پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق : آسپرژیلوس نایجر می‌تواند به عنوان کارخانه سلولی تولید کننده انواع اسیدهای آلی و آنزیم‌ها به کار گرفته شود که از مهم‌ترین این محصولات می‌توان به سیتریک اسید و اگزالیک اسید اشاره کرد. غلظت پایین قند در کشت این قارچ منجر به تولید اگزالیک اسید به عنوان محصول جانبی سیتریک اسید می‌شود. با توجه به این امر، بررسی سوخت و ساز سلولی و ارتباط آن با اجزای محیط کشت می‌تواند روشنگر دلیل این امر و یافتن راهی برای افزایش بازدهی تولید در این قارچ باشد.
روش تحقیق: پس از مطالعه همه‌جانبه سوخت و ساز سلولی مرکزی این قارچ، تمام مسیرهای منتهی به تولید سیتریک اسید و اگزالیک اسید و برهمکنش مواد درون سلولی و نقش تنظیمی آن‌ها بر یکدیگر مورد بررسی قرار گرفت تا بتوان مسیرهای مهم برای تنظیم درون سلولی برای این پژوهش و پژوهش‌های آتی را یافت. پس از آن مواد تنظیمی با روشی دقیق مبتنی بر تشابه آنزیمی از پایگاه داده برندا بدست آمد و در آزمایشگاه توسط محیط کشت‌های تنظیمی مورد بررسی روی کشت قارچ آسپرژیلوس نایجر قرار گرفت. این مهم با این هدف انجام شد تا بتوان در مقادیر کم قند 30 گرم بر لیتر گلوکز، شار را از اگزالات به سیترات منتقل و تولید اگزالیک اسید را کاهش و سیتریک اسید را افزایش داد.
نتایج اصلی: پس از بررسی مطالعات قبلی واکنش‌ها و ژن‌های کلیدی برای تحقیقات آتی معرفی شدند. بررسی اثرگذاری کوچک مولکول‌ها به عنوان مواد تنظیمی نه تنها اهمیت ترکیب مواد موجود در محیط کشت را برای ما روشن کرد بلکه با این روش توانستیم تا شار سوخت و سازی را از اگزالات به سمت سیترات هدایت کنیم. آمونیوم، لوسین، سیستئین، سدیم آزید، گلوتاتیون و متفورمین همگی در از بین بردن اگزالیک اسید مؤثر بودند. در این راستا، تولید اگزالیک اسید به مقدار 1868، 1530، 2093، 2250، 787 و 675 mg/L در مقایسه با محیط کشت شاهد که در آن 5560 mg/L اگزالیک تولید شده بود، مشاهد شد. علاوه بر این، حذف اگزالیک اسید در برخی موارد منجر به تولید اسیدهای بیشتری مانند کشت حاوی آمونیوم، سیستئین و متفورمین شد.

چکیده استفاده از ابزارهای مهندسی ژنتیک برای تولید سویه صنعتی خصوصا از میکروارگانیسم‌های کمتر شناخته شده همچون سیانوباکترها همواره با محدودیت‌هایی مواجه است. در این تحقیق، از یک روش سیستمی به کمک دانش بین رشته‌ای زیست‌شناسی سامانه‌ها برای طراحی محیط کشت بجای طراحی سویه استفاده شد و توانمندی آن در افزایش تولید اتانول توسط سیانوباکتر سینکوسیستیس sp. PCC 6803 مورد ارزیابی آزمایشگاهی قرار گرفت. در این روش، مواد با هدف تنظیم فعالیت آنزیم‌های هدف نه با هدف مصرف توسط سلول به محیط کشت افزوده می‌شوند و بنابراین محیط کشت طراحی شده، محدودیت‌های درون سلولی برای تولید محصول زیستی را برطرف می‌کند. یک مدل متابولیکی برای تعیین حداقل میزان ترشح اتانول و شناسایی ژن‌هایی که کاهش یا افزایش بیان آنها این حداقل میزان را افزایش می‌دهند، بکار رفت. سپس، تنظیم کننده‌های آنزیم‌های بیان شده توسط ژن‌های هدف از پایگاه داده Brenda استخراج شد و اثر آنها بر تولید به طور تجربی ارزیابی شد و طراحی آزمایش برای بهینه‌سازی غلظت ترکیبات انتخاب شده انجام شد. در میان ترکیبات شناسایی شده، دو مهار کننده (اسید سالیسیک و کلرید جیوه) و یک فعال کننده (پیروات) برای افزودن به محیط انتخاب شدند و غلظت آنها با استفاده از روش طرح مرکب مرکزی بهینه‌سازی شد. محیط کشت تنظیمی پیشنهادی تولید اتانول توسط سینکوسیستیس را از 352 به 1116 میلی‌گرم بر لیتر افزایش داد که نشان دهنده اثربخشی ترکیبات تنظیمی اضافه شده بر متابولیسم است. روش سیستمی پیشنهاد شده می‌تواند در طراحی محیط کشت دیگر محصولات مهم صنعت زیست‌فناوری کشور همچون پروتئین‌های نوترکیب کاربرد داشته باشد.