La producción de lacasas por hongos basidiomicetos en cultivos sumergidos, en estado sólido o en sistemas inmovilizados ha sido estudiada previamente. De manera general, se ha aceptado que el estrés hidrodinámico es responsable de la baja producción de lacasas por hongos basidiomicetos cultivados en biorreactores agitados mecánicamente. Sin embargo, los resultados reportados en la bibliografía parecen ser contradictorios ya existen reportes donde se concluye que la agitación afecta negativamente la producción de lacasas, otros donde no se encuentra efecto alguno y algunos en donde se reporta que existen niveles óptimos de agitación donde por abajo o por arriba de éstos la producción de lacasas decrece._x000D_ _x000D_ El cultivo de hongos en biorreactores agitados mecánicamente es un proceso complejo. A diferencia de otras formas de crecimiento unicelulares (i.e. bacilococos, levaduras), la agitación no sólo determina el mezclado y la transferencia de oxígeno dentro del biorreactor sino que tiene una marcada influencia en la morfología miceliar y, ésta a su vez, en el crecimiento y la productividad de los cultivos. En cultivo sumergido, a nivel macroscópico, los hongos desarrollan dos tipos de morfología extrema: pellets o agregados de hifas compactos semiesféricos (en donde las limitaciones difusionales hacia el centro del pellet representan la restricción principal de crecimiento) y aquella filamentosa o de micelio disperso que, al incrementarse la concentración de biomasa, convierten a los caldos de fermentación en fluidos viscosos generalmente pseudoplásticos. Los cultivos de hongos basidiomicetos generalmente desarrollan una morfología tipo pellets por lo que la productividad de estos cultivos puede verse afectada por problema de limitaciones nutricionales o de oxígeno intra particular._x000D_ _x000D_ Dada la marcada interdependencia entre morfología-fisiología-productividad, y la notoria influencia del estrés hidrodinámico sobre la primera, diferentes grupos han empleado a la relación entre la energía disipada en el caldo y el tiempo de circulación del caldo de fementación (EDCF; “energy dissipation/circulation” function por sus siglas en ingles) para relacionar otros parámetros biológicos, además de la morfología miceliar, con las condiciones operacionales de un biorreactor. _x000D_ _x000D_ Por otra parte, no existen estudios que permitan evaluar de manera independiente la influencia de la agitación de los efectos de la concentración de oxígeno disuelto para lograr un mayor entendimiento sobre los efectos del estrés hidrodinámico sobre el crecimiento y la producción de lacasas por hongos superiores._x000D_ _x000D_ Este proyecto propone evaluar de manera independiente los efectos hidrodinámicos (EDCF) y la concentración de oxígeno disuelto sobre el crecimiento, la morfología, la transcripción génica y la producción de lacasas por Pleurotus ostreatus CP50._x000D_

Diversos reportes han propuesto que la morfología miceliar influye de manera importante sobre la producción de un metabolito dado (Paul y Thomas, 1996; Johansen y col. 1998; Papagianni, 2004). En cultivo sumergido, a nivel macroscópico, los hongos desarrollan dos tipos de morfología extrema: pellets o agregados de hifas compactos semiesféricos (en donde las limitaciones difusionales hacia el centro del pellet representan la restricción principal de crecimiento) y aquella filamentosa o de micelio disperso que, al incrementarse la concentración de biomasa, convierten a los caldos de fermentación en fluidos viscosos generalmente psudoplásticos. Los cultivos de hongos basidiomicetos generalmente desarrollan una morfología tipo pellets por lo que la productividad de estos cultivos puede verse afectada por problema de limitaciones nutricionales o de oxígeno intra particular. Particularmente, se ha sugerido que los pellets favorecen la producción de metabolitos asociados al crecimiento, mientras que el crecimiento filamentoso favorece la biosíntesis de metabolitos secundarios (Paul y Thomas, 1996). En este sentido, el crecimiento filamentoso ha sido reportado como favorable para la producción de diversos antibióticos (penicilina), enzimas (pectinasa), entre otros (Makagiansar y col. 1993; Papagianni, 2004). Sin embargo, la diferenciación y el estado fisiológico de las células que llevan a cabo la síntesis de tales metabolitos aún no ha sido bien comprendida._x000D_ _x000D_ Dado que la morfología de los microorganismos filamentosos es el resultado final del equilibrio entre las fuerzas de cohesión y deformación (Braun y Vecht-Lifshitz, 1991), sus características (longitud ó diámetro promedio, área proyectada, consistencia, circularidad), y en cierto grado la productividad, pueden ser modificadas en función de las condiciones hidrodinámicas aplicadas. Para el caso específico de los tanques agitados mecánicamente, la velocidad de agitación, la geometría de los impulsores y su número determinarán, en gran medida, las condiciones hidrodinámicas y los esfuerzos mecánicos en el biorreactor (Jüsten y col. 1996; Rocha Valadez y col. 2005), influyendo notablemente sobre los bioprocesos miceliares._x000D_ _x000D_ De acuerdo a lo anterior, y para cada caso particular, parece existir una correlación entre la morfología desarrollada y la producción de un metabolito dado. En este sentido, y dado que las características morfológicas dependen en gran medida de las condiciones hidrodinámicas presentes, el estudio del efecto del estrés hidrodinámico es de gran importancia._x000D_ _x000D_ Dada la marcada interdependencia entre morfología-fisiología-productividad, y la notoria influencia del estrés hidrodinámico sobre la primera, diferentes grupos han empleado a la relación entre la energía disipada en el caldo y el tiempo de circulación del caldo de fementación (EDCF; “energy dissipation/circulation” function por sus siglas en inglés) para relacionar otros parámetros biológicos, además de la morfología miceliar, con las condiciones operacionales de un biorreactor. La velocidad de disipación de energía (EDCF) esta dada por:_x000D_ _x000D_ EDCF = (P/K D^3) * 1/tc _x000D_ _x000D_ donde P/(k·D^3) es la energía específica de disipación en la zona de barrido del impulsor [kW/m3], P es la potencia suministrada [kW], D es el diámetro del impulsor [m], k es una constante que depende de la geometría del impulsor [adimensional] y 1/tc es la frecuencia de circulación del microorganismo por la zona del impulsor [s-1], definida como:_x000D_ _x000D_ 1/tc = (FlG * N * D^3)/VL _x000D_ _x000D_ donde FlG es el número de flujo gaseado [adimensional], N es la velocidad de agitación [s-1] y VL es el volumen del líquido [m3]. Por lo tanto, el parámetro EDCF permitirá cuantificar la energía entregada al fluido en la zona de los impulsores en un tiempo dado. La estrecha correlación observada entre el tamaño miceliar y la EDCF sugiere que, efectivamente, la fragmentación de las hifas no sólo depende de la energía suministrada, sino también de la frecuencia a la que el micelio esta expuesto a un alto nivel de estrés mecánico._x000D_ _x000D_ En cultivos de P. chrysogenum, Smith y col. (1990) demostraron que la velocidad de producción de penicilina fue función de la EDCF, independientemente de la escala de trabajo utilizada (10 y 100 L), mientras que ésta dependió del volumen de trabajo al utilizar como parámetro la P/V. Resultados similares fueron reportados por Makagiansar y col. (1993) en cultivos de P. chrysogenum donde la longitud promedio de las hifas y la productividad específica de penicilina –producida en biorreactores de 5, 100 y 1000 L- fueron función de la EDCF. Por su parte, Jüsten y col. (1998) observaron que, además del área proyectada promedio, la velocidad específica de crecimiento y la productividad específica de penicilina fueron función de la EDCF en cultivos de P. chrysogenum desarrollados a diferentes velocidades de agitación y con tres geometrías de impulsores (paletas planas, turbinas Rushton y paletas inclinadas). No obstante, el uso de la EDCF para correlacionar la productividad con las condiciones hidrodinámicas es limitado, tal y como lo demostraron Amanullah y col. (2002) en cultivos continuos y alimentados de A. oryzae para la producción de proteínas recombinantes (alfa-amilasas y amiloglucosidasas). Así, y para cada caso particular, existirá una relación única y específica entre microorganismo y estrés hidrodinámico._x000D_ _x000D_ En nuestro grupo de investigación se ha estudiado el efecto de la EDCF sobre la morfología, el crecimiento y la producción de 6-pentil-alfa-pirona en cultivos de Trichoderma harzianum, bajo condiciones no limitantes de oxígeno disuelto. Este estudio se llevó a cabo en un bioreactor diseñado para controlar, de manera rigurosa e individual, la concentración de oxígeno disuelto y la energía suministrada, independientemente de los cambios reológicos y del consumo de oxígeno generado por el aumento gradual en la biomasa y de la morfología desarrollada durante los cultivos (Rocha Valadez y col. 2007a). Nuestros estudios demostraron que es posible controlar a través de la EDCF la velocidad de crecimiento y productividad del proceso (Rocha Valadez y col. 2005), así como la morfología de los agregados miceliares (Rocha Valadez y col. 2007b). _x000D_ _x000D_ El uso de la EDCF ha sido útil para establecer correlaciones entre la hidrodinámica y el crecimiento, la morfología y la productividad de cultivos de hongos inferiores. Sin embargo, no existen reportes a la fecha sobre el estudio independiente de los efectos hidrodinámicos y de oxígeno disuelto sobre la fisiología de hongos basidiomicetos cultivados en reactores agitados mecánicamente._x000D_ _x000D_ Este proyecto propone llevar a cabo el estudio de la influencia de la hidrodinámica (EDCF) y de la tensión de oxígeno disuelto sobre el crecimiento, la morfología, la transcripción génica y la producción de lacasas por Pleurotus ostreatus CP50._x000D_