Escalamiento para la producción de un biopesticida a partir de B. thuringiensis subsp. israelensis en biorreactores de 20 y 200 Litros

Resumen

Bacillus thuringiensis es una bacteria gram positiva esporulada que en fase estacionaria expresa algunas endotoxinas, contra un amplio espectro de larvas de insectos. Para desarrollar un biopesticida con base en B. thuringiensis que sea competitivo localmente es necesario generar la tecnología necesaria para su producción masiva, por esta razón el objetivo del trabajo fue escalar el proceso para la producción de B. thuringiensis basándose en el coeficiente volumétrico de transferencia de oxígeno corregido por presión (KLap) partiendo de un biorreactor de 20 litros hasta llegar a un biorreactor de 200 litros.

Para llevar a cabo este objetivo se realizó en primer lugar una evaluación del KLa a diferentes velocidades de agitación y flujos de aire por el método dinámico con el fin de obtener un modelo matemático que relacionara las variables anteriores. Se realizaron diferentes fermentaciones en un biorreactor de 20 litros con 11 litros de medio de cultivo utilizando B. thuringiensis subesp. israelensis. La velocidad de agitación y el flujo de aire se fijaron con base en un diseño factorial 22 con punto central realizando una repetición por cada punto del diseño, a continuación se realizaron dos fermentaciones adicionales por fuera del diseño para corroborar los resultados. Las fermentaciones de mayor escala se realizaron en un biorreactor de 200 litros con 110 litros de medio de cultivo, la velocidad de agitación y el flujo de aire se fijaron con base en los resultados obtenidos en las fermentaciones de 11 litros en condiciones de baja, media y alta transferencia de oxígeno. Las variables que se cuantificaron para determinar la respuesta fisiológica del microorganismo fueron la concentración de biomasa, esporas y la toxicidad contra larvas de tercer estadio de Aedes aegypti.

Se encontró una relación de aumento lineal entre la velocidad específica de crecimiento y el KLap tanto en las fermentaciones de 11 como en las de 110 litros, llegando a valores de 0.65 h-1en KLap de 135 atm*h-1. Se halló también una relación hiperbólica entre la concentración de biomasa y el KLap, el valor máximo de biomasa fue 4.75 gr*l-1 en 125 atm*h-1. No se logró detectar un efecto del KLap sobre la concentración de esporas, debido a la variabilidad de los resultados obtenidos. El tiempo total del proceso presentó una disminución lineal al aumentar el KLap en ambas escalas. La toxicidad del ingrediente activo presentó una disminución exponencial por debajo de 40 atm*h-1. Todos los resultados sugieren un KLap de 125 atm*h-1 para producción industrial de B. thuringiensis subesp. israelensis debido que en este punto se alcanzó la máxima biomasa y la concentración de esporas, tiempo total del proceso y toxicidad se mantuvieron en valores aceptables.