بکارگیری یک روش سیستمی طراحی محیط کشت برای بهبود تولید زیست اتانول توسط سیانوباکتر سینکوسیستیس

استفاده از ابزارهای مهندسی ژنتیک برای تولید سویه صنعتی خصوصا از میکروارگانیسم های کمتر شناخته شده همچون سیانوباکترها همواره با محدودیت هایی مواجه است. در این تحقیق، از یک روش سیستمی به کمک دانش بین رشته ای زیست شناسی سامانه ها برای طراحی محیط کشت بجای طراحی سویه استفاده شد و توانمندی آن در افزایش تولید اتانول توسط سیانوباکتر سینکوسیستیس sp. PCC ۶۸۰۳ مورد ارزیابی آزمایشگاهی قرار گرفت. در این روش، مواد با هدف تنظیم فعالیت آنزیم های هدف نه با هدف مصرف توسط سلول به محیط کشت افزوده می شوند و بنابراین محیط کشت طراحی شده، محدودیت های درون سلولی برای تولید محصول زیستی را برطرف می کند. یک مدل متابولیکی برای تعیین حداقل میزان ترشح اتانول و شناسایی ژن هایی که کاهش یا افزایش بیان آنها این حداقل میزان را افزایش می دهند، بکار رفت. سپس، تنظیم کننده های آنزیم های بیان شده توسط ژن های هدف از پایگاه داده Brenda استخراج شد و اثر آنها بر تولید به طور تجربی ارزیابی شد و طراحی آزمایش برای بهینه سازی 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 بهینه سازی شد. محیط کشت تنظیمی پیشنهادی تولید اتانول توسط سینکوسیستیس را از ۳۵۲ به ۱۱۱۶ میلی گرم بر لیتر افزایش داد که نشان دهنده اثربخشی ترکیبات تنظیمی اضافه شده بر متابولیسم است. روش سیستمی پیشنهاد شده می تواند در طراحی محیط کشت دیگر محصولات مهم صنعت زیست فناوری کشور همچون پروتئین های نوترکیب کاربرد داشته باشد.

کلیدواژه ها:

Regulatory culture medium ، bio-fuel ، activator and inhibitor ، Brenda database ، design of experiment ، genom-scale metabolic model ، Synechocystis ، محیط کشت تنظیمی ، سوخت زیستی ، فعال کننده و ممانعت کننده ، پایگاه داده Brenda ، طراحی آزمایش ، مدل متابولیکی مقیاس ژنوم ، سیانوباکتر سینکوسیستیس