بهینه سازی تولید هیالورونیک اسید توسط استرپتوکوکوس زواپیدمیکوسATCC 43079 با روش سطح پاسخ

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری

چکیده
هیالورونیک اسید (HA) پلیمر طبیعی و خطی است که به علت توانایی بالا در حفظ رطوبت و ویسکوالاستیسیتی و همچنین غیر ایمنی زایی و غیر سمی بودن، کاربردهای بسیاری در زمینه های پزشکی، آرایشی-بهداشتی و غذایی دارد. HA در مقیاس صنعتی توسط گونه‌های استرپتوکوکی تولید شده است. استرپتوکوکها از انواع باکتری های لاکتیکی با نیازهای غذایی پیچیده هستند و توانایی ساخت برخی از اسید آمینه ها را ندارند. بنابراین، پژوهش بر روی انتخاب محیط کشت صنعتی برای رشد آنها ضروری است. در این مطالعه، تولید هیالورونیک اسید و آنزیم هیالورونیداز در سویه استرپتوکوکوس ‌زواپیدمیکوس ATCC 43079 در سه محیط کشت مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به تاثیر این آنزیم بر کاهش مقدار هیالورونیک اسید، از ماده 6- پالمیتوییل آسکوربیک اسید برای مهار این آنزیم در طی فرایند تخمیر استفاده شد. طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ (RSM) انجام شد و تاثیر متغیرهای غلظت گلوکز، عصاره مخمر و pH هر کدام در 3 سه سطح بر تولید هیالورونیک اسید بررسی شد. نتایج نشان داد بیشینه تولید هیالورونیک اسید در این باکتری در حضور مقادیر 2/21 گرم بر لیتر گلوکز، 6/43 گرم بر لیتر عصاره مخمر و 6/6 pH به دست می آید. در شرایط بهینه، مقدار تولید HA به 15 ±370 میلی گرم بر لیتر رسید که نسبت به محیط پایه (10±150 میلی گرم بر لیتر)، حدود 150 درصد افزایش نشان داد و مقدار بهره دهی تولید به 74/56 گرم بر لیتر ساعت رسید که دو برابر بهره دهی در نقطه مرکزی بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


1. Moscovici, M. (2015) Present and future medical applications of microbial exopolysaccharides, Front Microbiol. 6, 1012.
2. Boeriu, C. G., Springer, J., Kooy, F. K., van den Broek, L. A. and Eggink, G. (2013) Production methods for hyaluronan, Int. J. Carbohydrate Chem. 2013, 1-14.
3. Matarasso, S. L. (2004) Understanding and using hyaluronic acid, Aesthetic Surgery J. 24(4), 361-364.
4. Chen, W. Y., Marcellin, E., Hung, J. and Nielsen, L. K. (2009) Hyaluronan molecular weight is controlled by UDP-N-acetylglucosamine concentration in Streptococcus zooepidemicus, J. Biol. Chem. 284 (27), 18007-14.
5. Jagannath, S. and Ramachandran, K. (2010) Influence of competing metabolic processes on the molecular weight of hyaluronic acid synthesized by Streptococcus zooepidemicus, Biochem. Eng. J. 48(2), 148-158.
6. Kendall, F. E., Heidelberger, M. and Dawson, M. H. (1937) A serologically inactive polysaccharide elaborated by mucoid strains of group A hemolytic streptococcus, J. Biol. Chem. 118(1), 61-69.
7. Kim, J.-H., Yoo, S.-J., Oh, D.-K., Kweon, Y.-G., Park, D.-W., Lee, C.-H. and Gil, G.-H. (1996) Selection of a Streptococcus equi mutant and optimization of culture conditions for the production of high molecular weight hyaluronic acid, Enzyme Microb. Technol. 19(6), 440-445.
8. Widner, B., Behr, R., Von Dollen, S., Tang, M., Heu, T., Sloma, A., Sternberg, D., DeAngelis, P. L., Weigel, P. H. and Brown, S. (2005) Hyaluronic acid production in Bacillus subtilis, Appl. Environ. Microbiol. 71(7), 3747-3752.
9. Saranraj, P. and Naidu M. A. (2013) Hyaluronic Acid Production and its Applications - A Review, Int. J. Pharmaceutical Biol. Archive, 4(5), 853-859.
10. Gallo, N., Nasser, H., Salvatore, L., Natali, M., L., Campa, L., Mahmoud, M., Capobianco, L., Sannino, A., and M. Madaghiele (2019) Hyaluronic acid for advanced therapies: Promises and challenges, Eur. Polymer J. 117, 134-147.
11. Gao, H.-J., Du, G.-C. and Chen, J. (2006) Analysis of metabolic fluxes for hyaluronic acid (HA) production by Streptococcus zooepidemicus, World J. Microbiol. Biotech., 22(4), 399-408.
12. Lee, G.-Y., Ha, S.-J., Jung, J.-H., Seo, D.-H., Park, J.-Y., Kim, S.-R., Park, N.-W., Kweon, D.-K., Park, S.-H. and Park, C.-S. (2009) Effect of non-animal-derived nitrogen sources on the production of hyaluronic acid by Streptococcus sp. KL0188, J.Korean Society Appl. Biol. Chem. 52(3), 283-289.
13. Pan, N. C., Vignoli, J. A., Baldo, C., Pereira, H. C. B., Silva, R. S. d. S. F. and Celligoi, M. A. P. C. (2015) Effect of fermentation conditions on the production of hyaluronic acid by Streptococcus zooepidemicus ATCC 39920, Acta Scientiarum. Biol. Sci. 37(4), 411-417.
14. Armstrong, D., Cooney, M. and Johns, M. (1997) Growth and amino acid requirements of hyaluronic-acid-producing Streptococcus zooepidemicus, Appl. Microbiol. Biotechnol. 47(3), 309-312.
15. Zhang, J., Hao, N. andChen, G.-Q. (2006) Effect of expressing polyhydroxybutyrate synthesis genes (phbCAB) in Streptococcus zooepidemicus on production of lactic acid and hyaluronic acid, Appl. Microbiol. Biotechnol. 71(2), 222-227.
16. Botzki, A., Rigden, D. J., Braun, S., Nukui, M., Salmen, S., Hoechstetter, J., Bernhardt, G., Dove, S., Jedrzejas, M. J. and Buschauer, A. (2004) l-Ascorbic Acid 6-Hexadecanoate, a Potent Hyaluronidase Inhibitor X-ray structure and molecular modeling of enzyme-inhibitor complexes. J. Biol. Chem. 279(44), 45990-45997.
17. Song, J.-M., Im, J.-H., Kang, J.-H. and Kang, D.-J. (2009) A simple method for hyaluronic acid quantification in culture broth, Carbohydrate polymers, 78(3), 633-634.
18. Aroskar, V., Kamat, S. and Kamat, D. (2012) Effect of various nutritional supplements on hyaluronic acid production, IIOAB Letters, 2, 16-24.
19. Liu, L., Liu, Y., Li, J., Du, G. and Chen, J. (2011) Microbial production of hyaluronic acid: current state, challenges, and perspective, Microb. Cell Fact, 10(1), 1-9.
20. Shih, W.-Y., Lai, H.-H., Chen, N.-Y., Shih, L., Huang, Y.-C., Lin, T.-S. and Wu, J.-Y. (2013) Effect of Environmental factors on production of hyaluronic acid by Streptococcus zooepidemicus, Int. J. Sci. Eng. 3(4), 5-21.
21. Khue, N. T. H., VO, P. T. M. (2013) Study of complex nutrients, temperature and salts on hyaluronic acid production in Streptococcus zooepidermicus ATCC 43079. J. Appl. Pharm. Sci., 3, 12-15.