بررسی سازوکار اثر منبع نیتروژن موجود در محیط کشت روی pH محیط و تولید پلی گاماگلوتامات توسط فلاووباکتریوم

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، پژوهشکده علوم و فناوری زیستی، گروه مهندسی شیمی

2 تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران شمال، باشگاه پژوهشگران جوان

چکیده

پلی گاماگلوتامات، زیست پلیمر پلی آمیدی متشکل از واحدهای گلوتامیک اسید است که به علت خاصیت زیست‌تخریب‌پذیری و غیر سمی بودن به‌عنوان یک ترکیب زیستی می‌تواند در بسیاری از زمینه‌ها همچون پزشکی و دارورسانی، غذایی، هیدروژل‌ها، لخته سازهای زیستی، جاذب‌های رطوبت، تغلیظ کننده‌ها و پوشش‌های ضد خوردگی مورداستفاده قرار گیرد. به این ترتیب برای بهینه‌ سازی تولید آن، در این پژوهش ابتدا تأثیر غلظت منبع نیتروژن به‌عنوان یک منبع تغذیه‌ای مهم روی pH محیط و میزان رشد سلولی موردبررسی قرار گرفت و سپس چگونگی سازوکار تأثیرگذاری روی تولید پلی گاماگلوتامات از گونه‌ی فلاووباکتریوم بررسی شد، و سرانجام برای بهینه‌سازی منبع نیتروژن، پنج منبع نیتروژنی گوناگون (به روش آماری تک فاکتوریلی) ارزیابی و سدیم گلوتامات با بیش ‌ترین مقدار تولید (7/23 گرم بر لیتر)‌ و همچنین ارزان و در دسترس بودن به‌عنوان منبع نیتروژن انتخاب شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Pham T.H., Webb J.S., Rehm B.H., The Role of Polyhydroxyalkanoate Biosynthesis by Pseudomonas Aeruginosa in Rhamnolipid and Alginate Production as Well as Stress Tolerance and Biofilm Formation, Microbiology, 150: 3405-3413 (2004).

[2] Ryder C., Byrd M., Wozniak D.J., Role of Polysaccharides in Pseudomonas Aeruginosa Biofilm Development, Current Opinion in Microbiology, 10: 644-648 (2007).

[3] Alemzadeh I., The Study on Microbial Polymers: Pullulan and PHB, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 28(1): 13-21 (2009).

[4] Schneider J., Wendisch V.F., Biotechnological Production of Polyamines by Bacteria: Recent Achievements and Future Perspectives,  Applied Microbiology and Biotechnology, 91: 17-30 (2011).

[5]Adkins J., Pugh S., McKenna R., Nielsen D.R., Engineering Microbial Chemical Factories  to Produce Renewable Biomonomers, Frontiers in Microbiology, 3: 313-    (2012).

[6] Ashiuchi M., Yamamoto T., Kamei T., Pivotal Enzyme in Glutamate Metabolism of Poly-g-Glutamate-Producing Microbes, Life, 3: 181-188 (2013).

[7] Oppermann-Sanio F., Steinbüchel A., Occurrence, Functions and Biosynthesis of Polyamides in Microorganisms and Biotechnological Production, Naturwissenschaften, 89: 11-22 (2002).

[8] Joentgen W., Groth T., Steinbüchel A., Hai T., Oppermann F., Polyaspartic Acid Homopolymers and Copolymers: Biotechnical Production and Use Thereof, US 6180752 B1 (1998).

[9] Schwanborn M., Joentgen W., Chemical Synthesis of Polyaspartates. a Biodegradable Alternative to Currently Used Polycarboxylate Homo-and Copolymers, Chimica Oggi, 16: 36-40 (1998).

[10] Oppermann‐Sanio F.B., Steinbüchel A., Cyanophycin, Biopolymers Online, 10.1002/3527 (2003).

[11] Voss I., Diniz S.C., Aboulmagd E., Steinbüchel A., Identification of the Anabaena sp. Strain PCC7120 Cyanophycin Synthetase as Suitable Enzyme for Production of Cyanophycin in Gram-Negative Bacteria Like Pseudomonas p Utida and Ralstonia e Utropha, Biomacromolecules, 5: 1588-1595 (2004).

[12] Sun K., Kasperski A., Tian Y., Chen L., Modelling of the Corynebacterium Glutamicum Biosynthesis Under Aerobic Fermentation Conditions, Chemical Engineering Science, 66: 4101-4110 (2011).

[13] Zhang H., Zhu J., Zhu X., Cai J., Zhang A., Hong Y., Huang J., Huang L., Xu Z., High-level Exogenous Glutamic Acid-Independent Production of Poly-(γ-glutamic acid) with Organic Acid Addition in A New Isolated Bacillus Subtilis C10, Bioresource Technology, 116: 241-246 (2012).

[14] Ghafari M., Bahrami A., Rasooli I., Arabian D., Ghafari F., Bacterial Exopolymeric Inhibition of Carbon Steel Corrosion, International Biodeterioration & Biodegradation, 80: 29-33 (2013).

[15] Khani M., Bahrami A., Ghafari M.D., Optimization of Operating Parameters for Anti-Corrosive Biopolymer Production by Chryseobacterium Indologenes MUT. 2 Using Central Composite Design Methodology, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, (2015).

]16[ خوانچه زر سیروان, هاشمی نجف آبادی سمیره, محمدیان موسی آبادی جعفر, خلیل زاده رسول, اسفندیار سمانه، بهینه سازی شرایط کشت باکتری اشرشیا کولی برای اصلاح تولید قطعه C-D نوترکیب باکتریورودوپسین، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)32: 93 تا 101 (1392).

]17[ خواجوی رامین, مفتاحی امین, جهانگیریان اصفهانی ابراهیم, ستاری مرتضی، سنتز سلولز میکروبی از سویه بومی و بررسی شبکه نانو الیافی به دست آمده از ساکاریدهای گوناگون، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4 _ 3) 31 : 79 تا 93 (1391).

[18] Osman M., Eid M., Khattab O., Abd-El All S., El-Hallouty S., Mahmoud D., Optimization and Spectroscopic Characterization of the Biosynthesized Silver/Chitosan Nanocomposite from Aspergillus deflectus and Penicillium Pinophilum, Journal of Chemical, Biological and Physical Sciences (JCBPS), 5: 2643-2655 (2015).

[19] Li X., Gou X., Long D., Ji Z., Hu L., Xu D., Liu J., Chen Sh., Physiological and Metabolic Analysis of Nitrate Reduction on Poly-Gamma-Glutamic Acid Synthesis in Bacillus Licheniformis WX-02, Archives of microbiology, 196: 791-799 (2014).

[20] Mohajer D., Tayebee R., Influence of Nitrogen Bases on Epoxidation of Cyclooctene with Sodium Periodate Catalysed by Manganese (III) Porphyrins, Iran. J. Chem. Chem Eng. (IJCCE), 18(1): 27-29 (1999).

[21] Kumar R., Vikramachakravarthi D., Pal P., Production and Purification of Glutamic Acid: A Critical Review Towards Process Intensification, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 81: 59-71 (2014).

[22] Hosseini S.A., Yaghmaei S., Mousavi S.M., Jadidi A.R., Biodesulfurization of Dibenzothiophene by a Newly Isolated Thermophilic Bacteria Strain, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 25(3): 67-71 (2006).

[23] Kamali M., Ghorashi S.A.A., Asadollahi M.A., Controllable Synthesis of Silver Nanoparticles Using Citrate as Complexing Agent: Characterization of Nanopartciles and Effect of pH on Size and Crystallinity, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 31(4): 21-29 (2012).

[24] Cromwick A.M., Birrer G.A., Gross R.A., Effects of pH and Aeration on γ‐poly (Glutamic Acid) Formation by Bacillus Licheniformis in Controlled Batch Fermentor Cultures, Biotechnology and Bioengineering, 50: 222-227 (1996).

[25] Wu Q., Xu H., Ying H., Ouyang P., Kinetic Analysis and pH-Shift Control Strategy for Poly (γ-glutamic acid) Production with Bacillus Subtilis CGMCC 0833, Biochemical Engineering Journal, 50: 24-28 (2010).

[26] Shoja A.S., Khalilzadeh R., Sanaei H.R., "Optimizing of SCP Production from Sugar Beet Stillage Using Isolated Yeast," (1998).

[27] Mitsunaga H., Meissner L., Palmen T., Bamba T., Büchs J., Fukusaki E., Metabolome Analysis Reveals the Effect of Carbon Catabolite Control on the Poly (γ-glutamic acid) Biosynthesis of Bacillus Licheniformis ATCC 9945, Journal of Bioscience and Bioengineering, 121(4):  413-419 (2016).

[28] Zhang D., Xu Z., Xu H., Feng X., Li S., Cai H., Wei Y., Ouyang P., Improvement of Poly (γ-glutamic acid) Biosynthesis and Quantitative Metabolic Flux Analysis of a Two-Stage Strategy for Agitation Speed Control in the Culture of Bacillus Subtilis NX-2, Biotechnology and Bioprocess Engineering, 16: 1144-1151 (2011).

[29] Shi F., Xu Z., Cen P., Optimization of γ-Polyglutamic Acid Production by Bacillus Subtilis ZJU-7 Using a Surface-Response Methodology, Biotechnology and Bioprocess Engineering, 11: 251-257 (2006).

[30] Ye-wei Z., Xue-tuan W., Zhong-bo H., Ming-fang L., Lin X., Hui-zhou L., Optimization of γ-Polyglutamic Acid Production by Bacillus licheniformis P-104, The Chinese Journal of Process Engineering, 2: 020 (2012).

[31] Yokoi H., Natsuda O., Hirose J., Hayashi S., Takasaki Y., Characteristics of a Biopolymer Flocculant Produced by Bacillus sp. PY-90, Journal of Fermentation and Bioengineering, 79: 378-380 (1995).

[32] Yan S., Yao H., Chen Z., Zeng S., Xi X., Wang Y., He N., Li Q., Poly‐γ‐glutamic Acid Produced from Bacillus licheniformis CGMCC 2876 as a Potential Substitute for Polyacrylamide in the Sugarcane Industry, Biotechnology Progress, (2015).

[33] Gao C., Wang Z., Su T., Zhang J., Yang X., Optimisation of Exopolysaccharide Production by Gomphidius Rutilus and Its Antioxidant Activities in Vitro, Carbohydrate Polymers, 87:2299-2305 (2012).

[34] Liu W., Wang K., Li B., Yuan H., Yang J., Production and Characterization of an Intracellular Bioflocculant by Chryseobacterium daeguense W6 Cultured in Low Nutrition Medium, Bioresource technology, 101: 1044-1048 (2010).