غربالگری باکتری‌های جدا شده از رسوبات نفتی خلیج فارس با قابلیت تولید پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات و شناسایی ساختار فیزیکو‌شیمیایی پلیمر زیستی تولید شده

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران

چکیده
مقدمه و هدف: پلی‌هیدروکسی‌آلکانواتها (PHAs) پلیمرهایی با خصوصیات زیست‌تخریب‌پذیر و زیست‌سازگار هستند که در برخی از باکتری‌ها تولید می‌شوند. در مطالعه حاضر از رسوبات‌ نفتی جهت غربالگری باکتری‌های مولد پلی‌هیدروکسی‌آلکانوات استفاده ‌شد. سپس از محیط ‌کشت صنعتی پساب ‌نفتی به عنوان یک محیط ‌کشت ارزان قیمت و اقتصادی برای جداسازی و شناسایی سویه برتر مولد PHA استفاده ‌شد. در نهایت، خصوصیات شیمیایی و فیزیکی پلیمر زیستی استخراج شده با روش‌های FTIR، DSC و 1H-NMR مورد بررسی قرار گرفت.

یافته‌ها: از مجموع 76 سویه باکتریایی جدا شده، 11 سویه‌ دارای توانایی تولید پلیمر زیستی بودند که از میان آنها سویه Sb8 با 13/44% وزن خشک سلول و 2/1 گرم در لیتر در 27 ساعت به عنوان بهترین سویه تولید کننده پلی‌هیدروکسی‌آلکانوات در محیط کشت صنعتی انتخاب شد. این سویه پس از تعیین توالی به عنوانCitreicella thiooxidans شناسایی ‌شد. بعلاوه نتایج آنالیزهای فیزیکوشیمیایی نشان داد که پلیمر زیستی استخراج شده، پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات (PHB) است.

نتیجه گیری: پژوهش حاضر اولین گزارش از تولید PHB توسط سویه Citreicella thiooxidans بومی ایران می‌باشد که در طی آن غربالگری و شناسایی باکتری تولید کننده و تعیین نوع پلیمر زیستی تولید شده بررسی شد و قابلیت تولید در محیط کشت ارزان قیمت پساب نفتی مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به تولید پلیمر زیستی با درصد بازدهی قابل توجه بدون افزودن هیچگونه مکملی به محیط‌ کشت پساب ‌نفتی، می‌توان چنین استنباط کرد که سویه وحشی جدا شده توانایی بالقوه‌ای در تولید پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Luengo, J. M., Garcia, B., Sandoval, A., Naharro, G. and Olivera, E. R. (2003) Bioplastics from microorganisms. Curr Opin Microbiol 6(2), 251-260.
[2] Kalia, V. C., Raiada, N. and Sonakya, V. (2000) Bioplastics. J Sci Ind Res. 59, 433-445.
[3] Zinn, M. (2003) Tailor-made synthesis of polyhydroxyalkanoate. European Cells and Materials. 5, 38-39.
[4] Tsuge, T. (2002) Metabolic improvements and use of inexpensive carbon sources in microbial production of polyhydroxyalkanoates. J Biosci Bioeng. 6:579-584.
[5] Volova, T. G., Trusova, M. Y., Kalacheva, G. S. and Kozhevnicov, I. V. (2006) Physiological-biochemical properties and the ability to synthesize polyhydroxyalkanoates of the glucose-utilizing strain of the hydrogen bacterium Ralstonia eutropha B8562. Appllied Microbiology and Biotechnology. 73, 429- 433.
[6] Volova, T. G., Vasiliev, A. D., Zeer, E. P., Petrakovskaya, E. A. and Falaleev, O. V. (2000) Study of the molecular structure of polyhydroxybutyrate, a termoplastic and degradable biopolymer. Biofizika. 45, 445-451.
[7] Kadouri, D., Jurkevitch, E., Okon, Y. and Castro-Sowinski, S. (2005) Ecological and agricultural significance of bacterial polyhydroxyalkanoates. Critical Reviews in Microbiology. 31, 55-67.
[8] Ren, Q., Grubelnik, A., Hoerler, M., Ruth, K., Hartmann, R., Felber, H. and Zinn, M. (2005) Bacterial poly(hydroxyalkanoates) as a source of chiral hydroxyalkanoic acids. Biomacromolecules. 6, 2290-2298.
[9] Chen, G. Q., and Wu, Q. (2005) The application of polyhydroxyalkanoates as tissue engineering materials. Biomaterials. 26, 6565-6578.
[10] Ozdil, D., and Aydin, H. M. (2014) Polymers for medical and tissue engineering applications. J Chem. Technol Biotechnol. 89(12), 1793-1810.
[11] Akaraonye, E., Keshavarz, T., and Roy, I.(2010) Production of polyhydroxyalkanoates: the future green materials of choice. J Chem Technol Biotechnol. 85, 732-743.
[12] Albuquerque, MGE., Eiroa, M., Torres, C., Nunes, B. R., and Reis, M. A. M. (2007) Strategies for the development of a side stream process for polyhydroxyalkanoate (PHA) production from sugar cane molasses. J Biotechnol. 130, 411–421.
[13] Bhattacharyya, A., Pramanik, A., Maji, S. K., Haldar, S., Mukhopadhyay, U. K., and Mukherjee, J. (2012) Utilization of vinasse for production of poly-3-(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) by Haloferax mediterranei. AMB Express. 9:2(1), 34.
[14] Sathiyanarayanan, G., Kiran, G. S., Selvinc, J., and Saibaba, G. (2013) Optimization of polyhydroxybutyrate production by marine Bacillus megaterium MSBN04 under solid state culture. Int J Biol Macromol. 60, 253-261.
[15] Haas, R., Jin, B., and Zepf, F. T. (2008) Production of poly(3-hydroxybutyrate) from waste potato starch. Biosci Biotechnol Biochem. 72, 253–256.
[16] Priyadharshini, S., Sajayyan, A., and Ravindran, A. (2018) Optimization and production of Polyhydroxy butyrate from a Marine sponge associated Bacteria MSI21. International Journal of Emerging Technologies and Innovative Research. 5(9), 849-853.
[17] Hahn, S. K., Chang, Y. K., Kim, B. S., Lee, K. M., and Chang, H. N. (1993) The recovery of poly(3-hydroxybutyrate) by using dispersions of sodium hypochlorite solution and chloroform. Biotechnology Techniques. 7(3), 209-212.
[18] Law, J., and Slepecky, R.A. (1961) Assay of poly-beta-hydroxybutyric acid. Journal of Bacteriology. 82, 52–55.
[19] Pal, A., Parbhu, A., Kumar, A. A., Rajagopal, B., Dadhe, K., Pannamma, V., and Shivakumar, S. (2002) Optimization of Process Parameters for Maximum Poly (β) hydroxybutyrate (PHB) production by Bacillus thuringiensis IAM 12077. Polish Journal of Microbiology. 2, 149-154.
[20] Preethi, R., Sasikala, P., and Aravind, J. (2012) Microbial production of polyhydroxyalkanoate (PHAs) utilizing fruit waste as a substrate. Res in Biotech. 3(1), 61–69.
[21]. Shrivastava, A., Mishraa, S. K., Shethia, B., Pancha, I., Jain, D., and Mishraa, S. (2010) Isolation of promising bacterial strains from soil and marine environment for polyhydroxyalkanoates (PHAs) production utilizing Jatropha biodiesel byproduct. Int J Biol Macromol. 47, 283–287.
[22] Contreras, A. R., Koller, M., Dias, M. M. S., Monfort, M. C., Braunegg, G., and Calvo, M. S. M. (2013) High production of poly (3-hydroxybutyrate) from a wild Bacillus megaterium bolivian strain. J Appl Microbiol. 114(5), 1378–1387.
[23] Sorokin, D. Y., Tourova, T. P., and Muyzer, G. (2005) Citreicella thiooxidans gen. nov., sp. nov., a novel lithoheterotrophic sulfur-oxidizing bacterium from the Black Sea. Syst Appl Microbiol. 28, 679-687.
[24] Ahn, J., Jho, E. H., and Nam, K. (2015) Effect of C/N ratio on polyhydroxyalkanoates (PHA) accumulation by Cupriavidus necator and its implication on the use of rice straw hydrolysates. Environmental Engineering Research. 20(3), 246-253.
[25] Goff, M., Ward, P.G., and O’Connor, K.E. (2007) Improvement of the conversion of polystyrene to polyhydroxyalkanoate through the manipulation of the microbial aspect of the process: a nitrogen feeding strategy for bacterial cells in a stirred tank reactor. J Biotechnol 132:283–286.
[26] Bosco, F., and Chiampo, F. (2010). Production of polyhydroxyalkanoates (PHAs) using milk whey and dairy wastewater activated sludge Production of bioplastics using dairy residues. J. Biosci. Bioeng. 109, 418–421.
[27] Yuan, Q., Sparling, R., and Oleszkiewicz, J. (2020) Polyhydroxybutyrate Production from Municipal Wastewater Activated Sludge with Different Carbon Sources. J. Air, Soil and Water Research. 8(1).
[28] Hong, K., Sun, S., Tian, W., Chen, G. Q., and Huang, W. (1999) A rapid method for detecting bacterial polyhydroxyalkonates in intact cells by Fourier transform infrared spectroscopy. Appl Microbiol Biotechnol. 51, 523–526.