Enhanced Production of Podophyllotoxin by Fed-batch Cultivation of Podophyllum hexandrum

Authors


Abstract

Podophyllum hexandrum (Indian May Apple) was successfully cultivated in a 3 L stirred tank bioreactor under low shear conditions in batch and fed-batch modes of operation. A statistically optimized culture medium was used for the batch cultivation of Podophyllum hexandrum. Under optimum culture conditions of P. hexandrum, the batch culture showed a growth-associated product formation with a maximum biomass of 21.4 g/L dry cell weight (DCW) basis and a podophyllotoxin production of 13.8 mg/L in 26 d. A mathematical model was developed to design the nutrient feeding strategies for a fed-batch cultivation to prolong the productive log phase of cultivation. The fed-batch cultivation was able to enhance the biomass and podophyllotoxin accumulation to 48 g/L (DCW basis) and 43.2 mg/L, respectively, in 60 d. The volumetric productivity of podophyllotoxin in fed-batch cultivation was found to be 0.72 mg/(L. d) as opposed to 0.53 mg/(L. d) in batch cultivation under optimized culture conditions.

Abstract

Podophyllum hexandrum (« Indian May Apple ») a été cultivé avec succès dans un bioréacteur agité de 3 L dans des conditions de faible cisaillement en mode de fonctionnement discontinu et semi-discontinu. On a utilisé un milieu de culture optimisé statistiquement pour la culture discontinue de Podophyllum hexandrum. Dans des conditions de culture optimales de P. hexandrum, la culture discontinue montre une formation de produit associée à la croissance avec une biomasse maximale sur la base de la masse sèche des cellules (DCW) de 21,4 g/L et une production de podophyllotoxine de 13,8 mg/L en 26 jours. On a mis au point un modèle mathématique qui à concevoir les stratégies d'alimentation des nutriments pour une culture semi-discontinue pour prolonger la phase productive de la culture. La culture semi-discontinue est capable d'améliorer l'accumulation de podophyllotoxine à 48 g/L (base DCW) et à 43,2 mg/L, respectivement, en 60 jours. La productivité volumétrique de podophyllotoxine dans la culture à alimentation discontinue s'avère de 0,72 mg/(L.j) comparativement à 0,53 mg/(L.j) dans la culture discontinue dans des conditions de culture optimales.

Ancillary