Response surface methodology-artificial neural network based optimization and strain improvement of cellulase production by Streptomyces sp / Metodologia de superfície de resposta - otimização baseada em redes neurais artificiais e melhoria de estirpes na produção de celulases por Streptomyces sp

ABSTRACT

Thirty-seven different colonies were isolated from decomposing logs of textile industries. From among these, a thermotolerant, gram-positive, filamentous soil bacteria Streptomyces durhamensis vs15 was selected and screened for cellulase production. The strain showed clear zone formation on the CMC agar plate after Gram's iodine staining. Streptomyces durhamensis vs15 was further confirmed for cellulase production by estimating the reducing sugars through the dinitrosalicylic acid (DNS) method. The activity was enhanced by sequential mutagenesis using three mutagens of ultraviolet irradiation (UV), N methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine (NTG), and Ethyl methanesulfonate (EMS). After mutagenesis, the cellulase activity of GC23 (mutant) was improved to 1.86-fold compared to the wild strain (vs15). Optimal conditions for the production of cellulase by the GC 23 strain were evaluated using Response Surface Methodology (RSM) and Artificial Neural Network (ANN). The effects of pH, temperature, duration of incubation, and substrate concentration on cellulase production were evaluated. Optimal conditions for the production of cellulase enzyme using Carboxymethyl cellulose as a substrate are 55 ºC of temperature, pH of 5.0, and incubation for 40 h. The cellulase activity of the mutant Streptomyces durhamensis GC23 was further optimized to 2-fold of the activity of the wild type by RSM and ANN

RESUMO

Trinta e sete colônias diferentes foram isoladas de toras em decomposição das indústrias têxteis. Dentre estes, uma bactéria do solo filamentosa termotolerante, Gram-positiva, Streptomyces durhamensis vs15, foi selecionada e rastreada quanto à produção de celulase. A cepa mostrou uma formação de zona clara na placa de ágar CMC após a coloração com iodo Gram. Streptomyces durhamensis vs15 foi ainda confirmado para a produção de celulase, estimando os açúcares redutores pelo método do ácido dinitrosalicílico (DNS). A atividade foi aprimorada por mutagênese sequencial usando três mutagênicos de irradiação ultravioleta (UV), N metil-N'-nitro-N-nitrosoguanidina (NTG) e metanossulfonato de etil (EMS). Após a mutagênese, a atividade celulase do GC23 (mutante) foi melhorada para 1,86 vezes em comparação com a cepa selvagem (vs15). As condições ideais para a produção de celulase pela cepa GC 23 foram avaliadas usando a Metodologia de Superfície de Resposta (RSM) e a Rede Neural Artificial (RNA). Os efeitos do pH, temperatura, duração da incubação e concentração de substrato na produção de celulase foram avaliados. As condições ideais para a produção da enzima celulase usando Carboximetilcelulose como substrato são 55 ° C de temperatura, pH de 5,0 e incubação por 40 h. A atividade da celulase do mutante Streptomyces durhamensis GC23 foi ainda otimizada para 2 vezes a atividade do tipo selvagem por RSM e RNA.