کشف سیستم کریسپر جدید اما اینبار در باکتریوفاژها!!

کشف سیستم کریسپر جدید اما اینبار در باکتریوفاژها!!

سیستم کریسپر/cas  به طور طبیعی در بسیاری از پروکاریوت ها یافت می شود که به طور گسترده ای در ویرایش ژنومی استفاده می شود. سیستم کریسپر باکتری ها را در مقابل هجوم ویروس محافظت می کند.

اخیرا، به طورغیرقابل انتظاری سیستم فشرده ای از کریسپر/cas در باکتریوفاژهای بزرگ یا مگافاژها تشخیص داده شده است.Pausch  همکارانش نشان دادند اگرچه این سیستم فاقد پروتئین های اضافی است اما دارای عملکرد است. این سیستم دارای یک آرایش کریسپری و یک آنزیمCasΦ  یاCasF  است.

این سیستم بسیار فشرده درin vitro  و سلول های انسانی و گیاهی نیز فعال است و وزن مولکولی آن نصف پروتئینCas9  است. کوچک بودن توالی DNA این پروتئین موجب می شود تا بخوبی این سیستم درون وکتورهای ویروسی قرار بگیرد.

این سیستم کوچکترین مدل شناخته شده از سیستم کریسپر است. باکتریوفاژها از این سیستم استفاده می کنند تا باکتری ها را فریب بدهند و از حمله آن ها در امان بمانند. در واقع سیستم کریسپر/CasΦ  به طور انتخابیDNA  آنزیمCas9  را مورد هدف قرار می دهد. این سیستم کریسپر همچنین سایر ویروس‌های درون باکتری را مورد هدف قرار می‌دهد و از رقابت آن‌ها با خود جلوگیری می کند.

رفرنس :

تولید اگزوآنزیم ها : آمیلازها ، آلفا آمیلازها ، گلوکوآمیلازها ، اینولین ساکاریفیکاسیون نشاسته اندوآنزیم باسیلوس لیکنی فورمیس آسپرژیلوس اوریزه پولولاناز

تولید اگزوآنزیم ها : آمیلازها ، آلفا آمیلازها ، گلوکوآمیلازها ، اینولین

اگزوآنزیم چیست؟

میکروارگانیسم ها آنزیم های بسیار مختلفی را تولید می کنند که اکثر آنها در مقادیر اندک تولید شده و درون سلول ها عمل می کنند. با این حال بعضی از آنزیم های میکربی در مقادیر بیشتری تولید شده و به محیط ریخته می شوند، این آنزیم های خارج سلولی که اگزوآنزیم نامیده می شوند، پلی مرهای نامحلول از قبیل سلولز، پروتئین، لیپیدها و نشاسته را هضم می کنند و به همین دلیل دارای کاربردهای تجاری در صنایع غذایی و سلامت و صنایع نساجی و شوینده ها هستند.

آمیلازها

  • نشاسته-پلیمر گلوکز-یکی از فراوانترین پلی ساکاریدهای گیاهی است.
  • آمیلازها آنزیم هایی هستند که نشاسته را هیدرولیز می کنند.
  • یکی از مصارف اصلی آمیلازها، تولید شیرین کننده های مورد استفاده در صنایع غذایی است.
  • در هیدرولیز نشاسته با آمیلاز، ابتدا پلیمرهای کوتاه زنجیره ای به نام دکسترین، سپس دی ساکارید مالتوز و سر انجام گلوکز به دست می آید. گلوکز به اندازه ایزومر خود فروکتوز، شیرین نیست.
  • بنابراین قدم بعدی تبدیل گلوکز به فروکتوز است که با آنزیم گلوکز ایزومراز انجام می شود.
  • مهم ترین آنزیم هایی که در فرآیند ساکاریفیکاسیون نشاسته استفاده می شوند، آلفا آمیلازها، بتا آمیلازها، گلوکوآمیلازها، گلوکزایزومرازها، پولولانازها و ایزوآمیلازها می باشند.

آلفا آمیلازها

  • آلفا آمیلازها آنزیم های برون سلولی هستند که پیوند های گلیکوزیدی آلفا یک به چهار را هیدرولیز می کنند. این آنزیم ها از نوع اندوآنزیم بوده و سوبسترا را از درون مولکول می شکنند. اگرچه پیوندهای آلفا یک به شش توسط این آنزیم ها شکسته نمی شوند، اما مانع از فعالیت آنها نیز نمی گردند.
  • مهمترین آلفا-آمیلازها بوسیله باسیلوس آمیلولیکویی فاسینز، باسیلوس لیکنی فورمیس و آسپرژیلوس اوریزه تولید می شوند. آمیلازهای باسیلوس بیشتر از آسپرژیلوس مورد استفاده قرار می گیرند.

گلوکوآمیلازها

  • گلوکوآمیلازها پیوندهای آلفا یک به چهار و آلفا یک به شش را برای تولید گلوکز به عنوان محصول اصلی هیدرولیز می کنند.
  • پولولانازها و سایر آنزیم های شاخه شکن فقط اتصالات آلفا یک به شش را هیدرولیز می کنند.
تولید اگزوآنزیم ها : آمیلازها ، آلفا آمیلازها ، گلوکوآمیلازها ، اینولین ساکاریفیکاسیون نشاسته اندوآنزیم باسیلوس لیکنی فورمیس آسپرژیلوس اوریزه پولولاناز

آمیلاز ها و گلوکوآمیلازها

آمیلاز ها و گلوکوآمیلازها، آنزیم های تولید شده تجاری دیگری هستند که در تولید گلوکز از نشاسته به کار برده می شوند. سپس گلوکز توسط آنزیم دوم، یعنی گلوکز ایزومراز به فروکتوز تبدیل می شود که قندی شیرین تر از گلوکز است.

محصول نهایی شربت فروکتوز بالا است که از مواد آغازگر غنی از گلوکز از قبیل ذرت، گندم یا سیب زمینی تولید می شود.

شربت های با فروکتوز بالا به طور گسترده در صنایع غذایی برای شیرین کردن نوشیدنی های شیرین، آب میوه ها و بسیاری از محصولات دیگر مورد استفاده قرار می گیرند. تولید جهانی شربت های با فروکتوز بالا بیش از 10 میلیارد کیلوگرم در هر سال است

آهار زدایی پارچه 

در تولید پارچه، در طی بافت، دوک نخ تحت فشار مکانیکی زیادی قرار دارد. استفاده از چسب نشاسته یا آهارزنی، نخ دوک را محکم کرده و از پاره شدن نخر در اثر فشار ماشین بافندگی جلوگیری می کند. با این وجود برای فرآوری بعدی پارچه، نشاسته بایستی کاملا زدوده شود. روشهای آهارزدایی مداوم که به پایداری آلفا آمیلازهای باکتری ها در دمای بالا بستگی دارد، شیوه ای برای زدودن آهار است.

تولید فروکتوز خالص و شربت غنی از فروکتوز از اینولین

آنزیم میکربی اینولیناز پلیمر گیاهی اینولین را هیدرولیز و به فروکتوز خالص تبدیل می کند. اینولین پلیمر ساکاریدی ذخیره ای در برخی محصولات کشاورزی نظیر سیب زمینی ترشی، کاسنی و کوجب است. بدین ترتیب، اینولیناز تولید شربت فروکتوز را امکان پذیر می سازد و یا به عبارت دیگر تولید شربت گلوکز بسیار غنی از فروکتوز را میسر می سازد.

تولید فروکتوز خالص و شربت غنی از فروکتوز از اینولین

روش معمول تولید فروکتوز از نشاسته حداقل به سه مرحله آنزیمی نیاز دارد که شامل آلفا آمیلاز، آمیلوگلوکوزیداز و گلوکز ایزومراز است و در بهترین شرایط 45 درصد محلول فروکتوز تولید می کند. تشکیل فروکتوز از اینولین واکنش آنزیمی تک مرحله ای است که 95 درصد فروکتوز تولید می کند. با گذشت زمان فروکتوز بیتر به عنوان جانشین سالمی برای ساکارز شناخته می شود. مصرف ساکارز مشکلاتی نظیر چاقی، فساد دندان، آرترواسکروز را در بر دارد.

مولدان میکربی اینولیناز: آسپرژیلوس نایجر

تامین انرژی باکتری ها سیتوکروم c از طریق خوردن الکترون تنفس سلولی در باکتری ها اسامی باکتری های بی هوازی نام باکتری های بیهوازی میکروآئروفیل میکروآئروفیل یعنی چه باکتری های بی هوازی روده چرخه کربس در باکتری ها روش کشت باکتری های بی هوازی

بلعیدن الکترون توسط باکتری ها

تامین انرژی باکتری ها از طریق خوردن الکترون

میکروب های خاصی می توانند انرژی خود را از بار الکتریکی دریافت کنند. باکتری ها فاقد دهان می باشند، بنابراین آنها نیاز به راه دیگری برای وارد کردن سوخت به بدنشان دارند. تحقیقات جدید در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس نشان می دهد که چگونه چنین باکتری هایی الکترون ها را مستقیماً از منبع الکترود بیرون می کشند.

سویه TIE-1 Rhodopseudomonas palustris مجرایی برای پذیرش الکترونها در غشای خارجی خود ایجاد می کند. این باکتری ها به یک مولکول کمکی حاوی آهن به نام سیتوکروم deca-hema c متکی هستند، با پردازش این پروتئین ، TIE-1 می تواند یک پل برای برداشت الکترون از منبع الکترونی، تشکیل دهد.

هلیکوباکتر پیلوری در رده سرطانزاترین ها

سرطانزا ترین باکتری

هلیکوباکتر پیلوری باکتری بوده که بیش از 50 درصد از جمعیت انسانی را آلوده نموده است. این میکروب از طرف سازمان بهداشت جهانی (WHO) در اولین رده سرطان زایی قرار گرفته است. اما چگونه این میکروب برای سالیان دراز از چشم سیستم ایمنی دور می ماند؟
یافته های موسسه Max Planck برلین نشان داد که این میکروب از طریق آنزیم کلسترول-آلفا-گلوکوزیل ترنسفراز lipid rafts را در غشای سلولی از بین برده و از این طریق مانع از عملکرد کمپلکس رسپتور اینترفرون گاما می شود. Lipid rafts از کلسترول ساخته شده و توسط آنزیم کلسترول-آلفا-گلوکوزیل ترنسفراز ویروسی تخریب شده و این عمل مانع از ایجاد فرآیند التهاب می گردد.

رفرنس : Pau Morey, et al., “Helicobacter Pylori Depletes Cholesterol in Gastric Glands to Prevent Inter

سرطان زا ترین باکتری - باکتری های سرطانزا
سرطان زا ترین باکتری – باکتری های سرطانزا

میکروبیوم ، تحت تأثیر تفاوت ژنتیکی در سیستم ایمنی! ترکیب جمعیت باکتریایی در افراد مختلف، متفاوت است متأثر از فاکتورهای مختلفی نظیر نوع تولد، شیر دهی و رژیم غذایی می باشد. محققان دانشگاه شیکاگو نشان داده اند تفاوت ژنتیکی در سیستم ایمنی می تواند در انواع جمعیت باکتریایی که در سیستم گوارشی کلنیزه می شوند تأثیر گذارد. از آنجا که سیستم گوارش با مکانیسم های مختلف با پاتوژن ها برخورد می کند و از T وB سل ها برای هدف قراردادن مهاجمان بهره میگیرد، احتمالاً میکروبیوم توسط مکانیسمهای مختلف ایمنی ذاتی و اکتسابی شکل می گیرد.

میکروبیوم ، تحت تأثیر تفاوت ژنتیکی در سیستم ایمنی!

میکروبیوم ، تحت تأثیر تفاوت ژنتیکی در سیستم ایمنی!

ترکیب جمعیت باکتریایی در افراد مختلف، متفاوت است متأثر از فاکتورهای مختلفی نظیر نوع تولد، شیر دهی و رژیم غذایی می باشد. محققان دانشگاه شیکاگو نشان داده اند تفاوت ژنتیکی در سیستم ایمنی می تواند در انواع جمعیت باکتریایی که در سیستم گوارشی کلنیزه می شوند تأثیر گذارد. از آنجا که سیستم گوارش با مکانیسم های مختلف با پاتوژن ها برخورد می کند و از T وB سل ها برای هدف قراردادن مهاجمان بهره میگیرد، احتمالاً میکروبیوم توسط مکانیسمهای مختلف ایمنی ذاتی و اکتسابی شکل می گیرد.

محققان یافته اند که اثر ایمنی اکتسابی بر میکروبیوم نسبی است و آنچه که بیشتر باعث تفاوت در میکروبیوم می شود، پلی مورفیسم ژن ها و یا تغییرات مختلف ژن ها در مجموعه سازگاری بافتی (histocompatibility complexes) می باشد و مکانیسم های پلی مورفیسم فرد میزبان اثرگذار است. در حال حاضر محققان در حال تلاش برای یافتن استانداری جهت تجزیه و تحلیل و چگونگی مقایسه تفاوت ترکیب جمعیت باکتریایی می باشند.

رفرنس

فرار باکتری از آنتی بیوتیک با تغییر شکل ظاهری! شناخته می شوند. معرفی رشته بیوتکنولوژی پزشکی | بیوتکنولوژی | بیولوژیک | زیست فناوری| کاربرد زیست فناوری | پزشکی مولکولی | تولید پادتن‌ | ساخت کیت‌های تشخیصی | هدف رشته زیست فناوری پزشکی | بازار کار رشته زیست فناوری پزشکی | تولید داروهای نوترکیب | زیست شناسی سلولی مولکولی | بیوشیمی | باکتری | دروس کارشناسی ارشد بیوتکنولوژی پزشکی | تحصیل در رشته بیوتکنولوژی پزشکی در آلمان | هزینه تحصیل در رشته بیوتکنولوژی پزشکی در آلمان | کارنامه ارشد بیوتکنولوژی پزشکی | رتبه های قبولی ارشد بیوتکنولوژی پزشکی | درآمد بیوتکنولوژی پزشکی | دانشگاههایی که رشته بیوتکنولوژی دارند | رتبه لازم برای رشته بیوتکنولوژی | درآمد رشته بیوتکنولوژی

فرار باکتری از آنتی بیوتیک با تغییر شکل ظاهری!

فرار باکتری از آنتی بیوتیک با تغییر شکل ظاهری!

عموماً باکتریها با تغییر ژنوم راهی برای مقاومت به آنتی بیوتیک ها پیدا می کنند، برای مثال با پمپ کردن آنتی بیوتیک به بیرون و یا برش آنتی بیوتیک، از اثر آن ایمن می مانند. اما روشی که برخی باکتری ها در بدن انسان در پیش می گیرد، تغییر شکل ظاهری است.

باکتری ها به واسطه دیواره سلولی توسط آنتی بیوتیک ها به عنوان هدف شناخته می شوند. اگر شرایط اطراف باکتری در بدن، این امکان را فراهم کند که باکتری از بین نرود و همچنان زنده بماند، برای تحت تاثیر قرار نگرفتن در برابر آنتی بیوتیک به شکلی که اصطلاحاً L-Form نامیده می شود تبدیل می شود که فاقد دیواره سلولی است. محققان بر این باورند که ترکیب آنتی بیوتیک ها فعال بر دیواره و آنتی بیوتیک های فعال در L-Form ها می تواند در درمان بیماری ها موثر تر واقع شود.

رفرنس مطلب

کشف سیم زیستی در باکتری‌های رسانا! اگرچه وجود برخی از خصوصیات ویژه در میکروارگانیسم‌ها برای دانشمندان اثبات شده است اما گاهی اوقات نبود امکانات دقیق مانع درک جزئیات و به تبع آن استفاده از این خصوصیات می‌شود. یک مثال بارز در این خصوص توانایی رسانایی باکتری Geobacter sulfurreducens است که کشف جزئیات مولکولی آن موجب حیرت محققان شده است. تصور قبلی بر این بود که رسانایی این باکتری به دلیل حضور نوعی از پیلی در آن باشد اما بررسی‌های انجام گرفته به کمک میکروسکوپ الکترونی (cryo-electron microscopy) ساختار پروتئینی ویژه‌ای را نمایان می‌کند. این ساختار جالب که 100/000 بار از یک تار مو نازکتر است شامل یک پوشش پروتئینی است که ذرات فلزی را احاطه کرده‌اند و شباهت عجیبی به سیم‌های رسانای الکتریکی دارد. کشف این ساختار ویژه پیشرفت بزرگی در ارتباط کارامدتر علم الکترونیک و زیست شناسی محسوب می‌شود.

کشف سیم زیستی در باکتری‌های رسانا

کشف سیم زیستی در باکتری‌های رسانا!

اگرچه وجود برخی از خصوصیات ویژه در میکروارگانیسم‌ها برای دانشمندان اثبات شده است اما گاهی اوقات نبود امکانات دقیق مانع درک جزئیات و به تبع آن استفاده از این خصوصیات می‌شود. یک مثال بارز در این خصوص توانایی رسانایی باکتری Geobacter sulfurreducens (ژئوباکتر) است که کشف جزئیات مولکولی آن موجب حیرت محققان شده است.
تصور قبلی بر این بود که رسانایی این باکتری به دلیل حضور نوعی از پیلی در آن باشد اما بررسی‌های انجام گرفته به کمک میکروسکوپ الکترونی (cryo-electron microscopy) ساختار پروتئینی ویژه‌ای را نمایان می‌کند. این ساختار جالب که 100/000 بار از یک تار مو نازکتر است شامل یک پوشش پروتئینی است که ذرات فلزی را احاطه کرده‌اند و شباهت عجیبی به سیم‌های رسانای الکتریکی دارد.
کشف این ساختار ویژه پیشرفت بزرگی در ارتباط کارامدتر علم الکترونیک و زیست شناسی محسوب می‌شود.

Electricity-conducting bacteria yield secret to tiny batteries, big medical advances
Researchers reveal amazing biological ‘wires’ of a sort never seen before

Date: April 4, 2019
Source: University of Virginia Health System

Summary:
These strange bacteria conduct electricity via a structure never before seen in nature — a structure scientists can co-opt to miniaturize electronics, create powerful-yet-tiny batteries, build pacemakers without wires and develop a host of other medical advances.

حفاظت از مخمرها در جریان تولید سوخت‌های زیستی | مخمر | سوخت‌های زیستی | تخمیر | S. cerevisiae | آنالیز توالی ژنوم | پروتئین غشایی | ویرایش ژنوم | CRISPR | how to protect yeast from damage in biofuel production

حفاظت از مخمرها در جریان تولید سوخت‌های زیستی

حفاظت از مخمرها در جریان تولید سوخت‌های زیستی

استفاده از برخی مواد شیمیایی به منظور تخریب بافت گیاهی روش مرسومی است که جهت تسریع فرایند ساخت سوخت‌های زیستی به کار می‌رود با این وجود این مواد می‌توانند برای مخمرهای استفاده شده در جریان تخمیر سمی بوده و تا 70 درصد کارایی آنها را در جریان فرایند تبدیل زیستی کاهش دهند.

به تازگی محققان دانشگاه ویسکانزین آمریکا با دست ورزی ژنتیکی یکی از ژن‌های مخمر موفق به ایجاد سویه‌های مقاوم به این مواد شیمیایی شده‌اند. آنها با بررسی 136 سویه از مخمر S. cerevisiae موفق به یافتن سویه‌ای مقاوم به تیمارهای شیمیایی شدند. آنالیز توالی ژنومی این سویه، ژنی را نشان می‌دهد که مسئول ساختن پروتئین غشایی است که همانند یک پمپ در غشا، مواد سمی را به بیرون از سلول هدایت می‌کند.

در گام بعدی محققان با تغییر 2 نوکلئوتید در مخمرهای حساس به مواد شیمیایی با استفاده از روش ویرایش ژنومی CRISPR، موفق به بیان بالای این پروتئین‌ها در غشا ارگانیسم شده و به این ترتیب آسیب پذیری آنها را به تیمارهای شیمیایی از بین برده‌اند. سهولت دستکاری مورد نظر در مخمرها، محققان را امیدوار می‌کند که بزودی این روش در صنایع تولید سوخت زیستی کاربرد وسیعی پیدا کند.

کانال تلگرامی بیوتکنولوژی وان

سایت مهندسی علوم زیستی

لینک خبر

حفاظت از مخمرها در جریان تولید سوخت‌های زیستی | مخمر | سوخت‌های زیستی |  تخمیر | S. cerevisiae | آنالیز توالی ژنوم  | پروتئین غشایی | ویرایش ژنوم |   CRISPR | how to protect yeast from damage in biofuel production

حفاظت از مخمرها در جریان تولید سوخت‌های زیستی | مخمر | سوخت‌های زیستی | تخمیر | S. cerevisiae | آنالیز توالی ژنوم | پروتئین غشایی | ویرایش ژنوم | CRISPR | how to protect yeast from damage in biofuel production

 

How to protect yeast from damage in biofuel production

Date:
August 9, 2018
Source:
University of Wisconsin-Madison
Summary:
Some chemicals used to speed up the breakdown of plants for production of biofuels like ethanol are poison to the yeasts that turn the plant sugars into fuel. Researchers have identified two changes to a single gene that can make the yeast tolerate the pretreatment chemicals
نقش جدید برای ماکرفاژها کشف شد ‼️ماکروفاژها به قلب کمک میکنند تا ضربان بهینه ای داشته باشد Immune cells unexpectedly help the heart keep its beat ماکرفاژ ، آریتمی ، گره دهلیزی بطنی ، AV node | سعید کارگر | بیوتکنولوژی | زیست فناوری | زیست فن آوری

نقش جدید برای ماکرفاژ ها کشف شد

نقش جدید برای ماکرفاژ ها کشف شد

ماکروفاژ ها به قلب کمک میکنند تا ضربان بهینه ای داشته باشد!!

Immune cells unexpectedly help the heart keep its beat

مطالعات جدید نشان میدهند که ماکروفاژ ها برای ضربان قلب ضروری اند. که این موضوع ماکروفاژها را اهداف مناسبی برای درمان بیماری هایی مانند آریتمی می نماید. مطالعات انجام شده روی موش های فاقد ماکروفاژ نشان داد که در این حیوانات ریتم الکتریکال قلب غیر نرمال بود.

محققان دریافتند که ماکروفاژها در گره دهلیزی- بطنی یا AV node در موش و انسان به فراوانی وجود دارند. این گره حاوی سلول های ماهیچه ای نیز هست که میتوانند سیگنال انقباض را انتقال دهند.
وقتی سلول های ماهیچه ای قلب و ماکروفاژها را در دیش با هم کشت دادند دریافتند که این دو نوع سلول از نظر فیزیکی مرتبط بوده و بطور همزمان از نظر الکتریکی تحریک شدند. به علت وجود این تعاملات ماکروفاژها شروع تحریک سلول های ماهیچه ای مجاور خود را تسهیل کردند.

برای مطالعه بیشتر به کلیک کنید

نویسنده : مهری شهیر

 

بزرگترین کانال ایمونولوژی

بزرگترین کانال ایمونولوژی

 

بزرگترین ژنوم ویروسی (ویروس bodo saltans) Giant Viruses in the Sea: Bodo saltans virus genome has 1.39 million bases of DNA ویروس bodo saltans که ژنوم آن ۱.۳۹ میلیون جفت باز می باشد، یکی از بزرگترین ویروس هایی می باشد که تا حالا جداسازی شده است.

بزرگترین ژنوم ویروسی که تا به امروز جدا سازی شده است

بزرگترین ژنوم ویروسی (ویروس bodo saltans)

Giant Viruses in the Sea: Bodo saltans virus genome has 1.39 million bases of DNA

ویروس bodo saltans که ژنوم آن ۱.۳۹ میلیون جفت باز می باشد، یکی از بزرگترین ویروس هایی می باشد که تا حالا جداسازی شده است. این ویروس انباری از توکسین ها و آنزیم های برش دهنده ی DNA دارد. این ویروس برخلاف سایر ویروس های بزرگ tRNA حمل نمی کند. بیش از ۱۰% از ژنوم این ویروس پروتئین هایی را کد میکند که در حمله به میزبان نقش دارد.

نویسنده : سعید کارگر

رفرنس

کانال تلگرامی بیوتکنولوژی

حافظه اسپور باکتری اسپور باکتری ها حافظه دارد Formation of bacterial spores Spore "memory" links different stages of the bacterial life cycle

اسپور باکتری ها حافظه دارد

اسپور باکتری ها حافظه دارد

Formation of bacterial spores

Spore “memory” links different stages of the bacterial life cycle

تحقیقات جدید نشان میدهد که اسپورهای باکتریایی اطلاعات مربوط رشد فردی سلول را در خود ذخیره می کنند؛ یک “حافظه”ای که به مراحل مختلف چرخه سلولی باکتری مربوط می باشد. حافظه اسپور می تواند موجب رفتارهای مختلف سازگاری در میکروب ها بشود. این تحقیقات نشان میدهد که اسپورهایی که در مراحل اولیه کاهش موادمغذی شکل گرفته اند؛ زودتر رشد میکنند.

 

نویسنده : سعید کارگر

منبع

کانال تلگرامی بیوتکنولوژی

بیوسنتز ، فرمنتاسیون، بازیافت، جوانب اقتصادی تولید 1-بوتانول _ بیوتکنولوژی

بیوسنتز ، فرمنتاسیون، بازیافت، جوانب اقتصادی تولید 1-بوتانول

1- بوتانول

کلیات :

1-بوتانول (با تولید جهانی معادل 3 میلیون تن در سال 2011) یک حلال مهم برای نقاشی اتومبیل، یک ترکیب شیمیایی پایه برای تشکیل استر (به عنوان مثال برای تشکیل بوتیل سلولز) و سوخت زیستی می باشد. استون (با تولید جهانی معادل 7/6 میلیون تن در سال 2009)، محصول جانبی فرمنتاسیون 1-بوتانول هم به عنوان حلال استفاده می شود. در جنگ جهانی اول غالبا برای تولید ماده ی منفجره ی cordite (خرج یا باروت) توسط نیروی دریایی انگلیس مورد استفاده قرار می گرفت. هر دو ترکیب در حال حاضر از مواد خام پتروشیمی تهیه می شوند اما قبل از آن تا سال 1950 غالبا از طریق فرمنتاسیون توسط باکتری های Clostridium و نشاسته یا ملاس به عنوان منبع کربن تولید می شدند و اولین پروسه ی صنعتی تولید در سال 1915 توسط شیمیدان روسیه ای/انگلیسی Chaim Weizmann (که بعدا اولین رئیس جمهور اسرائیل شد) راه اندازی شد. به دلیل پیشرفت ژنتیک مولکولی و تکنولوژی پروسه، تولید هر دو حلال از طریق فرمنتاسیون مجددا از نظر اقتصادی مورد توجه واقع شد و در حال حاضر به عنوان تکنولوژی جایگزین تحت بررسی می باشد.

کلیات ویژگی های 1- بوتانول و استون _ بیوتکنولوژی

کلیات ویژگی های 1- بوتانول و استون

ارگانیسم و بیوسنتز 1-بوتانول :

در بین تعداد کمی از باکتری های بی هوازی که قادر به تولید استون و بوتانول هستند جنس Clostridium مهمترین مولد می باشد. طی فرمنتاسیون، در انتهای رشد سلولی یک تغییر مسیر از تشکیل بوتیریک اسید و استیک اسید به سمت تولید بوتانول اتفاق می افتد که همراه با کاهش pH به مقادیر کمتر از 5 می باشد. ترکیب محصول نهایی گونه به گونه متفاوت است. ارگانیسمی که بیشتر مورد مطالعه قرار گرفته است Clostridium acetobutylicum می باشد که بالاترین مقاومت نسبت به حلال های سمی تولید شده حین پروسه را هم نشان می دهد.

این ارگانیسم از g 100 گلوکز، g 38 بوتانول و استون با نسبت 3:1 تولید می کند. یکی از محصولات جانبی این پروسه اتانول می باشد (فرمنتاسیون ABE). بسیاری از کلستریدیوم ها آنزیم های آمیلاز، آمیلوگلوکوزیداز و سایر هیدرولازهای خارج سلولی تولید می کنند به همین دلیل می توانند منابع کربن ارزان قیمت مانند نشاسته را متابولیزه کنند. استفاده از گلوکز و پنتوز های مشتق از بیوماس همچنین استفاده از لاکتوز آب پنیر هم مطالعه شده اند. آنزیم های دخیل در بیوسنتز هر دو حلال به خوبی مطالعه شده اند و ژن های آن ها کلون گردیده است.

پیروات از گلوکز طی گلیکولیز تولید می شود. در حضور پیروات/فردوکسین اکسیدوردوکتاز، پیروات تحت دکربوکسیلاسیون اکسیداتیو قرار گرفته و به استیل کوآ تبدیل می شود که سپس این محصول طی فرایندهای احیایی و غالبا توسط NADH حاصل از گلیکولیز به چندین متابولیت دیگر شامل C2، C3 یا C4 احیا می شود. یک هیدروژناز هم که حضور دارد تعدادی از الکترون ها را به پروتون ها انتقال می دهد و هیدروژن تشکیل می شود. تنظیم این آنزیم ها با هدف تاثیر بر روی بازده و ترکیب حلال ها، همچنین بهینه سازی مسیر از طریق مهندسی متابولیک به طور وسیع مطالعه شده است. ژنوم C. acetobutylicum به طور کامل توالی یابی شده است و برای استفاده از این ارگانیسم در مهندسی ژنتیک جای امید واری وجود دارد چراکه شاتل وکتورهای E. coli و B. subtilis و فاژها و ترانسپوزون های خاص هم در دسترس می باشند. در حال حاضر توانستند با استفاده از مهندسی ژنتیک بازده بوتانول را به w/v 15% افزایش دهند در این پروسه استون به استوئین که عامل طعم کره هست تبدیل می شود.

ارگانیسم و بیوسنتز 1-بوتانول _ بیوتکنولوژی

ارگانیسم و بیوسنتز 1-بوتانول

فرمنتاسیون و بازیافت 1-بوتانول :

بیش از چهل سال است که تولید صنعتی استون و بوتانول توسط C. acetobutylicum در فرمانتورهای با حجم بالای m3 100 انجام می شود. در این پروسه هزینه ی سوبسترا جدود 60% هزینه ی انرژی برای تقطیر محصول 12% می باشد. پارامترهای تعیین کننده برای کاربرد مجدد فرمنتاسیون شامل بازده محصول نسبت به مواد خام مصرفی (کیلوگرم حلال تولید شده از هر کیلوگرم قند مصرفی) و بازده پروسه (گرم حلال تولید شده به ازای هر لیتر در هر ساعت) است. پروسه ی مدرنی طراحی شده است که در آن یک پروسه ی دو مرحله ای برای بازیافت محصول استفاده می شود ابتدا بیوفیلم ها بر روی رزین های با منافذ بزرگ اینتگره می شوند و به این ترتیب بازیافت حلال از طریق تبخیر بهبود می یابد.

فرمنتاسیون و بازیافت 1-بوتانول

فرمنتاسیون و بازیافت 1-بوتانول

جوانب اقتصادی تولید 1-بوتانول :

در حال حاضر، پروسه ی بسته (batch) مبتنی بر نشاسته ی ذرت یا ملاس به عنوان منبع کربن که بیش از 40 سال است در ایالات متحده ی آمریکا و آفریقای جنوبی استفاده می شود قابل رقابت با روش های سنتز مبتنی بر پتروشیمی نمی باشد. فقط چین است که کارخانجات بزرگتری دارد و پروسه ی صنعتی با حجم فرمنتاسیون بالغ بر m3 200 و تولید 30000 تن بوتانول مشغول به کار است. منبع کربن نشاسته ی ذرت و سویه ی مورد استفاده C. acetobutylicum EA2018 (سویه ای که از طریق مهندسی متابولیک بهینه سازی شده است به عنوان مثال در این سویه ژن adc کد کننده برای استواستیل دکربوکسیلاز حذف شده است) می باشد. بازده تولید g L-1 14 است و ترکیب محصول نهایی غالبا بوتانل می باشد (نسبت 2:7:1 به ترتیب استون:بوتانول:اتانول). پروسه های صنعتی در مقیاس کوچکتر با استفاده از کشت دائم C. acetobutylicum و گلوکز حاصل از بیوماس هیدرولیز شده در ایالات متحده ی آمریکا انجام می شود. بازده های بالایی با استفاده از E. coli تغییر یافته از طریق مهندسی متابولیک هم گزارش شده است.

 

نویسنده : طاهره صادقیان _ دانشجوی دکتری بیوتکنولوژی دارویی _ علوم پزشکی اصفهان

کانال تلگرامی بیوتکنولوژی

درمان سرطان با استفاده از باکتری ها

باکتری Listeria رادیوایزوتوپ درمانی موثر علیه تومورهای سرطانی متاستاز شده در سرطان پانکراس

در  آزمایشی از باکتری های رادیوایزوتوپ که به طور معمول در درمان سرطان استفاده می شود، برای انتقال مستقیم به سلول های سرطانی در موش استفاده شده است. نتایج نشان می دهد تعداد تومورهای ثانویه هنگام متاستاز کاهش می یابد. کلودیا گراویکامپ و همکارانش نتایج این آزمایش را طی مقاله منتشر کردند. آن ها موفق شدند بدون آسیب رساندن به بافت های سالم، پیشرفت سرطان پانکراس را مدیریت کنند.

افراد دارای سرطان پانکراس دارای نرخ بقای کم

سرطان پانکراس یکی از کشنده ترین سرطان هاست که کمتر از  چهار درصد افراد بیش از پنج سال، بعد از تشخیص زنده می مانند. در آمریکا سازمان ملی سرطان اعلام کرد که در بیش از 45200 نفر سرطان پانکراس گزارش شده، حدود 38500 نفر از آن ها خواهند مرد. تشخیص سرطان پانکراس به راحتی صورت نمی گیرد چون زمان طولی می کشد که علایم آن بروز کند. بنابراین زمانی این سرطان در بیماران تشخیص داده می شود که سرطان به سایر نقاط بدن گسترش پیدا کرده است.

اگرچه مطالعات اخیر نشان می دهد تشخیص سرطان اولیه پانکراس از طریق آنالیز متابولیکی ممکن است. اگر سرطان پانکراس قبل از گسترش در بدن (متاستاز) تشخیص داده شود به وسیله عمل جراحی قابل درمان است اما بعد از متاستاز، شانس موفقیت درمان پایین است.

بیماران با سرطان پانکراس متاستاز شده دارای علایمی از قبیل یرقان، درد، کاهش وزن، کوفتگی و خستگی مزمن هستند.

توانایی باکتری در آلوده کردن سلول های سرطانی و عدم آلودگی سلول های سالم

ایده این مطالعه زمانی آغاز شد که دانشمندان تشخیص دادند باکتریListeria monocytogenes ضعیف شده آزمایشگاهی، سلول های سرطانی را آلوده می کند و بر روی سلول های سالم اثری ندارد. در سال 2009 دانشمندان کشف کردند که چرا Listeria فقط سلول های سرطانی را آلوده می کند و روی سلول های سالم اثری ندارد. مشاهدات نشان داد که سیستم ایمنی اطراف تومور مهار می شود و سلول های توموری بیش از حد ضعیف می شوند و نمی توانند علیه این باکتری دفاع کنند. در نتیجه اجازه می دهند که  سلول های سرطانی زنده بماند.

بعد از این کشف، دانشمندان از این باکتری به عنوان عامل ضد سرطان آزمایش هایی انجام دادند. نتایج نشان داد در کشت آزمایشگاهی، Lisertia می تواند داروی ضد سرطانی را به درون سلول های سرطانی انتقال دهد. اما این آزمایش را در حیوانات انجام ندادند.

ایزوتوپ های حمل شده به سلول های سرطانی

پروفسور Ekaterina Dadachova استاد رادیولوژی، میکروبیولوژی و ایمونولوژی ایده حمل رادیوایزوتوپ (که به طور معمول در درمان سرطان استفاده می شود) به درون سلول های سرطانی توسط باکتری Listeria را پیشنهاد داد. آن ها رادیو ایزوتوپ rhenium را انتخاب کردند چون ذره های بتا را که ذرات خوبی برای درمان سرطان است، منتشر می کنند. دلیل دیگر انتخاب این رادیوایزوتوپ نیمه عمر 17 روزه ی آن است که خیلی زود کاملا بی ضرر می شود و موجب کمترین آسیب به سلول های سالم می شود. به این گروه از باکتری که حامل رادیوایزوتوپ هستند به اختصار RL (radioactive Listeria) می گویند.

از بین رفتن حدود 90% تومورهای ثانویه سرطان پانکراس در موش

این گروه بر روی دو گروه از موش ها که سرطان متاستاز شده ی پانکراس داشتند کار کردند. آن ها یک مرتبه در روز و به مدت هفت روز متوالی تزریقات وریدی شکمی را روی موش ها انجام دادند. به یک گروه از این موش ها Lisertia رادیواکتیو و به گروه دیگر به عنوان کنترل سرم تزریق شد.

بعد از 21 روز محققین تعداد تومورهای ثانویه را اندازه گیری کردند و فهمیدند در گروهی از موش ها که حاوی Listeria رادیواکتیو بود، در مقایسه با گروه کنترل، 90% تومورکاهش نشان داده است. آن ها مشاهده کردند وزن تومور اولیه در باکتری های رادیواکتیو در مقایسه با موش های کنترل، 64% کاهش پیدا کرده است. در ضمن در موش هایی که باکتری رادیواکتیو دریافت کردند اثر جانبی مشاهده نکردند.

در این شکل میزان تومور متاستاز شده در گروه های مختلفی که سرم، Lisertia معمولی و Lisertia رادیواکتیو دریافت کرده اند نشان داده شده است.

در این شکل میزان تومور متاستاز شده در گروه های مختلفی که سرم، Lisertia معمولی و Lisertia رادیواکتیو دریافت کرده اند نشان داده شده است.

 

هدف از بین بردن 100% تومورهای ثانویه

این گروه تحقیقاتی اعلام کردند که هدف آن ها پاک کردن 100 % تومورهای ثانویه است. هر سلول سرطانی که زنده بماند پتانسیل تبدیل به تومورهای ثانویه جدید را دارد بنابراین تنها راه مطمئن شدن از کشته شدن تمام سلول های سرطانی است. آن ها اعلام کردند که به دلیل مرگ موش های کنترل، تحقیقات آن ها در روز 21 آزمایش متوقف شد. این محققین فکر می کنند که می توانند با افزایش دوز رادیوایزوتوپ یا تزریقات بیشتر، معالجه را بهبود داد.

در سایر مراکز تحقیاتی روی موضوع استفاده از باکتری ها به عنوان حامل نانو داروها کار می کنند.

 

Source: http://www.nature.com/news/radioactive-bacteria-attack-cancer-1.12841

date : 22 April 2013

 

نویسنده : سعید کارگر

عضویت در کانال تلگرامی بیوتکنولوژی

 

 

فاژ درمانی

فاژ درمانی

فاژ درمانی:

ویروس قطعه ای از نوکلیک اسید می باشد که در درون یک پوشش پروتیینی محصور شده است. میزبان ویروس ها می تواند گیاهان ، جانوران و یا باکتری ها باشد.باکتریوفاژ یا فاژها به شاخه ای از قلمرو ویروس ها گفته می شود که به باکتری ها حمله می کنند و آن ها را از بین می برند. فاژها می توانند دو چرخه زندگی لیتیک و لیزوژنی داشته باشند.

فاژهای لیتیک گزینه مناسبی برای فاژتراپی هستند چون آن ها سریعا در باکتری هدف تکثیر می کنند و موجب لیز آن می شوند و تعداد آن ها به صورت لگاریتمی افزایش می یابد. بسته به نوع گونه و شرایط هر فاژ والدی (parent) می تواند در هر چرخه لیتیک به طور میانگین 200 فاژ دختری(daughters) را تولید کند. اگر هر فاژ دختری باکتری های دیگری را آلوده کند و آن را بکشند 40000 زاده (progeny) تا پایان چرخه دوم به وجود می آید و 8 میلیون تا پایان چرخه سوم و 1/6 میلیارد تا پایان چرخه چهارم بوجود می آید.

اولین سند فاژ درمانی:

مربوط به سال 1921 است که در آن فاژ به نزدیکی محل جوش پوستی استافیلوکوکی تزریق شد که نتیجه آن بهبودی در 48 ساعت و کاهش تب، تورم (swelling) و تب بود. اما با کشف آنتی بیوتیک پنی سیلین توسط فلمینگ در سال 1928 و سایر آنتی بیوتیک ها ، استفاده از فاژ درمانی کاهش یافت و موجب شد که فاژها به فراموشی سپرده شوند اما این فراموشی زیاد طول نکشید.

بعد از کشف آنتی بیوتیک ها ،بیش از نیم قرن پزشکان برای درمان عفونت های باکتریایی به آنتی بیوتیک ها متکی شدند، اما استفاده وسیع از آنتی بیوتیک ها و ظهور باکتری های مقاوم به آنتی بیوتیک که اثرات ناشی از آنتی بیوتیک ها را روز به روز کاهش می داد، پزشکان را مجبور کرد حتی برای عفونت های معمولی نیز آخرین نسل آنتی بیوتیک ها را تجویز کنند . این امر سبب شد که دوباره فاژتراپی کانون توجه قرار بگیرد، مخصوصا برای درمان سویه هایی که در آن ها مقاومت به آنتی بیوتیک به وجود آمد. همچنین در 30 سال اخیر حتی با کمک بیوتکنولوژی مدرن همچون مهندسی ژنتیک کلاس جدیدی از آنتی بیوتیک ها دیگر کشف نشده است.

فاژ درمانی

باکتریوفاژ

تاریخچه مقاومت باکتری ها نسبت به انتی بیوتیک ها:

1) در سال 2001 به گزارش CDC باکتری استافیلوکوکوس اورئوس مقاوم به متی سیلین باعث%60 از عفونت های بیمارستانی که حتی برخی از آنها نسبت به قوی ترین آنتی بیوتیک ها مقاوم بودند.

2)همچنین CDC تخمین زده که%30 از پنومونی ایجاد شده توسط استرپتوکوکوس پنومونیه به متی سیلین مقاوم هستند.

3)در سال 1988 باکتری انتروکوکوس فکالیس و انتروکوکوس فاسوم نسبت به انتی بیوتیک ونکومایسین مقاوم شدند.

تا کنون آزمایش های مختلف فاژ درمانی روی مرغ ,موش ,گاو و انسان صورت گرفته است. امروزه از باکتریوفاژها در بسیاری از کشورهای اروپایی و امریکایی برای عفونت های ناشی از باکتری های زیر استفاده می شود:

1)سودوموناس 2)استافیلوکوس اورئوس مقاوم به متی سیلین 3)استرپتوکوک ها 4)پسودوموناس ائروژینوزا 5)E.coli

فاژ درمانی جذابیت های خود را دارد، در ادامه مزایای فاژ درمانی نسبت به آنتی بیوتیک ها آمده است :

 

محدودیت های آنتی بیوتیک:

  1. برخی از آنتی بیوتیک ها به جای کشتن باکتری ، موجب ممانعت از رشد باکتری می شود مثل 
  2. تولید آن پیچیده و گران است
  3. در بدن متابولیزه و زدوده می شوند و غلظت لازم را در محل آلودگی بوجود نمی آید
  4. برای از بین بردن بیماری های باکتریایی نیاز به تزریق چندین بار آن است
  5. آنتی بیوتیک تنها بر روی عامل بیماری تاثیر ندارند بلکه بر روی همه میکروارگانیسم های موجود در بدن از جمله میکروفلور طبیعی بدن اثر می گذارد بنابراین به دلیل فعالیت غیراختصاصی آن ها بر روی تعادل میکروبی بیماری اثر می گذارد که موجب اثرات جانبی می شود
  6. داشتن چندین اثر جانبی
  7. مقاومت به آنتی بیوتیک تنها به باکتری هدف محدود نمی شود
  8. ایجاد یک آنتی بیوتیک جدید (علیه باکتری مقاوم به آنتی بیوتیک)  نیاز به زمان طولانی هست که ممکن است چندین سال طول بکشد
  9. اگر بیمار به آنتی بیوتیک آلرژی داشته باشد ، درمان آن خیلی سخت است

 

مزایای فاژها:

  1. فاژها به طور خیلی موثر در کشتن باکتری های هدف نقش دارند به عبارت دیگر عمل باکتریواستاتیکی دارند
  2. تولید آن ها آسان و ارزان است
  3. فاژها داروهای هوشندی هست. آن ها در محل عفونت تا زمانی که باکتری هدف وجود داشته باشد تکثیر می کنند و بعد از نابود کردن باکتری هدف ، خود نیز از بین می روند (خود محدود کننده)
  4. نیازی به دوز یادآوری نیست به عبارت دیگر میزان دوز آغازی اگر باکتری هدف موجود باشد به صورت لگاریتمی افزایش می یابد
  5. انتخابیت و اختصاصیت بالای باکتریوفاژ موجب می شود که فقط بر روی باکتری هدف اثر بگذارد و بر روی سایر باکتری ها از جمله فلور بدن اثر نگذارد
  6. به دلیل اختصاصیت در سایر باکتری ها به جز باکتری هدف مقاومت فاژی ایجاد نمی شود
  7. تاکنون اثر جانبی جدی گزارش نشده است
  8. فاژها در سراسر طبیعت پیدا می شوند ، به این معنی که پیدا کردن فاژ جدید وقتی که باکتری به آن مقاوم می شود آسان است
  9. فاژها یک روش دیگر خوبی هستند برای درمان افرادی که به آنتی بیوتیک ها آلرژی دارند.

 

معایب فاژها:

  1. از فاژها نمی توان برای درمان باکتری های داخل سلولی استفاده کرد.
  2. به دلیل اختصاصی عمل کردن فاژها ، ابتدا باید نوع دقیق باکتری عامل عفونت مشخص شود ، که این کار زمان زیادی را می برد.
  3. انتقال ژن های توکسین بین باکتری ها توسط فاژها
  4. مشکل بودن کار تخلیص فاژها
  5. پژوهش ها در زمینه فاژ درمانی ، بیشتر در کشورهای بلوک شرق به ویژه شوروی ، گرجستان و لهستان انجام می پذریرفت اما با اتمام جنگ سرد ، محققان در بسیاری از کشورهای اروپایی و آمریکایی ، به فاژ درمانی روی آورده اند . از فاژ درمانی برای درمان عفونت های ناشی از سودوموناس ، استافیلوکوک اوریوس مقاوم به متی سیلین ، استرپتوکوک ها و اشریشیاکلای استفاده شده است.

 

سایر کاربردهای فاژها:

  1. حذف بیوفیلم
  2. تیپ بندی باکتری ها
  3. به عنوان وکتور
  4. در صنایع غذایی به جای مواد نگهدارنده

 

 

نویسنده : سعید کارگر

عضویت در کانال تلگرامی بیوتکنولوژی