نوشته‌ها

سیستم بیوهیبریدی در مخمر | بیوهیبرید | شیکیمیک اسید | داروسازی | ایندیوم فسفید | Light-driven fine chemical production in yeast biohybrids (bio-engineering.ir) | بیوتکنولوژی | زیست فناوری | مهندسی علوم زیستی | زیست شناسی | بیولوژی

استفاده از سیستم بیوهیبریدی در مخمر به منظور تولید ترکیبات آلی پیچیده

استفاده از سیستم بیوهیبریدی در مخمر به منظور تولید ترکیبات آلی پیچیده

سیستم‌های تلفیقی زیستی و غیرآلی یا بیوهیبریدها یکی از دستاوردهای میان رشته‌ای است که هدف اصلی آن افزایش کارایی سیستم‌های زیستی به عنوان تولید کنندگان محصولات مختلف است. امروزه بیشترین کاربرد این مطالعات در افزایش راندمان تثبیت دی اکسید کربن یا تولید سوخت‌های زیستی توسط باکتری‌ها و مخمرها می‌باشد.

اصلی‌ترین محدودیت استفاده از بیوهیبریدها سمی بودن جزء غیر آلی برای ارگانیسم همراه و در مرحله بعد امکان تولید محصولات ساده شیمیایی است که استفاده از آنها را از لحاظ اقتصادی توجیه ناپذیر نموده است. اخیرا تیمی تحقیقاتی از انستیتو Wyss دانشگاه هاروارد آمریکا به کمک یک سیتم بیوهیبرید نوین موفق به افزایش سطح تولید شیکیمیک اسید shikimic acid به عنوان یکی از مهمترین پیش سازه‌های صنعت داروسازی شده است.

 

این محققان به کمک ترکیبات پلی فنولی سطح سلول‌های مهندسی شده مخمر را با استفاده از نانو ذرات نیمه هادی ایندیوم فسفید indium phosphide nanoparticles پوشانده‌اند. این ترکیبات بعد از جذب نور اقدام به انتقال الکترون به سیتوپلاسم سلول مخمری می‌نمایند، جایی که در آن از الکترونهای انتقال داده شده NADPH تولید خواهد شد و به این ترتیب نیاز مبرم سلول به NADPH به عنوان منبع انرژی مسیر تولید شیکیمیک اسید جبران می‌شود. میزان تولید متابولیت مذکور در این سیستم یازده برابر بیشتر از مخمرهای مهنسی شده به تنهایی است.
با انجام تحقیقات بیشتر بروی انواع ترکیبات نیمه هادی و تاثیر آنها بر ارگانیسم‌های مختلف می‌توان از نتایج حاصل از این تحقیق در تولید سایر محصولات آلی استفاده نمود.

دانلود مقاله

Light-driven fine chemical production in yeast biohybrids (bio-engineering.ir)

عضویت در کانال تلگرامی بیوتکنولوژی

سیستم بیوهیبریدی در مخمر | بیوهیبرید | شیکیمیک اسید | داروسازی | ایندیوم فسفید | Light-driven fine chemical production in yeast biohybrids (bio-engineering.ir) | بیوتکنولوژی | زیست فناوری | مهندسی علوم زیستی | زیست شناسی | بیولوژی

سیستم بیوهیبریدی در مخمر | بیوهیبرید | شیکیمیک اسید | داروسازی | ایندیوم فسفید | Light-driven fine chemical production in yeast biohybrids (bio-engineering.ir) | بیوتکنولوژی | زیست فناوری | مهندسی علوم زیستی | زیست شناسی | بیولوژی

تولید آسپارتام ، L- فنیل آلانین و L- آسپارتیک اسید - بیوتکنولوژی - شیرین کننده های مصنوعی

تولید آسپارتام ، L- فنیل آلانین و L- آسپارتیک اسید – بیوتکنولوژی – شیرین کننده های مصنوعی

آسپارتام ، L- فنیل آلانین و L- آسپارتیک اسید

کلیات : آسپارتام (L- α- آسپارتیل-L- فنیل آلانین- متیل استر) یک شیرین کننده ی مصنوعی کم کالری می باشد که حدودا دویست مرتبه شیرین تر از سوکروز است. این شیرین کننده در سال 1965 توسط کمپانی G. D. Searle کشف شد و در سال 1981، FDA آن را به عنوان افزودنی غذایی مجاز تائید کرد. سالانه 20000 تن آسپارتام تولید می شود (آمار مربوط به سال 2009) و غالب بازار آسپارتام در اختیار کمپانی Ajinomoto می باشد. آسپارتام از L- آسپارتیک اسید و L- فنیل آلانین تولید می شود. سنتز شیمیایی آن نیازمند استفاده از چندین گروه حفاظتی می باشد به همین دلیل قابل رقابت با سنتز آنزیمی نیست.

آسپارتام، L- فنیل آلانین و L- آسپارتیک اسید - بیوتکنولوژی

آسپارتام، L- فنیل آلانین و L- آسپارتیک اسید

L- آسپارتیک اسید :

L- آسپارتیک اسید را می توان از هیدرولیزات های پروتئینی استخراج نمود. اگرچه، از افزودن آمونیاک به فوماریک اسید توسط آنزیم آسپارتاز موجود در سلول های E. coli به عنوان سنتز ترجیحی آن استفاده می شود. در این نوع سنتز باکتری های تثبیت شده در κ-کاراجینان یا پلی آکریل آمید به عنوان راکتور سلولی به کار گرفته می شوند. بازده تولید این سیستم حدود gL-1h-1 40 می باشد و پایداری عملکردی آن (نیمه عمر کاتالیست) نهایتا 2 سال است. با استفاده از سلول های لیوفیلیزه ی القا شده، بازده به gL-1 166 رسیده است. بکارگیری پلاسمید حامل ژن کد کننده ی آسپارتاز، باعث افزایش 30 برابری بیان آنزیم آسپارتاز در سلول های E. coli K12 شده است. پروسه های فرمنتاسیون (تخمیر) قابل رقابت با راکتورهای سلولی نیستند حتی اگر در این پروسه ها از سویه های موتانت با کارایی بالا استفاده شود.

تولید L- آسپارتیک اسید بیوتکنولوژی

تولید L- آسپارتیک اسید

L- فنیل آلانین :

در گذشته معمولا برای تولید صنعتی این اسیدآمینه از راکتورهای آنزیمی و مواد اولیه ی شیمیایی در دسترس استفاده می شد. اخیرا، پروسه های فرمنتاسیون مبتنی بر موتانت های با کارایی بالا ترجیح داده می شوند. در دسترس بودن و هزینه ی تهیه ی پیش سازهای سنتتیک در مقایسه با بازده پروسه ی فرمنتاسیون از جمله عوامل مهم و تعیین کننده ی ارجحیت اقتصادی این پروسه ها است. بهترین نتایج راکتورهای آنزیمی مربوط به افزودن آمونیاک به ترانس- سینامیک اسید با استفاده از آنزیم فنیل آلانین آمونیوم لیاز باکتری Rhodotorula glutinis می باشد. در یک راکتور سلولی حاوی میکروارگانیسم های تثبیت شده، میزان بازده تولید gL-1 50 با درصد بازیابی بیوکاتالیست 83% است.

تولید L- فنیل آلانین بیوتکنولوژی

تولید L- فنیل آلانین

تجزیه ی D,L- 5- بنزیل هیدانتوئین توسط آنزیم های L- هیدانتوئیناز و L-N- کرباموئیلاز باکتری Flavobacterium ammoniagenes هم نتایج امیدبخشی داشته است. در حال حاضر، از موتانت های با کارایی بالای E. coli برای تولید این اسیدآمینه استفاده می شود. بیوسنتز L- فنیل آلانین از پیش سازهای اریتروز-4-فسفات و فسفو انول پیروات از طریق حد واسط های شیکیمیک اسید، کوریسمیک اسید و پرفنیک اسید انجام می شود. این مسیر بیوسنتزی انشعابات فرعی هم دارد که منجر به تولید L- تیروزین و L- تریپتوفان می شود و بسیاری از آنزیم های مسیر به شدت تنظیم شونده می باشند.

به همین دلیل، برای تولید L- فنیل آلانین از موتانت های اکسوتروف استفاده می شود. از آن جایی که تمامی سویه های مولد از نظر L- تیروزین هم اکسوتروف هستند می توان با افزودن L- تیروزین به محیط کشت رشد را هم کنترل نمود و این یک مزیت محسوب می شود. اغلب ژن های این مسیر کلون شده اند و روش های ژنتیکی هم برای ایجاد سویه های با تولید دائمی بکار گرفته شده اند. بازدهی معادل gL-1 50 بعد از h 60 توسط سویه های E. coli گزارش شده است. فرمنتاسیون به روش نیمه خوراک دهی (fed-batch) انجام می شود، سلول ها با فیلتراسیون حذف می شوند و معمولا محصول نهایی با استفاده از تغلیظ توسط اولترافیلتراسیون به همراه کروماتوگرافی جذبی و کریستالیزاسیون بازیافت می گردد.

آسپارتام :

سنتز شیمیایی آسپارتام از دو اسید آمینه ی سازنده اش، مستلزم استفاده از گروه های محافظتی و سپس حذف آن ها می باشد. در حال حاضر استفاده از پروسه ی تولید آنزیمی در مقایسه با این پروسه ی چند مرحله ای، ساده تر می باشد. در پروسه ی آنزیمی، تنها گروه آمینوی L- آسپارتیک اسید است که باید محافظت شود و یک آنزیم هم برای کاتالیز آمیداسیون گروه α- کربوکسی L-Z آسپارتیک اسید (ایزومر تلخ مزه ی L- بتا- آسپارتیل- L- فنیل آلانین- متیل استر) با L- فنیل آلانیل متیل استر به کار گرفته می شود. با استفاده از این آنزیم حتی می توان از فنیل آلانین متیل استرهای راسمیک نیز در این پروسه استفاده نمود. آنزیم ترجیحی برای این واکنش آنزیم ترمولیزین باکتری Bacillus stearothermophilus می باشد و حلال مورد استفاده هم ایزو آمیل الکل است.

تولید آسپارتام

تولید آسپارتام

ترمولیزین مقاومت حرارتی بسیار بالایی دارد و امکان انجام پروسه در دمای °C 70 را فراهم می نماید و منجر به بازده بالای g L-1 h-1 30 می شود. محصول نهایی خلوص بالایی دارد و با کروماتوگرافی تعویض یونی خالص سازی می شود. آسپارتام تنها یکی از چندین شیرین کننده ی مصنوعی کم کالری است که اخیرا وارد بازار شده اند. از جمله این شیرین کننده ها می توان به سوکرالین (تری کلرو-گالاکتوسوکروز)، استویوسید (یک دی ترپن گلیکوزیله)، تائوماتین یا مونلین (به ترتیب پروتئین ها و پپتیدهای گلیکوزیله) و ادوانتام (یک دی پپتید تغییر یافته ی آسپارتیل-فنیل-آلانین که توسط کمپانی Ajinomoto توسعه یافته است) اشاره نمود.

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

کانال تلگرامی بیوتکنولوژی