بيوسورفكتانتها

بيوسورفكتانتها

(از ژن تا كاربرد)

پیش‌گفتار

اصطلاح سورفکتانت به ترکیباتی اشاره می­کند که ویژگی­های کششی فعال دارند، یا به عبارت دیگر، مولکول­هایی که کشش بین دو سطح را کاهش می­دهند. فرمول شیمیایی آن­ها می­تواند بسیار متنوع باشد، اما همه آن­ها ماهیت دوگانه دارند و از این­رو می­توانند به­خوبی در حلال­های آبی و آلی حل شوند. سورفکتانت­ها بر پایه ویژگی­هایی ­چون توانایی کاهش کشش سطحی، افزایش حلالیت، قدرت شویندگی، توانایی مرطوب کردن و ظرفیت کف کنندگی، مورد مناسبی برای مصارف وسیع در صنایع به شمار می­روند.

هر چند، سورفکتانت­هایی که تاکنون در صنعت استفاده شده‌اند، تقریباً به طور انحصاری سورفکتانت‌های مصنوعی بوده‌اند. اصطلاح بیوسورفکتانت به ترکیبات کششی فعال مختلفی اشاره دارد که توسط سلول­های زنده تولید می­شود، اما بسیاری از مطالعات روی بیوسورفکتانت­هایی انجام گرفته که توسط باکتری­ها، مخمرها یا قارچ­ها تولید می­شوند. این ترکیبات شامل مولکول­هایی با ساختار­های شیمیایی متفاوت هستند که نقش­های مختلفی در چرخه‌ی زندگی هر یک از این میکروارگانیسم­ها ایفا می­کنند.

با وجود مقدار بسیار کم سورفکتانت در بازار که بیوسورفکتانت‌ها نماینده آن­هاست، به دلایل متعددی علاقه فزاینده­ای به بیوسورفکتانت­های میکروبی وجود دارد. دلیل اول این­که بیوسورفکتانت­ها نسبتاً غیر­سمی و زیست تخریب پذیر بوده در نتیجه، سازگار با محیط زیست می­باشند. دوم آن­که بیوسورفکتانت­ها دارای ساختارهایی منحصر­به­فردند که به دلیل کاربرد در سطوح بسیار متفاوت صنعت، از بیوتکنولوژی گرفته تا پاکسازی محیطی، مورد توجه قرار گرفته­اند.

این جلد از “رساله میکروبیولوژی” دانش کنونی و جدید­ترین پیشرفت­ها در زمینه بیوسورفکتانت‌های میکروبی را پوشش می­دهد. هر فصل از این کتاب به­وسیله یک یا تعداد بیشتری از دانشمندان متخصص که روی یک نوع از این بیوسورفکتانت­ها کار کرده­اند، به رشته تحریر در آمده است. این بررسی­ها شامل موارد زیر است: خصوصیات فیزیکوشیمیایی بیوسورفکتانت­ها، نقش بیوسورفکتانت­ها در فیزیولوژی میکروبی که تولید­کننده آن­هاست، مسیر بیوسنتزی تولید بیوسورفکتانت­ها که شامل تنظیم ژنتیکی و کاربرد­های بالقوه بیوتکنولوژیکی آن­ها می‌باشد.

از نویسندگان سهیم در این کتاب، به خاطر کیفیت بالای تلاششان، حسن برخورد آن­ها در پذیرش پیشنهادات و از همه مهم­تر سخاوتشان در زمان طولانی نگارش کتاب تشکر می­نماییم که مطمئنم با وجود برنامه­های سخت، بیان­گر تلاشی وافر است. بویژه، از GS-Ch از راینا م.مایر به دلیل به اشتراک گذاشتن دانشش در زمینه بیوسورفکتانت­ها و ابراز دوستی­اش تشکر فراوان دارم.

هم­چنین، از ژوتا لیندنبور به­خاطر حمایتش در مراحل ویراستاری و از Springer نیز به دلیل چاپ این رساله تقدیر می­نماییم. بسیار امیدواریم که نوشتن کتابی در زمینه جذاب سورفکتانت­های میکروبی مورد استقبال خوانندگان نیز قرار گیرد.

الکساندر استینبوخل

فهرست کتاب بيوسورفكتانتها

پیش‌گفتار

فصل اول/ بررسی اجمالی بیوسورفکتانها

خلاصه

مقدمه

ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی، تشکیل میسل‌ها و توده‌های تجمعی دیگر

تولید بیوسورفکتانتها در محیط.

نتیجه‌گیری

منابع

فصل دوم/ رامنولیپیدها: ردیابی، آنالیز، بیوسنتز، تنظیم ژنتیکی و مهندسی بیولوژیک تولید محصول

خلاصه

معرفی و بررسی اجمالی

ساختار، ردیابی و آنالیز رامنولیپیدها

روشهای تشخیص و آنالیز

کروماتوگرافی لایه نازک

کروماتوگرافی گازی

کروماتوگرافی مایع

کروماتوگرافی مایع همراه با طیف سنج جرمی

سایر روشهای اسپکتروسکوپی

بیوسنتز و تنظیم ژنتیکی

بیوسنتز رامنولیپیدها

بیوسنتز بخش لیپیدی رامنولیپیدها

ارتباط بیوسنتتیک بین بخش لیپیدی رامنولیپید و PHA

ارتباط بیوسنتتیک بین بخش لیپیدی رامنولیپیدها و مولکول‌های علامت‌دهنده کوئروم سنسینگ

بیوسنتز بخش رامنوز در رامنولیپیدها

سه واکنش آنزیمی آخر در بیوسنتز رامنولیپیدها

تنظیم بیوسنتز رامنولیپید

تنظیم ژنتیکی رامنوزیلترانسفرازها

تنظیم ژنتیکی بیوسنتز بخش قندی

تنظیم تولید رامنولیپید توسط عوامل محیطی، ارتباط بین کوئروم سنسینگ و محیط

استراتژیهای تخمیر

روش‌های مداوم و نیمه‌مداوم

کشت سلولهای ایستا

کشت‌های پیوسته و نیمه پیوسته

تخمیر حالت جامد

مشکلات ایجاد کف در طول تخمیر

عوامل تغذیه‌ای مؤثر در تولید رامنولیپید

منابع کربنی

نیتروژن، مواد معدنی و منابع یونی

هزینه پایین سوبستراها (منابع نیتروژن و کربن)

استخراج رامنولیپیدها

راهبردهای دیگر برای تولید رامنولیپیدها توسط سودوموناس آئروجینوزا

تولید هترولوگ رامنولیپیدها

تولیدکننده‌های رامنولیپید غیر از سودوموناس آئروجینوزا

منابع

فصل سوم/ سورفکتین و لیپوپپتیدهای دیگر از گونه‌های باسیلوس.

خلاصه

مقدمه: تاریخچه کشف لیپوپپتید در گونه‌های باسیلوس

سورفکتین ها از منابع آسیایی

ایتیورین‌ها از منابع آفریقایی

کشف همزمان فنجایسین و پلیپاستاتین

کورستاکین‌ها، خانواده جدیدی از لیپوپپتیدهای حاصل از گونه‌های باسیلوس

نتیجه

تنوع بالای ساختارها

سورفکتین و ترکیبات وابسته

خانواده ایتورین‌ها

فنجایسین یا پلیپاستاتین

ترکیبات لیپوپپتیدی دیگر، کورستاکین‌ها

نتیجه‌گیری

خطوط تنظیمی کاتالیتیکی در بیوسنتز لیپوپپتیدها: از ژنها تا مولکولهای زیستی

کشف سنتز غیرریبوزومی پپتیدها

دومین‌های اصلی کاتالیتیکی

دومین‌های کاتالیتیک ثانویه

میان‌کنش‌های پروتئین- پروتئین

سنتز پپتیدی غیر ریبوزومی سورفکتین و لیچنایسین

اپرون سورفکتین

اپرون لیچنایسین

ساختار کامل مدول خاتمه

کمپلکس هیبرید PLS/NRPS دخیل در بیوسنتز ایتورین

سنتز پپتید فنجایسین و پلیپاستاتین به روش سنتز غیرریبوزومی

کشف مکانیسم بیوسنتز کورستاکین

نتیجه‌گیری

تنظیم پیچیده بیوسنتز

کوئروم سنسینگ و انتشار سورفکتین

تأثیر فاکتورهای محیطی

نتیجه‌گیری

ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی و فعالیتهای زیستی: یک ارتباط قوی

ایتورین: یک ترکیب ضدقارچی قوی

فنجایسین و پلیپاستاتین: مدولاتورهای ایمنی در گیاهان و جانوران

لیپوپپتیدها: سلاحهایی چندبعدی برای زیست کنترل بیماریهای گیاهی

نتیجه‌گیری

استراتژی‌های جدید برای تولید بهینه ترکیبات لیپوپپتیدی موجود یا جدید

مهندسی مجدد سورفکتین سنتتازها

سنتز ترکیبی لیپوپپتیدها

بیوسنتز هدایت شده و بهینه سازی مولکولی

فرآیندهای زیستی جدید برای تولید پیوسته و استخراج لیپوپپتیدها

ارزیابی کمی غلظت‌های سورفکتین

تخلیص سورفکتین

فرآیندهای زیستی برای تولید لیپوپپتید

نتیجه‌گیری

کاربردهای صنعتی: رؤیا و واقعیت

کاربردهای عمده

نتیجه‌گیری

سپاسگزاری

منابع

فصل چهارم/ سراوتین و سایر سورفکتانتهای تولیدی توسط سراشیا

خلاصه

معرفی

تشخیص و آنالیز بیوسورفکتانتهای سراشیا

فعالیت مرطوب‌کنندگی سراشیا مارسسنس و راه‌های تشخیص آن

آنالیز لیپیدهای سراشیا از طریق کروماتوگرافی لایه نازک (TLC)

فعالیت‌های سطحی سراوتین جداشده

سایر عوامل مرطوب‌کننده سراشیا

خصوصیات تولید

ارتباط تولید سورفکتانتهای سراشیا با وزیکولهای خارج سلولی

جوانه‌زنی وزیکول‌های پرشده با سورفکتانتهای سراشیا

ساختار شیمیایی سراوتین و روبی‌وتین

سراوتین ، و

روبی‌وتین و

عملکردهای فیزیولوژیکی بیوسورفکتانتها

رشد انتشاری باکتریایی مستقل از فلاژل

رشد انتشاری باکتری وابسته به فلاژل

سایر فعالیت‌های بیولوژیکی سراوتین

ژنتیک بیوسنتز و تنظیم

ژنهای درگیر در بیوسنتز سراوتین

تنظیم کوئروم سنسینگ در بیوسنتز سراوتین

ژنهای تنظیم‌کننده‌ی کلی مرتبط با تولید اگزولیپید.

سخن پایانی

منابع

فصل پنجم/ ترهالولیپیدها

خلاصه

مقدمه

باکتری‌های تولیدکننده ترهالولیپید

ساختارهای شیمیایی

ترهالوزلیپیدهای رودوکوکوس

ترهالوز دی‌استرها

ترهالوز دی‌مایکولات جدید از  رودوکوکوس اوپاکوس CP1

ترهالوزلیپیدهای رودوکوکوس رابر 231 IEGM

سوکسینیل ترهالوز لیپیدها از رودوکوکوس اریتروپولیس 74-SP

ترهالوز دی‌استرها و تری‌استرهای مایکوباکتریوم فورتوئیتوم

ترهالوز تترااسترهای تولیدشده توسط رودوکوکوس و باکتریهای وابسته

آرتروباکتر sp. EK 1

رودوکوکوس وراتیسلاوینسیس 38BN

میکروکوکوس لوتئوس 56BN

رودوکوکوس اریتروپولیس 7T51

اکتاآسیل ترهالوز از رودوکوکوس A-13H

ویژگی فیزیکوشیمیایی

فعالیت زیستی

ترهالوز لیپیدها در مایکوباکتریا

ترهالوز لیپیدهای رودوکوکوس

بیوسنتز

تولید

سوبسترای به کار رفته در تولید ترهالوز لیپیدها

تجمع دیواره سلولی

تولید وابسته به رشد

منابع

فصل ششم/ لیپیدهای مانوزیل اریتریتول

چکیده

معرفی

منابع میکروبی و تنوع ساختاری MEL

تولیدکننده‌های MEL-A

تولیدکننده‌های MEL-B

تولیدکننده‌های MEL-C

اثر افزودن قندهای مختلف بر روی نوع MEL تولیدشده

اهمیت MEL

تنظیم ژنتیکی و بیوسنتز MEL

ارتباط تکاملی بین تولیدکننده‌های MEL

فرآیندهای زیستی مورد استفاده برای تولید MEL

فاکتورهای تأثیرگذار بر تولید MEL

منبع کربنی

منبع نیتروژن

اثر پیش‌سازهای هیدروفیل

اثر دما

دوره زمانی تولید MEL

رفتار فازی MEL

شکل‌گیری وزیکولها و توده‌های به لحاظ ترمودینامیکی پایدار توسط MEL

وزیکول‌های چندلایه‌ای و وزیکول‌های تک‌لایه‌ای بزرگ

فازهای کریستالین مایع لیوتروپیک MEL

ساختارهای تک‌لایه‌ای خودتجمعی موجود در MEL

کاربردها

فعالیت ضدمیکروبی MEL

MEL تمایز سلولی و آپاپتوز را القاء می‌کند

تخلیص گلیکوپروتئین‌ها

وزیکول‌ها برای ژن رسانی

مهار انباشتگی یخ

کاربردهای آرایشی بهداشتی MEL

چشم‌اندازها

نتیجه‌گیری

منابع

فصل هفتم/ سوفورولیپیدها

خلاصه

مقدمه

ساختار و ویژگی‌ها

میکروارگانیسم‌های مولد

رودوکوکوس بوگورینسیس

کاندیدا اپیکولا

کاندیدا بمبیکولا

ویکرهامییلا دومرکیا

کاندیدا باتیستا

بیوسنتز

مواد اولیه

آنزیمهای ویژه سوفورولیپید(sophorolipid-specific enzyme)

هیدروکسیلاسیون اسید چرب و پیامدهای آن

اتصال(جفت‌شدن) مولکولهای گلوکز

تغییرات نهایی

فرآیند تخمیر

شرایط کشت

سوبستراها

فرآورش پایین‌دستی

مهندسی ژنتیک کاندیدا بمبیکولا

توسعه جعبه ابزار مولکولی

مهندسی ژنتیک کاندیدا بمبیکولا برای تولید سوفورولیپیدهای متوسط زنجیر

کاربردهای سوفورولیپیدهای طبیعی

سوفورولیپیدهای اصلاح‌شده و کاربرد آنها

نتیجه‌گیری

منابع