افزایش تولید کوآنزیم Q10 توسطGluconobacter oxydans H621 از طریق جهش شیمیایی و بررسی اثر جهش زایی نیتروزوگوانیدین با استفاده از روش سطح پاسخ

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 گروه زیست شناسی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 گروه آمار، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

چکیده
ایجاد جهش در سویه­های میکروبی جهت افزایش تولید کوآنزیم Q10 یکی از راهکارهای موفق برای توسعه سویه می­باشد. از اینرو در این پژوهش تولید کوآنزیم Q10 توسط Gluconobacter oxydans H621 از طریق ایجاد جهش شیمیایی با ماده نیتروزوگوانیدین با استفاده از روش سطح پاسخ مورد بررسی قرار گرفت. جهت ایجاد جهش از ماده نیتروزوگوانیدین در غلظتها (21/4- 79/2 میلی گرم بر میلی لیتر) و زمانهای مختلف تیمار (12/33- 89/11 دقیقه) استفاده شد که توسط یک طرح مرکب مرکزی طراحی شده بود. تشخیص سویه­های جهش یافته از طریق قابلیت رشد در محیط حاوی 160 میکروگرم بر میلی لیتر منادیون انجام گرفت. سپس سویه­های جهش یافته از لحاظ تولید کوآنزیم Q10 و وزن خشک سلولی مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که در غلظت 4 میلی گرم بر میلی لیتر از نیتروزوگوانیدین و بالاتر هیچ سویه جهش یافته­ای حاصل نشد. بیشترین تعداد کلنیهای جهش یافته در غلظت 79/2 میلی گرم بر میلی لیتر از نیتروزوگوانیدین و زمان تیمار 5/22 دقیقه به دست آمد. همینطور مشخص شد که غلظت نیتروزوگوانیدین بر جهش زایی موثر بود ولی زمان تیمار کردن تاثیر چندانی نداشت. سویه جهش یافته­ای که قادر به تولید بیشترین مقدار کوآنزیم Q10 بود، 2/5 میلی گرم بر لیتر تولید داشت که 2/2 برابر بیشتر از سویه والدینی بود. طبق نتایج این پژوهش، نتیجه­گیری می شود که با القای جهش توسط نیتروزوگوانیدین می توان در سویه Gluconobacter oxydans H621 سویه های جهش یافته ای را ایجاد کرد که قادر به تولید کوآنزیم Q10 بیشتری نسبت به سویه والدینی باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


1- Mu F, Luo M, Fu Y, Zhang X, Yu P, Zu Y. Synthesis of the key intermediate of coenzyme Q10. Molecules. 2011; 16:4097–103
2- Kobori Y, Ota S, Sato R, Yagi H, Soh S, Arai G, Okada H. Antioxidant cosupplementation therapy with vitamin C, vitamin E, and coenzyme Q10 in patients with oligoasthenozoospermia. Arch Ital Urol Androl. 2014; 86:1–4
3- Bogeski I, Gulaboski R, Kappl R, Mirceski V, Stefova M, Petreska J, Hoth M. Calcium binding and transport by coenzyme Q. J Am Chem Soc. 2011;133:9293–303.
4- Sean Qiu En Lee, Tsu Soo Tan, Makoto Kawamukai Ee Sin Chen. Cellular factories for coenzyme Q10 production. Lee et al. Microb Cell Fact (2017) 16:39. DOI 10.1186/s12934-017-0646-4
5- Kapoor P, Kapoor Kh (2013) Coenzyme Q10-a novel molecule. JIASM 14(1): 37-45
6- Choi JH, Ryu YW, Seo JH (2005) Biotechnological production and applications of coenzyme Q10. Appl Microbiol Biotechnol 68:9-15. Doi: 10.1007/s00253-005-1946-x
7- Cluis CP, Pinel D, Martin VJ (2012) The Production of coenzyme Q10 in microorganisms. Subcell Biochem 64:303-26. doi: 10.1007/978-94-007-5055-5_15.
8- Moghadami F (2020) The Effect of Pepper Extract on Coenzyme Q10 Production by Gluconobacter japonicus FM10. Modares J Biotechnol. Accepted
9- Yoshida H, Kotani Y, Ochiai K, Araki K (1998) Production of ubiquinone-10 using bacteria. J General and Appl Microbiol 44 (1): 19-26
10- Cluis CP, Ekins A, Narcross L, Jiang H, Gold ND, Burja AM, Martin VJJ (2011) Identification of bottlenecks in E.coli engineered for the production of CoQ10. Metabol Engin 13:733-744
11- Minitab 18 Statistical Software (2017). [Computer software]. State College, PA: Minitab, Inc. (www.minitab.com).
12- Ndikubwimana JD, Lee BH (2014) Enhanced production techniques, properties and uses of Coenzyme Q10. Biotechnol Lett. DOI:10.1007/s10529-014-1587-1
13- Qi Zh, Wang W, Yang H, Xia X, Yu X (2014) Mutation of Acetobacter pasteurianus by UV irradiation under acidic stress for high-acidity vinegar fermentation. Int J Food Sci Technol 49: 468–476
14- Najafi N, Hosseini R, Ahmadi A (2011) Impact of gamma rays on the Phaffia rhodozyma genome revealed by RAPD-PCR. Iranian J Microbiol 3(4) 216-221
15- Xu A, Yao J, Yu L, Lv S, Wang J, Yan B, Yu Z (2004) Mutation of Gluconobacter oxydans and Bacillus megaterium in a two-step process of L-ascorbic acid manufacture by ion beam. J Appl Microbiol. 96: 1317–1323
16- Bing Y, An X, Wan Zh, Wei Zh, Jun W (2006) Accumulation of 2-Keto-L-Gulonate at 33°C by a Thermotolerant Gluconobacter Oxydans Mutant Obtained by Ion Beam Implantation. Plasma Sci. Technol. 8 237
17- Jeya M, Moon HJ, Lee JL, Kim IW, Lee JK (2010) Current state of Coenzyme Q10 production and its application. Appl Microbiol Biotechnol 85: 1653-1663
18- Yuan Y, Tian Y, Yue T (2012) Improvement of Coenzyme Q10 Production: Mutagenesis Induced by High Hydrostatic Pressure Treatment and Optimization of Fermentation Conditions. J Biomed Biotechnol. doi:10.1155/2012/607329
19- Natori Y, Nagasaki T (1981) Enhancement of Coenzyme Q10 Accumulation by Mutation and Effects of Medium Components on the Formation of Coenzyme Q Homologs by Pseudomonas N842 and Mutants. Agric. BioI. Chem. 45 (10): 2175-2182
20- Kuratsu Y, Sakurai M, Hagino H. Inuzuka K (1984) Productivity and Colony Morphology Associated with Coenzyme Q10 Production by Agrobacterium Species. Agric. BioI. Chem. 48 (8): 1997-2002
21- Najafi M, Pezeshki P (2013) Bacterial Mutation; Types, Mechanisms and Mutant Detection Methods: a Review. European Sci J 4(4):628-638
22- Ma L, Lu W, Xia Z, Wen J (2010) Enhancement of dihydroxyacetone production by mutant of Gluconobacter oxydans.Biochem Eng J 49: 61-67
23- Kotera U, Umehara K, Kodama T (1972) Isolation method of highly tartaric acid producing mutants of Gluconobacter suboxydans. Agr Biol Chem 36(8) : 1307-1313
24- Crueger W, Crueger A (1990). Biotechnology: A Textbook of Industrial Microbiology. Mortazavi A, Karimi M. Ferdowsi university press. 1376, pp:43-45
25- Sakato K, Tanaka H, Shibata S, Kuratsu Y (1992) Agitation-aeriation studies on coenzyme Q10 production using Rhodopseudomonas sphaeroides. Biotechnol Appl Biochem 16:19-22
26- Ha SJ, Kim SY, Seo JH, Oh DK, Lee JK (2007) Optimization of culture conditions and scale-up to pilot and plant scales for Coenzyme Q10 production by Agrobacterium tumefaciens. Appl Microbiol Biotechnol 74:974-980
27- Kien NB, Kong IS, Lee MG, Kim JK(2010) Coenzyme Q10 production in a 150-l reactor by a mutant strain of Rhodobacter sphaeroides. J Ind Microbiol Biotechnol 37(5):521-9.