pastoris (MutS) bioprocesses under oxygen limited conditions also require methanol limited conditions. Bioprocesses with minimal oxygen and agitation requirement are of high interest to be applied in biotechnological products where high energetic spend and pure oxygen supply is not economically feasible at large scale operations.