Desarrollo de prototipo funcional de un biorreactor para la automatización de cultivo de Escherichia coli recombinante para la producción de Taq polimerasa
Este proyecto de grado presenta el desarrollo de un prototipo funcional de biorreactor para automatizar el cultivo de Escherichia coli recombinante para la producción de Taq polimerasa en el Laboratorio de Virología de la Universidad El Bosque. Lo anterior por medio del control de temperatura, agita...
- Autores:
-
Diaz Casas, Valentina
Rodriguez Duarte, Salomon
- Tipo de recurso:
- https://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
- Fecha de publicación:
- 2025
- Institución:
- Universidad El Bosque
- Repositorio:
- Repositorio U. El Bosque
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.unbosque.edu.co:20.500.12495/14559
- Palabra clave:
- Biorreactor
Cultivo bacteriano
Escherichia Coli
Proteína recombinante
Taq polimerasa
610.28
Bioreactor
Bacterial culture
Escherichia Coli
Recombinant protein
Taq polymerase
- Rights
- License
- Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International
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Este proyecto de grado presenta el desarrollo de un prototipo funcional de biorreactor para automatizar el cultivo de Escherichia coli recombinante para la producción de Taq polimerasa en el Laboratorio de Virología de la Universidad El Bosque. Lo anterior por medio del control de temperatura, agitación e inducción de IPTG y el monitoreo de pH, temperatura y densidad óptica. Que son variables de importancia para el crecimiento de la bacteria. Para lograrlo, se siguió la metodología CDIO para el desarrollo ingenieril del prototipo, empezando por la conceptualización de las variables importantes para el crecimiento bacteriano, mediante búsqueda bibliográfica y el desarrollo del procedimiento con el método tradicional a escala de matraz y agitación en shaker. Asimismo, se realizó el diseño del biorreactor teniendo en cuenta las condiciones previamente establecidas y un proceso de selección de componentes que se adaptaran a los requerimientos del Laboratorio. Teniendo en cuenta lo anterior, se realizó la prueba y calibración de los componentes de forma unitaria con respecto a los dispositivos de marca comercial disponibles en los Laboratorios de la Universidad El Bosque. Una vez se tenía certeza de su funcionamiento, se realizaron pruebas por subsistemas y sistemas que permitieron la integración del prototipo. Este se alimenta a 110 V de corriente alterna y tiene un consumo máximo de 5 A para energizar todos los sensores y actuadores propuestos. Se construyó un prototipo de biorreactor de 23 x 17,3 cm con un volumen efectivo de trabajo de 500 mL que permite sensar y controlar la temperatura asegurando que el cultivo se encuentre en todo momento a 37°C ± 1°C. Cuenta también con un sistema de agitación constante de 180 rpm que permite la distribución homogénea de nutrientes y oxígeno en el cultivo. Asimismo, dispone de un sensor de densidad óptica, a través del cual se monitorea el crecimiento y controla la adición del IPTG para la inducción de la proteína. Además cuenta con un sensor de pH, que permite al investigador monitorear cambios durante el cultivo. Finalmente, se desarrollaron 2 ensayos de cultivo de Escherichia coli recombinante en los que se realizó la comparación de los resultados obtenidos realizando el cultivo en el prototipo de biorreactor y el método tradicional. A partir de ello, se realizó la lisis celular obteniendo los extractos de Taq polimerasa que fueron evaluados mediante SDS-PAGE en la que se obtuvo una banda de 94 kDa correspondiente al peso molecular de la Taq polimerasa indicando así su presencia en los extractos obtenidos. Además se realizó una prueba de actividad enzimática en la que a través de una PCR se amplificó una plantilla de Adenovirus obteniendo un resultado positivo, comprobando así la funcionalidad del producto obtenido. Finalmente, por medio de la técnica de Ácido bicinconínico se determinó la concentración proteica de los extractos obtenidos. De este modo, se contó con una concentración promedio de 0,979 mg/mL en los ensayos realizados en el biorreactor y una concentración de 1,028 mg/mL para los extractos obtenidos por el método convencional. Lo anterior se traduce en un total de aproximadamente 98 mg de extracto de Taq polimerasa a partir de los ensayos realizados en el prototipo funcional. |
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Calvo Tapiero, ElianaCarrillo Castellanos, Juan JoseDiaz Casas, ValentinaRodriguez Duarte, Salomon2025-06-05T14:17:58Z2025-06-05T14:17:58Z2025-05https://hdl.handle.net/20.500.12495/14559instname:Universidad El Bosquereponame:Repositorio Institucional Universidad El Bosquehttps://repositorio.unbosque.edu.coEste proyecto de grado presenta el desarrollo de un prototipo funcional de biorreactor para automatizar el cultivo de Escherichia coli recombinante para la producción de Taq polimerasa en el Laboratorio de Virología de la Universidad El Bosque. Lo anterior por medio del control de temperatura, agitación e inducción de IPTG y el monitoreo de pH, temperatura y densidad óptica. Que son variables de importancia para el crecimiento de la bacteria. Para lograrlo, se siguió la metodología CDIO para el desarrollo ingenieril del prototipo, empezando por la conceptualización de las variables importantes para el crecimiento bacteriano, mediante búsqueda bibliográfica y el desarrollo del procedimiento con el método tradicional a escala de matraz y agitación en shaker. Asimismo, se realizó el diseño del biorreactor teniendo en cuenta las condiciones previamente establecidas y un proceso de selección de componentes que se adaptaran a los requerimientos del Laboratorio. Teniendo en cuenta lo anterior, se realizó la prueba y calibración de los componentes de forma unitaria con respecto a los dispositivos de marca comercial disponibles en los Laboratorios de la Universidad El Bosque. Una vez se tenía certeza de su funcionamiento, se realizaron pruebas por subsistemas y sistemas que permitieron la integración del prototipo. Este se alimenta a 110 V de corriente alterna y tiene un consumo máximo de 5 A para energizar todos los sensores y actuadores propuestos. Se construyó un prototipo de biorreactor de 23 x 17,3 cm con un volumen efectivo de trabajo de 500 mL que permite sensar y controlar la temperatura asegurando que el cultivo se encuentre en todo momento a 37°C ± 1°C. Cuenta también con un sistema de agitación constante de 180 rpm que permite la distribución homogénea de nutrientes y oxígeno en el cultivo. Asimismo, dispone de un sensor de densidad óptica, a través del cual se monitorea el crecimiento y controla la adición del IPTG para la inducción de la proteína. Además cuenta con un sensor de pH, que permite al investigador monitorear cambios durante el cultivo. Finalmente, se desarrollaron 2 ensayos de cultivo de Escherichia coli recombinante en los que se realizó la comparación de los resultados obtenidos realizando el cultivo en el prototipo de biorreactor y el método tradicional. A partir de ello, se realizó la lisis celular obteniendo los extractos de Taq polimerasa que fueron evaluados mediante SDS-PAGE en la que se obtuvo una banda de 94 kDa correspondiente al peso molecular de la Taq polimerasa indicando así su presencia en los extractos obtenidos. Además se realizó una prueba de actividad enzimática en la que a través de una PCR se amplificó una plantilla de Adenovirus obteniendo un resultado positivo, comprobando así la funcionalidad del producto obtenido. Finalmente, por medio de la técnica de Ácido bicinconínico se determinó la concentración proteica de los extractos obtenidos. De este modo, se contó con una concentración promedio de 0,979 mg/mL en los ensayos realizados en el biorreactor y una concentración de 1,028 mg/mL para los extractos obtenidos por el método convencional. Lo anterior se traduce en un total de aproximadamente 98 mg de extracto de Taq polimerasa a partir de los ensayos realizados en el prototipo funcional.BioingenieroPregradoThis thesis presents the development of a functional bioreactor prototype to automate the cultivation of recombinant Escherichia coli for the production of Taq polymerase in the Virology Laboratory at El Bosque University. This was achieved through temperature control, agitation, and IPTG induction, as well as monitoring of pH, temperature, and optical density, which are important variables for bacterial growth. To achieve this, the CDIO methodology was followed for the engineering development of the prototype, beginning with the conceptualization of the important variables for bacterial growth through a literature search and the development of the procedure using the traditional flask-scale method and shaker agitation. The bioreactor was also designed taking into account previously established conditions and a component selection process that would adapt to the laboratory's requirements. With this in mind, the components were tested and calibrated individually against the commercially available devices at the El Bosque University Laboratories. Once its operation was confirmed, subsystem and system tests were conducted to enable the prototype's integration. It is powered by 110 V AC and has a maximum current consumption of 5 A to energize all the proposed sensors and actuators. A 23 x 17.3 cm bioreactor prototype was built with an effective working volume of 500 mL, which allows temperature sensing and control, ensuring the culture is kept at 37°C±1°C at all times. It also features a constant stirring system at 180 rpm, allowing for the even distribution of nutrients and oxygen in the culture. It also has an optical density sensor, which monitors growth and controls the addition of IPTG for protein induction. It also has a pH sensor, which allows the researcher to monitor changes during the culture. Finally, two recombinant Escherichia coli culture assays were developed, comparing the results obtained from cultivation in the prototype bioreactor with those obtained using the traditional method. Cell lysis was then performed, yielding Taq polymerase extracts that were evaluated by SDS-PAGE, which yielded a 94 kDa band corresponding to the molecular weight of Taq polymerase, indicating its presence in the extracts obtained. An enzymatic activity test was also performed, in which an adenovirus template was amplified using PCR, yielding a positive result, thus confirming the functionality of the obtained product. Finally, the protein concentration of the extracts obtained was determined using the bicinchoninic acid technique. Thus, an average concentration of 0,979 mg/mL was obtained in the assays performed in the bioreactor and a concentration of 1,028 mg/mL for the extracts obtained using the conventional method. This translates to a total of approximately 98 mg of Taq polymerase extract from the tests performed on the functional prototype.application/pdfAttribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/Acceso abiertohttps://purl.org/coar/access_right/c_abf2http://purl.org/coar/access_right/c_abf2BiorreactorCultivo bacterianoEscherichia ColiProteína recombinanteTaq polimerasa610.28BioreactorBacterial cultureEscherichia ColiRecombinant proteinTaq polymeraseDesarrollo de prototipo funcional de un biorreactor para la automatización de cultivo de Escherichia coli recombinante para la producción de Taq polimerasaDevelopment of a functional prototype of a bioreactor for the automation of recombinant Escherichia coli cultivation for the production of Taq polymeraseBioingenieríaUniversidad El BosqueFacultad de IngenieríaTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradohttps://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttps://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Agitadores de propela ¿Qué propela necesitas? 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