تعداد نشریات | 43 |
تعداد شمارهها | 1,646 |
تعداد مقالات | 13,379 |
تعداد مشاهده مقاله | 30,117,315 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 12,062,922 |
جداسازّی و شناسایی سویه های سودوموناس تجزیه کننده استونیتریل از آب انبار گنجعلی خان کرمان | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
زیست شناسی میکروبی | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مقاله 8، دوره 5، شماره 17، خرداد 1395، صفحه 73-86 اصل مقاله (754.06 K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نوع مقاله: پژوهشی- فارسی | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22108/bjm.2016.20370 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نویسندگان | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نرجس رمضانی پور1؛ ارسطو بدویی دلفارد* 2؛ عبدالحمید نمکی-شوشتری3؛ زهرا کرمی4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1دانشجوی کارشناسی ارشد میکروبیولوژی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، ایران | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2دانشیار بیوشیمی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، ایران | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3دانشیار ژنتیک، دانشگاه شهید باهنر کرمان، ایران | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4استادیار بیوفیزیک، دانشگاه شهید باهنر کرمان، ایران | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
چکیده | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مقدمه: نیتریلها ترکیباتی سمی و بسیار خطرناک برای موجودات زنده هستند که بهطور گسترده توسط بشر تولید و موجب آلودگی محیطزیست میشوند. بهترین روش برای تجزیه نیتریلهای موجود در فاضلاب، تجزیه زیستی است. هدف اصلی پژوهش حاضر، جداسازی و شناسایی باکتریهای تجزیهکننده استونیتریل از فاضلاب شهری در محل آب انبارهای کرمان است. مواد و روش ها: برای غنیسازی و جداسازی باکتریهای تجزیهکننده استونیتریل از محیط کشت اختصاصی حاوی 1 درصد استونیتریل به عنوان تنها منبع کربن و نیتروژن استفاده شد. فعالیت آنزیم و تولید آمونیاک در محیط کشت توسط روش فنل- هیپوکلریت سنجیده شد. باکتریهای جدا شده توسط آزمونهای بیوشیمیایی- میکروبی و مولکولی شناسایی شدند. بهینهسازی شرایط تولید آنزیم در حضور منابع مختلف کربن، نیتروژن و اسیدیته بررسی و مقدار نیتریل و اسید حاصل توسط کروماتوگرافی گازی تعیین شد. نتایج: از بین سه جدایه مولد نیتریل هیدرولاز با عنوان FA11، FA8، AB19 جدایه FA8 بیشترین فعالیت آنزیمی را نشان داد. نتایج آزمونهای شناسایی جدایهها نشان داد که این باکتریها به جنس سودوموناس تعلق دارند. بررسی مولکولی ژن 16S rRNA نشان داد که جدایه FA11 و FA8 با سودوموناس اوتیتیدیس و جدایه AB19 با سودوموناس جنیکولاتا به ترتیب دارای 99 و 100 درصد همولوژی هستند. بررسی اثر منابع مختلف بر تولید آنزیم نشان داد که جدایه برتر سودوموناس FA8 با وجود گلوکز و عصاره مخمر در محیط کشت با اسیدیته خنثی دارای بیشترین مقدار تولید آنزیم است. نتایج کروماتوگرافی گازی نشان داد که FA8 پس از 48 ساعت انکوباسیون، 58 درصد استیکاسید تولید کرده است. بحث و نتیجه گیری: نتایج نشان داد که جدایه برتر FA8، گزینه مناسبی برای تجزیه استونیتریل است که میتواند برای تجزیه استونیتریل از پساب صنایع و مکان های آلوده، استفاده شود. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
کلیدواژهها | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نیتریل؛ غربال گری؛ نیتریل هیدرولاز؛ سودوموناس | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
اصل مقاله | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مقدمه. نیتریلها[1] از جمله ترکیبات آلی با گروه فعال سیانو هستند که در شکلهای مختلف طبیعی و مصنوعی بهطور رو به افزایشی تولید میشوند (1). این ترکیبات به شکل طبیعی در شکلهایی از سیانوگلیکوزید[2]، سیانولیپید[3]، ایندول 3-استونیتریل[4] و بتا-سیانو-ال–آلانین[5] توسط طیف گستردهای از گیاهان تولید میشوند (2). در این میان سیانوگلیکوزیدها که از محصولات متابولیسم ثانویه گیاهی به شمار میآیند در اثر صدمات وارده بر بافت گیاهی به سرعت تجزیه و به محصولاتی مانند: قند، ترکیبات کتون[6]، آلدهید[7] و همچنین، هیدروژن سیانید[8] که یک ترکیب فوق العاده سمی است تبدیل میشوند. از طرف دیگر ترکیبات نیتریلی بهطور گسترده در شکل محصولات مختلف صنعتی مانند: حلال، پلاستیک، لاستیکهای سنتزی، علفکش و دارو تولید میشوند (3). این نیتریلها به شکل غیر قابل کنترلی از فاضلاب صنایع و پساب کشاورزی وارد محیط زیست شده و به عنوان یک عامل مهم تهدید برای محیط زیست و سلامت موجودات زنده به شمار میروند (4). یکی از مهمترین روشهای تبدیل و یا حذف نیتریلها، هیدرولیز شیمیایی است که معمولا در شرایط سخت اسیدی یا بازی و درجه حرارت بالا انجام میشود. این روش دارای معایبی از جمله تولید محصولات جانبی نامطلوب و هزینه زیاد است (5). امروزه استفاده از روشهای زیستی برای تجزیه آلایندههای نیتریلی مورد توجه قرار گرفته است. نیتریلهیدرولازها[9]، آنزیمهایی هستند که هیدرولیز پیوند کربن- نیتروژن غیر پپتیدی ترکیبات نیتریلی را کاتالیز میکنند. به طور معمول این خانواده بزرگ آنزیمی بر اساس تشابه توالی و فعالیت کاتالیزوری به 13 شاخه تقسیم میشوند که در این میان 3 شاخه نیتریلاز[10]، نیتریلهیدراتاز[11] و آمیداز[12] بسیار مطرح هستند. هیدرولیز آنزیمی نیتریلها با دو مسیر آنزیمی متفاوت انجام میشود. در مسیر اول یک نیتریلاز نیتریلهیدراتاز به عنوان جزیی از مسیر متابولیکی تجزیه نیتریل در میکروبها برای نخستین بار در تولید نیکوتینآمید[13] و 5-سیانووالرآمید[14] شناسایی شد و بیشتر در تولید صنعتی واسطههای دارویی و کشاورزی و تولید 000/30 تن آکریلآمید[15] در سال نقش دارد (7). نیتریلاز (نیتریلآمینوهیدرولاز[16]) نخستین آنزیم متابولیزهکننده نیتریلهاست که در سال 1960 با تخلیص از گیاه جو و باکتری سودوموناس[17] کشف شد (8 و 9). نخستین واکنشی که در آن این آنزیم شناسایی شد، تولید ایندول 3 استیکاسید[18] (اکسین[19]) از ایندول 3-استونیتریل در گیاهان بود (10). نیتریلازها آنزیمهایی قابل القا با یک یا دو زیر واحد در اندازه و تعداد متنوع هستند و بهطور معمول یک گروه سولفیدریل دارند که برای فعالیت آنها ضروری است. از جمله کاربردهای صنعتی مهم نیتریلازها علاوه بر شرکت در پاکسازی زیستی خاک و آبهای حاوی ترکیبات سمی نیتریلی میتوان به مواردی همچون سنتز کربوکسیلیکاسیدهای مهم صنعتی، تولید نیکوتینیکاسید[20] (نیاسین[21]) از 3-سیانوپیریدین[22] با مصارف کاربردی در پزشکی و تغذیه و تولید تجاری R-ماندلیکاسید[23] از ماندلونیتریل[24] به عنوان واسطه و عوامل حلکننده برای تولید بسیاری از محصولات دارویی و کشاورزی و. . . اشاره کرد (11). فعالیت تجزیه نیتریلها به ندرت در طبیعت دیده میشود. میزان کم فعالیت آنزیمی فقط در سه خانواده از 21 خانواده گیاهی و شمار محدودی از جنسهای قارچی مشاهده شده است. این فعالیت در باکتریها غالبتر است. برخی از آنها مانند: اسینتوباکتر[25]، رودوکوکوس[26]، کلبسیلا[27]، سودوموناس، آرتروباکتر[28]، کورینهباکتریوم[29] و نوکاردیا[30] میتوانند از نیتریلها به عنوان منابع نیتروژن و کربن استفاده کنند (12). یکی از مشکلات سالهای اخیر شهر کرمان بالا آمدن سطح آبهای زیر زمینی است که متاسفانه باعث آلودگی شدید اماکن و ابنیه تاریخی از جمله آب انبارهای قدیمی، توسط فاضلاب شهری و خانگی شده است. در پژوهش حاضر، سه باکتری مولد نیتریلهیدرولاز با توانایی تجزیه استونیتریل[31] از آب آلوده آبانبارهای قدیمی شهر کرمان جداسازی و توسط روشهای بیوشیمیایی و مولکولی شناسایی شد و پتانسیل تجزیه استونیتریل جدایه برتر سودوموناس اوتیتیدیس FA8[32] در حضور ترکیبات مختلف بررسی و بهینهسازی شد.
مواد و روشها. مواد شیمیایی: تمامی ترکیبات محیط کشت غربالگری از شرکت سیگما آلدریچ[33] و مرک خریداری شد. مواد مورد نیاز برای واکنش زنجیرهای پلیمراز[34] از شرکت سیناژن و سایر مواد شیمیایی مورد نیاز از شرکت مرک[35] (آلمان) خریداری شد. همین طور پرایمرهای مورد نیاز توسط شرکت بیونیر[36] (کره جنوبی) سنتز شد. حلالهای آلی مورد نیاز نیز از شرکت مرک خریداری شدند. . جداسازی باکتریهای تجزیهکننده استونیتریل: نمونهبرداری از آبانبارهای قدیمی شهر کرمان که سطح فاضلاب شهری کرمان بسیار بالا آمده بود، انجام شد. پس از انتقال نمونهها در شرایط استریل به آزمایشگاه، برای غنیسازی باکتریهای تجزیهکننده استونیتریل، حجم 5 میلیلیتر از نمونه آب به محیط کشت مایع حداقل نمکهای معدنی (MM1)[37] (حاوی: 8/6 گرم دی پتاسیم هیدروژن فسفات[38]، 2/1 گرم پتاسیم دی هیدروژن فسفات[39]، 1/0 گرم سولفات منیزیم[40]، 1/0 گرم سولفات منگنز[41]، 1/0 گرم کلسیم دیکلرید[42]، 1/0 گرم سولفات آهن[43] و 006/0 گرم سدیم مولیبدات[44] در یک لیتر آب مقطر و یک درصد سوبسترای استونیتریل) افزوده شد (13). محیط کشت بهوسیله کلریدریک اسید[45] و سدیم هیدروکسید[46] یک مولار، در اسیدیته 7 تنظیم شد. ارلنها در دمای 30 درجه سانتیگراد و 160 دور در دقیقه، به مدت 48 ساعت گرماگذاری شدند. پس از 3 کشت متوالی در محیط کشت حداقل نمکهای معدنی، غنیسازی میکروارگانیسمهای تجزیهکننده استونیتریل انجام شد. برای جداسازی باکتریهای تجزیهکننده استونیتریل 100 میکرولیتر از کشت غنیشده به محیط کشت جامد حداقل حاوی 5/1 درصد آگار[47] و 02/0 درصد فنلرد[48] به عنوان شناساگر و 100 میکرولیتر استونیتریل، تلقیح شد. پلیتها به مدت 24 تا 72 ساعت در دمای 30 درجه سانتیگراد گرماگذاری شدند. پس از سه دوره کشت از میان سه جدایه با فعالیت تجزیه استونیتریل، جدایه FA8 که بیشترین هاله و میزان شدت رنگ در محیط جامد و مایع حاوی سوبسترا و فنلرد، پس از 48 ساعت انکوباسیون را نشان داد، به عنوان جدایه برتر مولد نیتریلهیدرولاز تجزیه کننده استونیتریل برای مطالعات آنزیمی انتخاب شد (13). . شناسایی بیوشیمیایی باکتریهای تجزیهکننده استونیتریل: شناسایی باکتریهای جدا شده، بر اساس صفات ریختشناسی، فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و مولکولی انجام شد. ویژگیهای ریختشناسی هر یک از جدایهها روی محیط کشت تریپتیکال سوی آگار (TSA[49]) (مرک، آلمان) بررسی شد. پس از رنگآمیزی گرم[50]، شکل باکتریها و واکنش گرم آنها مطالعه شد. همچنین، آزمونهای بیوشیمیایی شامل: فعالیت کاتالازی، اکسیدازی، مصرف گلوکز از مسیر تخمیر اسیدهای مخلوط (متیلرد[51]) یا مسیر تخمیر بوتاندیول (وژز پروسکوئر[52])، تولید پیگمان، مصرف سیترات، احیای نیترات، هیدرولیز اوره، ژلاتین و کازئین، انجام و حرکت باکتری مطابق جداول شناسایی کتاب سیستماتیک باکتریولوژی برگی[53]، بررسی شد (14). تمام آزمایشها با سه بار تکرار انجام شدند. .شناسایی مولکولی باکتریهای تجزیهکننده استونیتریل: به منظور شناسایی مولکولی، ابتدا باکتریها روی محیط نوترینت آگار[54] کشت چمنی داده و به مدت 24 ساعت در دمای 30 درجه سانتیگراد گرماگذاری شدند. باکتریهای رشد یافته به کمک لوپ از سطح محیط کشت جمعآوری و سوسپانسیونی از آنها در آب مقطر استریل تهیه شد. با سانتریفیوژ[55] سوسپانسیون حاصل در دمای 4 درجه سانتیگراد به مدت 10 دقیقه و در دور g8000 رسوب باکتری به دست آمد. جداسازی DNA ژنومی با استفاده از کیت استخراج DNA سیناژن انجام شد. به منظور تخمین کیفیت و کمیت DNA ژنومی استخراج شده، جذب محلول رقیق شده DNA (با رقت 100) در طول موجهای 260 و 280 نانومتر اندازهگیری شد. با استفاده از رابطه Conc.DNA (µg/ml)= 50.d.A260 و نسبت A260/A280 به ترتیب غلظت DNA و میزان خلوص آن تخمین زده شد. پرایمرها مطابق با پرایمرهای عمومی برای تکثیر ژن 16S rRNA به شکل زیر با استفاده از نرمافزار Gene runner طراحی شدند (15). پرایمر Forward: 5'-AGTTTGATCCTGGCTCCAG-3' با Tm= 53.7درجه سانتیگراد و پرایمر سنجش فعالیت آنزیمی: فعالیت آنزیمی جدایه برتر FA8 بر اساس مقدار آمونیاک تولیدی با استفاده از روش فنل- هیپوکلریت[61] سنجیده شد (18). به 100 میکرولیتر محلول رویی محیط مایع حاوی باکتری، 100 میکرولیتر استونیتریل 25 میلیمولار و 200 میکرولیتر بافر فسفات 50 میلیمولار با اسیدیته 7 اضافه شد. مخلوط حاصل به مدت 30 دقیقه در دمای 30 درجه سانتیگراد گرماگذاری شد. پس از آن، مقادیر 400 میکرولیتر محلول A (فنل[62] 59/0 مولار و سدیمنیتروپروساید[63] 1 میلیمولار) و 400 میکرولیتر محلولB (سدیمهیپوکلریت[64] 11/0 مولار و سدیم هیدروکسید 2 مولار) به آن اضافه شد (18). پس از پدیدار شدن رنگ آبی مقدار جذب نمونهها در طول موج 600 نانومتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتر[65] خوانده شد. پس از رسوب دادن باکتریها علاوه بر فعالیت آنزیمی محیط کشت فاقد باکتری، فعالیت آنزیمی عصاره باکتری لیز شده نیز سنجش شد. در تمامی واکنشها از محلول شاهدی که در آن آنزیم پس از انکوباسیون مخلوط واکنش به آن اضافه شده بود استفاده شد. از این رو، یک واحد فعالیت آنزیم عبارت است از مقدار آنزیمی که قادر است 1 میکرومول آمونیاک به ازای 1 دقیقه در شرایط استاندارد واکنش آزاد کند. آزمایشات 3 بار تکرار و منحنی استاندارد توسط آمونیوم کلراید[66] رسم شد (11 و 13). .بهینهسازی شرایط تولید آنزیم در حضور منابع مختلف: برای بهینهسازی شرایط تولید آنزیم، جدایه FA8 به مدت 48 ساعت در محیط تولید حداقل نمکهای معدنی حاوی استونیتریل در حضور منابع مختلف کربن (گلوکز[67]، مالتوز[68]، فروکتوز[69] و نشاسته[70])، منابع مختلف نیتروژن (پپتون[71]، عصاره مخمر[72]) و اسیدیتههای مختلف (5، 6، 7 و 8) انکوبه شد. از محیط تولید بدون منابع به عنوان شاهد سنجش استفاده شد. سنجش فعالیت آنزیمی بر اساس آمونیاک تولیدی طبق روش فنل- هیپوکلریت در زمانهای 24 و 48 ساعت انجام شد و میزان جذب در طول موج 600 نانومتر نیز اندازهگیری شد (19). . بررسی مقدار استیکاسید تولیدی توسط جدایه FA8: ابتدا جدایه FA8 درون ارلنهای محیط غنیسازی حاوی (گلوکز 10 گرم، عصاره مخمر 5 گرم، پتاسیم دی هیدروژن فسفات 2 گرم، سدیم کلرید 1 گرم، سولفات منیزیم 2/0 گرم در یک لیتر آب مقطر) و 20 میلیمولار استونیتریل، در دمای 30 درجه سانتیگراد و 160 دور در دقیقه به مدت 48 ساعت گرماگذاری شد. پس از آن سلولهای باکتری توسط سانتریفیوژ برداشته و سوسپانسیونی از آنها در بافر فسفات 100 میلیمولار، اسیدیته 5/7 تهیه شد. در مخلوط واکنش، به 20 میلیگرم رسوب باکتریایی، استونیتریل 20 میلیمولار و بافر فسفات 100 میلیمولار با اسیدیته 5/6 اضافه شد و به مدت 48 ساعت در دمای 30 درجه سانتیگراد با 160 دور در دقیقه گرماگذاری شد. 100 میکرولیتر نمونه در فواصل معین از مخلوط واکنش برداشته و سپس، سانتریفیوژ شد. سنجش مقدار آمونیاک تولیدی طبق روش یاد شده سنجیده شد. تحلیل مقدار استیکاسید تولید شده از فعالیت نیتریلهیدرولازی FA8 با تزریق 5 میکرولیتر محلول رویی حاصل از واکنش مربوطه در بافر فسفات حاوی استونیتریل، به دستگاه کروماتوگرافی گازی[73] دارای ستون موئینه[74] FFAP و شناساگر یونیزاسیون شعلهایFID [75] در محدوده دمایی 150 تا 220 درجه سانتیگراد انجام شد. گاز نیتروژن به عنوان گاز حامل[76] در دستگاه استفاده شد (20).
نتایج. .غربالگری باکتریهای تجزیهکننده استونیتریل: آبانبارهای نمونهبرداری شده در قسمت مرکزی شهر کرمان و در مجموعه گنجعلیخان واقع شده است. پس از بررسی اولیه توانایی جدایهها در تجزیه استونیتریل، جدایه سودوموناس FA8 با ایجاد بیشترین شدت رنگ صورتی در محیط مایع حاوی فنلرد برای ادامه مطالعات انتخاب شد (شکل 1). . شناسایی بیوشیمیایی باکتریهای تجزیهکننده استونیتریل: برای شناسایی باکتریهای تجزیهکننده استونیتریل FA8، FA11 و AB19 رنگآمیزی گرم انجام و ویژگیهای میکروبیولوژیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی جدایهها، بررسی شد (جدول 1).
شکل 1- تغییر رنگ محیط مایع حاوی فنلرد و استونیتریل از زرد به شکلی توسط جدایه FA8. لوله 1 (محیط پایه)، لوله 2 (محیط پایه + فنلرد)، لوله 3 (محیط پایه + سوبسترا + فنلرد)، لوله 4 (محیط پایه + سوبسترا + فنلرد + باکتری فاقد فعالیت آنزیمی نیتریل هیدرولاز) و لوله 5 (محیط پایه + سوبسترا + فنلرد + جدایه FA8).
جدول 1- نتایج میکروبیولوژیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی باکتریهای تجزیهکننده استونیتریل
. شناسایی جدایهها با استفاده از تعیین توالی ژن پس از تعیین توالی محصول واکنش زنجیرهای پلیمراز سه جدایه و مقایسه با سایر ژنهای 16s rRNA، درخت فیلوژنتیکی برای آنها رسم شد (شکل 2). رسم درخت فیلوژنتیک با استفاده از نرمافزار مگا 4 انجام شد. نتایج به دست آمده از تطبیق توالی و درخت فیلوژنتیکی نشان دادند که جدایههای FA11 و FA8 به گونه سودوموناس اوتیدیس و جدایه AB19 نیز به گونه سودوموناس جنیکولاتا[77] با میزان شباهت نوکلئوتیدی 99 و 100 درصد به ترتیب نزدیک هستند. توالی نوکلئوتیدی جدایههای FA11، FA8 و AB19 به ترتیب با شماره دسترسی KM229752.1، KM229748.1 و KM229753.1 در بانک ژن ثبت شد.
شکل 2- درخت فیلوژنی جدایههای تجزیهکننده استونیتریل، سودوموناس FA8، سودوموناس FA11 و سودوموناس AB19 جداشده از آبانبار. اعداد یاد شده در محل انشعاب نشانگر درصد نمونهگیری bootstrape از 1000 نمونه است. لیزینی باسیلوس اسفاریکوس نیز به عنوان outgroup در نظر گرفته شد.
. بررسی میزان تجزیه استونیتریل در طی زمان: مقایسه تجزیه استونیتریل پس از 72 ساعت در حضور و عدم حضور سوبسترا در سودوموناس FA8 در جدول 2 نشان داده شد. در حالت سنجش با سوبسترا علاوه بر میزان آمونیاک تولیدی حاصل از تجزیه استونیتریل، فعالیت نیتریلهیدرولازی نیز سنجیده میشود. این در حالی است که در حالت بدون سوبسترا فقط میزان آمونیاک تولیدی سنجیده میشود. این موضوع در نتایج به دست آمده از سودوموناس FA8 کاملا صدق میکند. . بررسی شرایط تولید آنزیم در حضور منابع مختلف: اثرمنابع مختلف کربن: اثر منابع مختلف کربن به میزان 10 گرم بر لیتر (گلوکز، فروکتوز، مالتوز و نشاسته)، بر فعالیت آنزیمی سودوموناس FA8 در جدول 3 نشان داده شد. نتایج نشان دادند که مالتوز در مقایسه با شاهد باعث کاهش تولید آنزیم شده است. در مقابل گلوکز، نشاسته و تا حدودی فروکتوز موجب افزایش تولید آنزیم شده است. در بین منابع مورد بررسی گلوکز اثر در خور توجهی بر تولید آنزیم دارد. اثر منابع نیتروژن: اثر منابع نیتروژن عصاره مخمر و پپتون (5 گرم بر لیتر)، بر فعالیت آنزیمی سودوموناس FA8 درجدول 4 نشان داده شد. نتایج نشان دادند که عصاره مخمر در مقایسه با کنترل و پپتون اثر در خور توجهی بر تولید آنزیم دارد. اثر اسیدیته بر تولید آنزیم: بررسی تاثیر اسیدیته بر روی تولید آنزیم سودوموناس FA8 با انتخاب اسیدیتههای های مختلف 5 تا 8 در محیط کشت انجام شد (جدول 5). نتایج پس از 48 ساعت رشد باکتری در دمای 30 درجه سانتیگراد نشان داد که فعالیت آنزیمی در محدوده 6 تا 7 افزایش و سپس، به آرامی در اسیدیته 8 دچار کاهش شده است. اسیدیته بهینه برای تولید آنزیم 7 است، به این ترتیب قبل از انجام استریلیزاسیون محیط، اسیدیته آن بین 6 تا 7 تنظیم شد.
جدول 2- مقایسه تجزیه استونیتریل پس از 72 ساعت در حضور و عدم حضور سوبسترا در جدایه FA8
جدول 3- اثر منابع مختلف کربن بر فعالیت آنزیمی سودوموناس FA8
جدول 4- اثر منابع مختلف نیتروژن بر فعالیت آنزیمی سودوموناس FA8
جدول 5- اثر منابع مختلف اسیدیته بر فعالیت آنزیمی سودوموناس FA8
.بررسی میزان استونیتریل و استیکاسید با کروماتوگرافی گازی: کروماتوگرافی گازی بهطور مستدل از دقیقترین و حساسترین روشهای کروماتوگرافی است. با این روش میتوان اجزای موجود در یک مخلوط را از نظر کیفی و کمی، البته با در دست داشتن شاهد جداسازی کرد (21). در یک کروماتوگرام[78] حاصل از جداسازی، بهطور معمول مساحت زیر منحنی به دست آمده که به شکل درصد نشان داده میشود که مقدار ماده موجود در مخلوط را نشان میدهد. بهطور کلی تجزیه ترکیبات نیتریل توسط دو مسیر آنزیمی انجام میشود. در مسیر اول، آنزیم نیتریلاز به شکل مستقیم ترکیبات نیتریلی را به اسیدهای مربوطه تبدیل میکند و مقدار زیادی آمونیاک نیز به عنوان محصول اصلی تولید میشود. در مسیر دوم، آنزیم نیتریل هیدراتاز با همکاری آنزیم آمیداز، ترکیبات نیتریلی را با تولید حد واسط آمید مربوطه به اسید تبدیل میکند. کروماتوگرام به دست آمده از فعالیت سودوموناس FA8 در شکل 3 نشان داده شده است. در پژوهش حاضر، محلول رویی حاصل از واکنش تغییر شکل زیستی سودوموناس FA8 در حضور سوبسترای استونیتریل در زمانهای 16، 30 و 48 ساعت تحلیل شد و کروماتوگرام به دست آمده با نمونههای استاندارد استونیتریل، استامید[79] و استیکاسید[80] مقایسه شد. نتایج نشان داد که سودوموناس FA8 دارای توانایی تجزیه استونیتریل موجود در محیط کشت به استیکاسید است. البته این نکته شایان توجه است که مقداری از محصول تولیدی، پس از یک بازه زمانی و به علت کمبود منابع انرژی در محیط توسط باکتری مصرف میشود. کاهش مساحت زیر منحنی استونیتریل در زمان 69/3 دقیقه پس از تزریق، نشاندهنده مصرف تدریجی این ماده در طی زمان انکوباسیون و از طرفی افزایش مساحت زیر منحنی استیکاسید در زمان 39/5، تولید این محصول را به شکل تدریجی نشان میدهد. بهطور کلی، در طی یک تحلیل فعالیت آنزیمی، کاهش مساحت زیر منحنی در مورد سوبسترا و افزایش مساحت زیر منحنی در مورد محصول تولیدی در مقایسه با زمان خروج مواد استاندارد تزریق شده، از روند درست تجزیه خبر میدهد که این امر در مورد سودوموناس FA8 طبق نتایج به دست آمده در 16 ساعت اولیه سنجش به دست آمده است و تا زمان 48 ساعت ادامه دارد. سودوموناس FA8 در زمان 16 ساعت اولیه، به میزان 5 درصد استیکاسید از تجزیه 7 درصد استونیتریل تولید کرده است که در زمان 30 ساعت این مقدار به 16 درصد محصول از 73 درصد سوبسترا رسیده است. در پایان، بررسی فعالیت آنزیم و تولید محصول تنها 23 درصد استونیتریل باقی مانده است و باکتری توانسته است با تجزیه 77 درصد استونیتریل، 58 درصد استیکاسید تولید کند که به نوبه خود عدد در خور توجهی است و توانایی بالقوه باکتری در تجزیه استونیتریل را نشان میدهد (شکل 3). بنابراین، باکتری در بازه زمانی 30 تا 48 ساعت بیشترین فعالیت تغییر شکل زیستی استونیتریل را داشته است.
شکل 3- کروماتوگرام حاصل از تجزیه استونیتریل و تولید استیکاسید توسط سویه سودوموناس FA8. الف) استونیتریل استاندارد در زمان خروج 69/3 دقیقه. ب) استیکاسید استاندارد در زمان خروج 39/5 دقیقه. پ) نمونه 16 ساعت، استونیتریل 92 درصد و استیکاسید 5 درصد. ج) نمونه 30 ساعت، استونیتریل 27 درصد و استیکاسید 16 درصد. د) نمونه 48 ساعت، استونیتریل 23 درصد و استیکاسید 58 درصد.
بحث و نتیجهگیری. در این پژوهش از میان سه جدایه، سودوموناس FA8 با ایجاد بیشترین قطر هاله و شدت رنگ حاصل از تجزیه استونیتریل به آمونیاک و استیکاسید در محیط حداقل نمکهای معدنی، جداسازی و شناسایی شد. آمونیاک محصول اصلی تجزیه ترکیبات نیتریلی است. اگر باکتری قادر به تجزیه استونیتریل باشد با تبدیل آن به استیکاسید و آمونیاک، باعث تجمع آمونیاک در محیط و قلیایی شدن اسیدیته و تغییر رنگ معرف فنل رد از زرد به صورتی میشود (13). مقدار آمونیاک تولیدی حاصل از فعالیت آنزیم جدایه در این پژوهش بر اساس روش فنل- هیپوکلریت و دستگاه اسپکتروفتومتر بررسی شد. این مطلب واضح است که تجزیه استونیتریل آغاز تجمع آمونیاک در محیط کشت است. آمونیاک اضافی در محیط، به افزایش اسیدیته محیط از مقدار اولیه آن منجر میشود. ناگشوار[lxxxi] و همکاران از تغییر میزان اسیدیته محیط در اثر تجزیه استونیتریل در 60 ساعت اول، از مقدار 7 به 2/9 اشاره کردند (13). این مورد در مورد جدایه FA8 در 48 ساعت اولیه رشد از مقدار 7 به 28/9 بهدست آمده است. افزایش میزان جذب که در زمان استفاده از سوبسترا در زمان 72 ساعت سنجش مشاهده میشود، نشانگر فعالیت آنزیمی علاوه بر تولید آمونیاک است که در حالت عدم حضور سوبسترا دیده نمیشود. بیشترین فعالیت نیتریل هیدرولازی جدایه، در محیط خنثی حاوی گلوکز به عنوان منبع کربن و عصاره مخمر به عنوان منبع نیتروژن است. اسیدیته خنثی به عنوان مناسبترین اسیدیته برای تولید آنزیم در بیشتر باکتریها گزارش شده است (22). دانگ[lxxxii] و همکاران گزارش کردند که عصاره مخمر و پپتون از جمله منابع نیتروژن مناسب در جهت افزایش تولید فعالیت آنزیم باکتری رودوکوکوس اریتروپولیس[lxxxiii] ZJB-0910 هستند (23). ناگشوار و همکاران نیز گزارش کردند که مناسبترین تولید آنزیم آلکالیژنز فکالیس MTCC10757[lxxxiv]، در زمان استفاده از گلوکز به عنوان منبع کربن است (19). کروماتوگرافی گازی یکی از روشهای فیزیکی برای جداسازی و خالصسازی مواد فرار است. استونیتریل و محصولات حاصل از تجزیه آن از جمله مواد فرار محسوب میشوند که سنجش دقیق مقدار مصرفی و تولیدی آنها به کمک روش کروماتوگرافی بسیار توصیه میشود (21). در کروماتوگرام حاصل از تحلیل، کاهش مساحت زیر منحنی در مورد سوبسترا و افزایش مساحت زیر منحنی در مورد محصول تولیدی در مقایسه با زمان خروج مواد استاندارد تزریق شده، از روند درست تجزیه خبر میدهد که این امر در مورد جدایه FA8 طبق نتایج به دست آمده در طی 48 ساعت سنجش به دست آمده است. نتایج به دست آمده از کروماتوگرام حاصل نشان میدهد که این جدایه بیشترین درصد تولید استیکاسید (58 درصد) را با تجزیه 77 درصد استونیتریل در زمان 30 تا 48 انکوباسیون را نشان میدهد که به نوبه خود عدد در خور توجهی است و نشاندهنده افزایش فعالیت آنزیمی در این بازه است. استفاده باکتری سودوموناس FA8 از مواد ارزان و قابل دسترس همچون گلوکز و عصاره مخمر در محیط و تولید آنزیم با فعالیت بالا از جمله ویژگیهایی است که این جدایه را در مباحث بیوتکنولوژی شایان توجه میسازد. با توجه به ویژگیهای باکتری و پتانسیل بالای آن در تولید آنزیم، این باکتری میتواند ضمن پاکسازی آلایندههای زیستمحیطی در تولید زیستی ترکیبات با ارزش دارویی و صنعتی نیز استفاده شود. تشکر و قدردانی از معاونت پژوهشی دانشگاه شهید باهنر کرمان، تشکر و قدردانی میشود. [1]- Nitriles [2]- Cyanoglycoside [3]- Cyanolipid [4]- Indole-3-acetonitrile [5]- β-cyano-L-alanine [6]- Ketone [7]- Aldehydes [8]- HCN [9]- Nitrile hydrolases [10]- Nitrilase [11]- Nitrile hydratase [12]- Amidase [13]- Nicotinamide [14]- 5-cyanovaleramide [15]- Acrylamide [16]- Nitrile aminohydrolase [17]- Pseudomonas [18]- Indole-3-acetic acid [19]- Auxin [20]- Nicotinic acid [21]- Niacin [22]- 3-cyanopyridine [23]- R- (-) -mandelic acid [24]- Mandelonitrile [25]- Acinetobacter [26]- Rhodococcus [27]- Klebsiella [28]- Arthrobacter [29]- Corynebacterium [30]- Nocardia [31]- Acetonitrile [32]- Pseudomonas otitidis FA8 [33]- Sigma Aldrich [34]- The polymerase chain reaction [35]- Merck [36]- Bioneer [37]- Mineral Salts Medium [38]- K2HPO4 [39]- KH2PO4 [40]- MgSO4 [41]- MnSO4 [42]- CaCl2 [43]- FeSO4 [44]- Na2MoO4 [45]- HCl [46]- NaOH [47]- Agar [48]- Phenol red [49]- Triptical Soy Agar [50]- Gram straining [51]- Methyl Red [52]- Voges-Proskauer [53]- Bergey's Manual of Systematic Bacteriology [54]- Nutrient agar [55]- Centrifuge [56]- Agarose [57]- Gene Bank [58]- http://www.ncbi.nlm.nih.gov (NCBI) [59]- Accession Number [60]- MEGA4 [61]- Phenol/hypochlorite [62]- Phenol [63]- Sodium nitroprosside [64]- Sodium hypochlorite [65]- Spectrophotometer [66]- Ammonium chloride [67]- Glucose [68]- Maltose [69]- Fructose [70]- Starch [71]- Peptone [72]- Yeast extract [73]- Gas Chromatography (Agilent, Santa Clara, N6890 CA) [74]- Capillary (FFAP (30 m, 0.25 mm,0.33 ml)) [75]- Flame Ionization Detector [76]- Carrier Gas [77]- Pseudomonas geniculate [78]- Chromatogram [79]- Acetamide [80]- Acetic acid [lxxxi]- Nageshwar [lxxxii]- Dong [lxxxiii]- Rhodococcus erythropolis ZJB-0910 [lxxxiv]- Alcaligenes faecalis MTCC 10757
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مراجع | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(1) Knowles CJ., Bunch AW. Microbial cyanide metabolism. Advanced microbialphysiology. London: Academic Press; 1986. (2) Vennesland B., Conn EE., Knowles CJ., westley J., Wissing F. Biosynthesis of cyanogenic glycosides. London: Academic Press; 1981. (3) Banergee A., SharmaR., Banerjee UC. The nitrile degrading enzymes: current status and future prospects. Journal of Applied Microbiology and Biotechnology 2002; 60 (1- 2): 33- 44. (4) He YC., Xu JH., Su JH., Zhou L. Bioproduction of glycolic acid from glycolonitrile with a new bacterial isolate of Alcaligenes sp. ECU0401. Journal of Applied Biochemistry and Biotechnology 2010; 37 (7): 741- 50. (5) Vogel AL. Quantitative inorganic analysis including elementary instrumental analysis. 3rd ed. London: Lowe and Bryodne Ltd; 1969. (6) Bestwick L., Gronning L., James D., Bones A., Rossiter J. Purification and characterization of a nitrilase from Brassicanapus. Plant Physiology 1993; 89 (43): 611- 18. (7) Geronimo MJ., Antoine AD. Metabolism of acetonitrile and propionitrile by Nocardia rhodochrous LL100- 21. Journal of Applied and Environmental Microbiology 1976; 31 (6): 900- 06. (8) O’Reilly C., Turner PD. The nitrilase family of CN hydrolysing enzymes a comparative study. Journal of Applied Microbiology. 2003; 95 (6): 1161- 1174. (9) Thimann KV., Mahadevan S. Nitrilase; Occurrence, preparation and general properties of the enzyme. Archives of Biochemistry and Biophysics 1964; 105 (1): 133- 41. (10) Hook RH., Robinson WG. Ricinine nitrilase II. Purification and properties. Journal of Biological Chemistry 1964; 239 (12): 4263- 7. (11) Collins P., Knowles C. The utilization of nitriles and amides by Nocardia rhodochrous. Journal of General Microbiology 1983; 129 (1): 248- 54. (12) Bhalla TC., Kumar H. Nocardia globerula NHB-2: a versatile nitrile-degrading organism. Canadian Journal of Microbiology 2005; 51 (8):705- 08. (13) Santoshkumar M., Anand S., Nayak O., Anjaneya B. A plate method for screening of bacteria capable of degrading aliphatic nitriles. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology 2010; 37 (3): 111- 15. (14) Leavesley HB., Li L., Prabhakaran K., Borowitz JL., Isom GE. Interaction of cyanide and nitric oxide with cytochrome oxidase: implications for acute cyanide toxicity. Toxicological Sciences 2008; 101 (1): 101- 11. (15) Badoei- Dalfard A., Amiri-Bahrami M., Riahi-Madvar A., Karami Z., Ebrahimi M A. Isolation, identification and characterization of organic solvent tolerant protease from Bacillus sp. DAF-01. Biological Journal of Microorganism 2012; 1 (2): 37- 48. (16) Kim OS., Cho YJ., Lee K., Yoon SH., Kim M., Na H., et al. Introducing EzTaxon-e: a prokaryotic 16S rRNA gene sequence database with phylotypes that represent uncultured species. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 2012; 62 (3): 716- 21. (17) Edwards U., Rogall T., Blocker H., Emde M., Bottger EC. Isolation and direct complete nucleotide determination of entire genes. Characterization of a gene coding for 16S ribosomal RNA. Nucleic Acids Research 1989; 17 (19): 7843- 53. (18) Fawcett J K., Scott JE. A rapid and precise method for the determination of urea. Journal of Clinical Pathology 1960; 13 (2): 156- 9. (19) Nageshwar YVD., Sheelu G., Shambhu RR., Muluka H., Nooreen M., Malik MS., et al. Optimization of nitrilase production from Alcaligenes faecali MTCC 10757 (IICT-A3): effect of inducers on substrate specificity. Journal of Bioprocess and Biosystems Engineering 2011; 34 (5): 515- 23. (20) Jin LQ., Li YF., Liu ZQ., Zheng YG., Shen YC. Characterization of a newly isolated strain Rhodococcus erythropolis ZJB-09149 transforming 2-chloro-3-cyanopyridine to 2- chloronicotinic acid. Journal of New Biotechnology 2011; 28 (6): 610- 615. (21) Skoog DA., Holler JA., Nieman TA. Principles of Instrumental Analysis. 5th ed. London: Sanders College; 1999. (22) Robinson WG., Hook RH. Ricinine nitrilase. I. Reaction product and substrate specificity. Journal of Biology and Chemistry 1964; 239 (1): 4257- 62. (23) Dong HP., Liu ZQ., Zheng YG., Shen YC. Medium optimization for nitrilase production by newly isolated Rhodococcus erythropolis ZJB-0910 using statistical designs. Journal of Applied Microbiology and Biotechnology 2010; 25 (3): 351- 8. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,315 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 836 |