New Cellularand Molecular Biotechnology Journal

fa نقش مهاری آنزیم فورمات دهیدروژناز در رشد باکتری صنعتی BL21 Inhibitory role of formate dehydrogenase enzyme in the growth of BL21 industrial bacteria میکروبیولوژی Microbiology مقاله پژوهشی Research Article سابقه و هدف: متابولیسم بالا در حضور اکسیژن با سرعت رشد سریع در طیف وسیعی از ارگانیسم‌ها از جمله باکتری‌ها، مخمرها و یا سلول‌های سرطانی رخ می‌دهد. توانایی رشد با راندمان بالا نقش مهمی در بیوتکنولوژی بهویژه در طی فرآیند تولید پروتئین‌ها (بهطور ترجیحی نوترکیب) و یا ترکیبهای متابولیک مانند اسیدهای آلی و متابلیتهای ثانویه ایفا می‌کند. افزایش راندمان رشد باکتریها بهویژه باکتری اشرشیاکلی که موتور فعالیتهای تحقیقاتی و صنعتی است هدف آرمانی در بیوتکنولوژی میکربی است. در این تحقیق بر آن شدیم تا با بررسی مسیرهای متابولیکی E. coli راهکاری برای کاهش میزان CO2 تولیدی و در نتیجه افزایش راندمان تولید توده سلولی از مواد آلی در فرآیند رشد و تکثیر پیدا کنیم. مواد و روش-ها: مسیرهای متابولیکی مستند شده در وبگاه KEGG با دیدگاه کاهش راندمان تولید CO2 از اسید فرمیک بررسی شد. دو سویه باکتری ناک اوت شده با منشاء K12 از بانک میکروبی Keio تهیه شد. سپس، سویههای منتخب در محیط کمپلکس (LB) و ساده (M9+Glycerol) کشت داده شدند. میزان تولید توده سلولی در تیمارهای مختلف با اندازهگیری جذب نوری در 600 نانومتر با یکدیگر و همچنین با سویه استاندار BL21 مقایسه شدند. نتایج: در محیط پیچیده LB، موتان باکتریهای اشرشیا (W3866 و W4040.) نسبتبه BL21  از رشد بیشتری (در حدود 5 برابر درساعات 8 و 10 ساعته و 3 برابری در زمان 12 ساعته نسبتبه نمونههای دارای ژن فورمات دهیدروژناز) برخوردارند. البته این تفاوت در محیط ساده M9 بارزتر بود بهطوریکه رشد بیش از 6 برابری در زمان 24ساعت از انکوباسیون در نمونههای موتان فاقد ژن فورمات دهیدروژناز نسبتبه سویه مادر BL21 مشاهده نمودیم. بحث: آزمایشها با پیشبینیهای متابولیکی بهطور کامل مطابقت داشت و رشد باکتریهای موتان از باکتری BL21 بیشتر بود. نکته جالب توجه رشد بیشتر موتانها در محیط ساده حاوی گلیسرول بود که نشان داد گلیسرول منبع بهطور کامل مناسبی برای رشد باکتری اشرشیاکلی است. این نتایج دلایل عدم تطابق پیشبینیهای مدلهای متابولیکی قبلی که گلیسرول را یک منبع کربن مناسب برای رشد E. coli اعلام کرده بود، ولی در عمل به آن دست نمییافت، را توضیح میدهد. نتیجه گیری: در شرایط فیزیولوژیکی نرمال E. coli قادر به رشد بالایی در محیط گلیسرول نیست، حذف ژن فورمات دهیدروژناز در آن سبب تغییرهای اساسی در روند متابولیسمی و افزایش چند برابری رشد در مقایسه با سویه بیانی BL21 گردید که بیانگر نقش این آنزیم در جلوگیری از افزایش راندمان رشد E. coli در حضور گلیسرول است. بهعلاوه از سویه حاصل میتوان در بیان پروتئینهای نوترکیب با راندمان بالاتر استفاده نمود. Aim and Background: High metabolism occurs in the presence of oxygen with rapid growth rate in a wide range of organisms including bacteria, yeasts or cancer cells. The ability to grow at high yields plays an important role in biotechnology, especially during the production of proteins (preferably recombinant) or metabolic compounds such as organic acids and secondary metabolites. Increasing the growth efficiency of bacteria, especially Escherichia coli, which is the engine of research and industrial activities, is a noble goal in microbial biotechnology. In this study, we sought to find a solution to reduce the amount of CO2 produced and thus increase the production efficiency of cell mass from organic matter in the process of growth and proliferation by examining the metabolic pathways of E. coli. Materials and Methods: Metabolic pathways documented on the KEGG site were examined with a view to reducing the CO2 production efficiency of formic acid. Two strains of knockout bacteria of K12 origin were obtained from Keio microbial bank. Then, selected strains were cultured in complex (LB) and simple (M9 + Glycerol) media. Cell mass production in different treatments were compared with the standard BL21 strain based on optical absorption at 600 nm. Results: In the LB complex medium, Escherichia coli mutants (W3866 and W4040) grew faster than BL21 (approximately 5-fold at 8 and 10 h and 3 times at 12 h compared to samples with the dehydrogenase formate gene). However, this difference was more pronounced in the simple M9 medium, as we observed more than 6-fold growth in 24 hours of incubation in mutant samples lacking the FDH gene compared to the BL21 maternal strain. Discussion: The experiments were completely in line with metabolic predictions and the growth of mutant bacteria was higher than that of BL21. Interestingly, most mutants grew in a simple medium containing glycerol, which showed that glycerol is a very good source for the growth of Escherichia coli bacteria. These results explain the inconsistency of predictions of previous metabolic models that declared glycerol a suitable carbon source for the growth of E. coli, but did not achieve it in practice. Conclusion: Under normal physiological conditions, E. coli is not able to grow high in glycerol medium. Deletion of formate dehydrogenase gene caused fundamental changes in metabolic process and increased growth rate compared to BL21 strain, which indicates the inhibitory role of this enzyme in increased growth efficiency of E. coli in the presence of glycerol. In addition, the resulting strain can be used to express recombinant proteins with higher efficiency   اشرشیاکلی, مسیر متابولیکی, فورمات دهیدروژناز, افزایش ضریب رشد,.Iau Science Escherichia coli, Metabolic pathways, Formate dehydrogenase, Increased growth rate, Iau Science. 65 74 http://ncmbjpiau.ir/browse.php?a_code=A-10-1751-2&slc_lang=fa&sid=1 Roya Razavipour رویا رضوی پور 100319475328460012833 100319475328460012833 Yes Department Of Biology, Science and Research Branch Islamic Azad University, Tehran, Iran گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم وتحقیقات تهران، تهران،ایران Abbas Akhavan Sepahi عباس اخوان سپهی 100319475328460012834 100319475328460012834 No Department Of Microbiology, School Of Biology Sciences, North Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران Mohammad Hossein Modarressi محمد حسین مدرسی 100319475328460012835 100319475328460012835 No Department of Medical Genetics, School Of Medicine, Tehran University Of Medical Sciences, Tehran, Iran گروه ژنتیک پزشکی، دانشکده علوم پزشکی، دانشگاه تهران، تهران، ایران Bijan Bambai بیژن بمبئی Bambai2biotech@gmail.com 100319475328460012836 100319475328460012836 No Department Of Biotechnology Systems, National Institute Of Genetic Engineering and Biotechnology, Tehran, Iran گروه زیست فناوری سامانه‌ها، پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری، تهران، ایران