Document

Physiological adaptation and biotechnological application of microorganisms isolated from hypersaline microbial mats

Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2019
Language
English
Subject
English abstract
Microbial mats are complex assemblages of different groups of microorganisms that can be found in several extreme environments including hypersaline areas around the world. However, the occurrence and evaluation of hypersaline microbial mats for biotechnological applications in Oman has not been much explored. Hypersaline mats exposed to extreme salinities reaching up to 35% were obtained from Shannah, Oman. Using cultivation methods, a total of 13 bacterial isolates were obtained and identified as species belonging to Bacillus and Halomonas genera using 16S rRNA sequencing. Upon testing for their physiological adaptation to different salinities, temperatures and UV intensities, most of the isolates were halotolerant, mesophilic and UV-resistant. Five out of the 13 isolates identified as Halomonas meridiana and Bacillus haynesii showed not only good antibacterial activity against Pseudomonas aeruginosa, Lysinibacillus tabacifolii, Vibrio gazogenes but also antifungal activity against Fusarium sp. A high content of total antioxidants was detected among many of the isolates. Two strains belonging to Bacillus subtilis and two belonging to Bacillus vallismortis were found to be capable of secreting high amount of amylase enzyme. Crude amylase enzymes obtained from these strains were found to be alkaliphilic, active at temperature range of 40-60 °C and could tolerate high concentrations of NaCl although inhibited by 10mM of different metallic ions. Stability of enzyme was high for the first 20 minutes of reaction in all four strains with maximum activity at optimal temperature and pH ranging from 112.96-132.40 U/ml. Application of crude amylases from the two Bacillus subtillis isolates to hydrolyze bread, sweet potato and rice wastes provided an average yield of 9.50 g/L of fermentable sugars from 2.1% raw material (45% efficiency from total raw material biomass). Using Saccharomyces cerevisiae, the highest amount of bioethanol after two days, amounting to 710.38 (mg/g of sugar) was detected when rice was used as raw material. On the other hand, characterization of the cyanobacteria isolated from our hypersaline mats revealed the presence of a considerable amount of carbohydrates and lipids, highlighting their potential as promising candidates for bioethanol or biodiesel production in future research. Hence, microbial mats developed from hypersaline regions of Oman present a valuable source of microorganisms that have proved to be of immense potential for several biotechnological applications such as antimicrobial compounds, antioxidants and enzyme production and biofuel generation in future.
Arabic abstract
التجمعات البكتيرية عبارة عن تكوينات معقدة من الكائنات الدقيقة التي غالبا ما تتواجد في بيئات قاسية بما في ذلك المناطق شديدة الملوحة حول العالم. حتى الآن لم يتم تقييم تنوع هذه التجمعات البكتيرية التي تعيش في المناطق مقرطة الملوحة من أجل تسخيرها لتطبيقات التقنية الحيوية في سلطنة عمان. في هذا المشروع تم عزل 13 نوع من البكتيريا من منطقة شنة بسلطنة عمان باستخدام العزل البكتيري وتم تحديد أنواعها باستخدام تقنية تسلسل الحمض النووي على نحو دقيق, معظم البكتيريا المعزولة تنتمي إلى فئة Bacillus و Halamonas وتم تقييم نموها تحت ظروف مختلفة من الملوحة ودرجة الحرارة وكمية الإشعاعات الفوق بنفسجية. وتشير النتائج إلى انقسامها لتلاتة أنواع رئيسية؛
halotolerant , mesophilic and UV tolerant. الجدير بالذكر أن خمسة أصناف من مجموع تلاتة عشر نوع تم تعريفه على أنها Halamonas meridiana and Bacillus haynesii تملك قدرة على مقاومة نشاط بعض البكتيريا المعدية مثل ,Pseudomonas aeruginosa ,and vibrio gazogenes . lysinibacillus tabacifoliy و لم تقتصر على ذلك ، بل كشفت أيضا قدرتها على مقاومة النشاط القطري مقابل .Fusariumn sp يضاف الى ذلك وجود كميات هائلة من مضادات الأكسدة بين العديد من البكتيريا المعزولة. و يشار بأن عدد اثنين من العينات ينتمي إلى مجموعة Bacillus subtilis، و عدد اتنين آخرين من العينات ينتمي إلى Bacillus vallismortis و هذه العينات أثبتت قابليتها لإفراز إنزيم الأميليز. بعد دراسة إنزيمات الأميليز تبين أن النشاط الأمثل في الوسط القاعدي وفي نطاق درجة حرارة 40-60 درجة مئوية ويمكن أن تتكيف في تركيزات عالية من الملوحة ولكن نشاطها يقل بوجود الأيونات المعنية بالاشارة الى التطبيقات الحيوية المحتملة كان نشاط الإنزيم يتراوح بين 112.96132 . 40 . U / ml في الظروف المتلی. تم استعمال الأميليز المعزول من نوعين من البكتيريا لتحليل نفايات الخبز، الأرز، والبطاطا الحلوة لإنتاج السكريات القايلة للتخمير التي بلغ متوسط مقدارها 9. 50 غرام /لتر. تم تخمير السكريات الناتجة باستخدام Saccharomyces cerevisiae الإنتاج الإيثانول الحيوي. تم الحصول عن أعلى كمية من الإيثانول الحيوي بعد يومين، تصل إلى 710 . 38 ملغ / غرام من السكر عندما تم استخدام الأرز كمادة خام. في المحصلة، التجمعات البكتيرية الذي تم دراستها من المناطق مفرطة الملوحة في عمان تمثل مصدرأ قيمة للكائنات الدقيقة التي أثبتت أنها ذات إمكانات هائلة للعديد من تطبيقات التقنية الحيوية مثل المركبات المضادة للميكروبات ومضادات الأكسدة والأنزيمات الإنتاج وتوليد الوقود الحيوي في المستقيل.
Category
Theses and Dissertations

Same Subject

Theses and Dissertations
0
0
Al-Rawahiyah, Samira Abdulla.
Sultan Qaboos University
2008
Theses and Dissertations
0
0
Al-Qasmiyah, Fatma Said.
Sultan Qaboos University
2011
Theses and Dissertations
0
0
Al-Hajriyah, Munira Hilal
Sultan Qaboos University
2009
Theses and Dissertations
0
0
Al-Shihiyah, Muneera Mohammed Ahmed
Sultan Qaboos University
2012
Theses and Dissertations
0
0
Al-Balushiyah, Muna Mohammed Ali
Sultan Qaboos University
2018