زیست فناوری

چکیده بیماری پارکینسون دومین بیماری شایع تحلیل‌برنده سلول‌های عصبی، بعد از آلزایمر محسوب ‌می‌شود و میزان ابتلابه آن در جهان روبه افزایش است. در بیماری پارکینسون با تخریب نورون‌های دوپا‌مینرژیک در قسمت فشرده‌ی جسم سیاه مغز همراه است که منجر به اختلالات شدید حرکتی می شودکه همراه با ازدست رفتن پایانه‌‌های نورونی بطور عمده در پوتامن خلفی است. ویژگی دیگر بیماری پارکینسون در نواحی آسیب دیده مغزی؛ گسترش تجمعات آمیلوئیدی آلفا‌سینوکلئین در پلاک‌های پروتئینی به نام لویی بادی است. تاکنون درمان موثر برای محافظت نورونی پیدا نشده است و داروهای تایید شده صرفا برای کاهش یا رفع علائم بیماری ‌تجویز میشوند از جمله برای افزایش ترشح دوپامین و یا کاهش فعالیت استیل‌کولین در سیستم عصبی مرکزی است و ارائه یک روش درمانی موثر که را در مراحل اولیه بیماری بهبود دهد ضرورت دارد. باوجود پیشرفت هایی در توسعه داروهایی که می توانند مرگ سلول عصبی را کاهش و نورون‌ها را در برابر آسیب محافظت کنند حاصل شده است، اما دارورسانی هدفمند، یک مشکل اساسی در این زمینه می باشد. در این راستا استفاده از فناوری‌های به‌ روز برای عبوردهی داروها از سدخونی مغزی بدون آسیب به مغز ارزشمند است. در این زمینه امواج متمرکز فراصوت، امکان باز شدن موقتی سد خونی- مغزی برای تسهیل نفوذ فاکتورهای محافظت‌کننده عصبی را به مناطق عمقی مغزبدون نیاز به جراحی فراهم می‌سازد. در این مطالعه مروری، کاربرد امواج متمرکز فراصوت به عنوان راهکار جدید دارورسانی در مدل‌های بیماری پارکینسون و کاربرد بالقوه بالینی عوامل محافظت‌کننده عصبی ارائه می‌شود.

چکیده فرآیند تولید توکسویید دیفتری توسط نرم افزار SuperPro Designer طراحی و تاثیر اعمال تغییرات در فرآیند بر بازده و هزینه­های تولید بررسی شد. با علم بر فرآیند واقعی تولید توکسویید، از بیوراکتور با شرایط عملیاتی بهینه و از سانتریفیوژ صنعتی دیسک انباشته به جای فیلتر پرس به منظور جداسازی پیکره باکتری استفاده شد. اعمال این تغییرات همراه با افزودن پمپ میان بیوراکتور و سانتریفیوژ بود. نتایج نشان می­دهد که بهبود شرایط عملیاتی بیوراکتور می­تواند موجب افزایش 25 درصدی تولید توکسین، یعنی افزایش تولید از 7 میلیون دوز به 75/8 میلیون دوز ­شود. هدررفت توکسین در فیلتر پرس (14 درصد) با استفاده از سانتریفیوژ کاملا برطرف و در مجموع موجب افزایش 44 درصدی تولید توکسویید خواهد شد. همچنین، این تغییرات می­تواند منجر به کاهش 16 درصدی زمان فرآیند، کاهش 29 درصدی آب مصرفی و اما افزایش 32 درصدی مصرف انرژی شود. به طور کلی نتایج شبیه­سازی نشان داد هزینه­ مربوط به تجهیزات جدید در فرآیند بهبود ­یافته­ی پیشنهادی طی دو بچ تولید قابل برگشت خواهد بود.

چکیده امرزه استفاده از بیوکاتالیست‌ها در صنعت اهمیت فراوانی دارد. چون آنها واکنش‌های شیمیایی را با صرف کمترین انرژی و بالاترین بازده انجام می‌دهند. در این بین آنزیم‌های باکتریایی با توجه به روش آسان کلون‌سازی و بیان بالای پرتئین‌ها در میزبان قابل دستورزی اهمیت خاصی دارند. آنزیم سلولاز فراوانترین پلیمر موجود در طبیعت را به واحدهای گلوکز هیدرولیز می‌کند. ‌گلوکز تولید شده از این روش می‌تواند کاربردهای متنوع داشته باشد از جمله تولید سوخت زیستی، شیرین کننده در صنایع غذایی و تولید اتانول. با توجه به کاربرد گسترده این آنزیم، در سال‌های اخیر کلون‌سازی و تولید آن در میزبان‌های دستورزی شده گسترش یافته است. این مطالعه به منظور جداسازی، غربالگری و شناسایی سویه‌های بومی تولید کننده آنزیم اندوگلوکاناز از نمونه‌های خاک اطراف ریشه درخت افرا در منطقه شمال کشور انجام شد. سویه‌های جدا شده با استفاده از توالی یابی ژن 16S rRNA شناسایی شدند. پس از شناسایی نوع باکتری(Enterobacter hormaechei) ، تکثیر ژن آنزیم اندوگلوکاناز ابتدا توسط آغازگرهای دژنره و سپس توسط آغازگرهای اختصاصی دارای توالی‌های برشی انجام شد و الحاق ژن در پلاسمید مناسب با استفاده از آنزیم‌های برشی و الحاقی مناسب صورت گرفت. سپس پلاسمید نوترکیب حاصل به میزبان E.coli BL-21 ‌منتقل شد و بیان پروتئین هدف با تحریک اوپران لک در غلظت mM 1 IPTG انجام گرفت. ثابت‌های کینتیکی آنزیم از جمله Vmax و Km به ترتیب برابر با 45 میکرومول در دقیقه و 4/1 میلی‌گرم در میلی لیتر محاسبه گردید. بهینه شرایط فعالیت آنزیم نوترکیب تولید شده در دمای °C37 و pH 7 می‌باشد.

چکیده ترانستیرتین یک پروتئین هموتترامر ۵۵ کیلو دالتونی بسیار محافظت شده است که در چندین گونه مهره داران از جمله انسان وجود دارد و در باکتری ها، نماتدها و گیاهان نیز مشاهده می­شود. مطالعات قبلی صورت گرفته، نشان می­دهد که تعامل مستقیم بین ترانستیرتین و آمیلوئید بتا (عامل بیماری آلزایمر) وجود دارد که منجر به مهار تجمع آمیلوئید بتا، تخریب فیبریلی یا هر دو می­شود، در سال­های گذشته، شواهد نشان می­دهد که گونه­های اولیگومری أمیلوئید بتا که در اثر فرایند تجمع تشکیل شده­اند، سمی­تر از فیبریل­های بالغ هستند. مطالعات نشان داده است که چنین واسطه الیگومری نیز توسط میانکنش با پروتئین­های ترانستیرتین تعدیل می­شود، هرچند هنوز مکانیسم دقیق اتصال آمیلوئید بتا به پروتئین ترانستیرتین مشخص نشده است. در این مطالعه پس از تخلیص پروتئین ترانستیرتین انسانی، اثرات مهاری پروتئین ترانستیرتین برای تشکیل آمیلوئید بتا به روش­های مختلف نشان داده شد و در نهایت به کمک مطالعات سنجش هیدروفوبیسیته سطحی نقش این میانکنش­ها در فعالیت چاپرونی ترانستیرتین مورد بررسی قرار گرفت. رسم نمودار اسکاچارد برای بیان کمی میزان آبگریزی سطحی پروتئین (PSH) حاکی از افزایش میزان هیدروفوبیسیته ترانستیرتین پس از اتصال به فرم­های اولیگومری آمیلوئید بتا را دارند. نتایج ارائه شده در این تحقیق بینشی در مورد طبیعت و میانکنش های درگیر در مراحل اولیه تشکیل فیبریل در پروتئین آمیلوئید بتا و نحوه میانکنش آن با ترانستیرتین فراهم می­کند. نتایج نشان داد که احتمالا میانکنش­های هیدروفوبیسیته در اتصال مورد مطالعه نقش دارد. با توجه به شباهت سیستم­های تشکیل آمیلوئید، یافته­های توصیف شده می­تواند درک عمیق­تری از آسیب­شناسی بیماری­های آمیلوئیدی ایجاد کند.

چکیده در سال‌های اخیر با توجه به کمبود منابع جنگلی و همچنین افزایش میزان مصرف کاغذ و مقوا، بسیاری از تولیدکنندگان خمیر و کاغذ استفاده از منابع مختلف الیاف بازیافتی را توسعه داده‌اند. بنابراین بازیافت کاغذ یک راه‌کار موثر و سازگار با محیط زیست برای حفظ منابع جنگلی بوده که در نهایت منجر به صرفه‌جویی در تنوع طبیعی و مصرف انرژی می‌شود. استفاده از زیست‌فناوری در بخش‌های مختلف صنایع فرآورده‌های سلولزی همچون خمیرسازی زیستی، رنگ‌بری زیستی، مرکب‌زدایی زیستی، تصفیه زیستی پساب و... مورد توجه قرار گرفته و دستاوردهای خوبی نیز در این زمینه به‌دست آمده است. استفاده از آنزیم‌ها در فراوری الیاف بازیافتی یکی از مهم‌ترین جنبه‌های کاربردی علم زیست‌فناوری در صنایع سلولزی است. استفاده از فناوری‌های آنزیمی به عنوان فرآیند دوست‌دار محیط زیست منجر به تغییر در فرآیندهای صنعتی شده و قابلیت‌های زیادی را در حل بسیاری از مشکلات الیاف بازیافتی به‌ویژه مشکلات مربوط به مرکب‌زدایی کاغذ باطله، سرعت آب‌گیری خمیرکاغذ، استخوانی شدن (شاخه‌ای) الیاف، پالایش و مواد چسبناک نشان داده است. به‌طور کلی مرکب‌زدایی با آنزیم‌ها تحت شرایط اسیدی یا خنثی، میزان مصرف مواد شیمیایی را کاهش داده و زردی کاغذهای بازیافتی را در شرایط مرکب‌زدایی متداول قلیایی کاهش می‌دهد. امروزه استفاده از آنزیم‌های سلولزی (سلولاز و همی‌سلولاز) و اکسایشی (مانند لاکاز) و همچنین آمیلاز و پکتیناز نتایج قابل قبولی را برای مرکب‌زدایی انواع مختلف کاغذهای باطله نشان داده‌اند به‌طوری که اغلب آزمایش‌های انجام شده در واحدهای نیمه صنعتی و همچنین صنعتی اثبات کردند که مرکب‌زدایی با آنها می‌تواند موجب کاهش هزینه مواد شیمایی، افزایش میزان جداسازی ذرات مرکب

چکیده فراریت اسانس‌ها و ناپایداری آن‌ها در برابر عوامل محیطی، موجب محدودیت استفاده از آن‌ها می‌گردد. با این وجود، کپسوله ‌کردن در نانوذرات پلیمری می‌تواند به طور قابل توجهی نیمه عمر این ترکیبات را افزایش دهد و استفاده از آن‌ها را به مدت طولانی‌تری، امکان‌پذیر نماید. در میان انواع پلیمرهای مورد استفاده در کپسولاسیون اسانس‌ها، پلیمر زیست‌تخریب‌پذیرکیتوسان به دلیل سمیت پایین و رهایش کنترل شده بسیار مورد توجه است. از اینرو، پژوهش حاضربا هدف نانوکپسولاسیون کارواکرول و تیمول درکیتوسان با تکنیک ژل‌سازی یونی انجام گرفت؛ و با در نظر گرفتن سه متغیر غلظت کیتوسان (۱/۰- ۳/۰ درصد)، غلظت TPP (۱/۰- ۲/۰ درصد) و غلظت اسانس (۱/۰- ۲/۰ درصد)، متوسط اندازه‌ی نانوذرات با استفاده از روش سطح پاسخ و طرح مرکب مرکزی بهینه‌سازی شد. توزیع اندازه‌ی ذرات و شاخص پراکندگی (PDI) نانوفرمولاسیون‌های آماده‌سازی شده به کمک آنالیز DLS، تأیید بارگیری اسانس با آنالیز FTIR و بازده‌ی کپسولاسیون به روش اسپکتروفتومتری تعیین شد. در ادامه، نتایج حاصل از بهینه‌سازی سنتز نانوذرات مورد بررسی قرار گرفت که بر این اساس، شرایط بهینه‌ی سنتز نانوذرات کیتوسان- تیمول و دستیابی به سایز ۱۰۱ نانومتر و بازده‌ی کپسولاسیون ۷۲ درصد، غلظت ۱۱/۰ درصد کیتوسان، ۱۹/۰ درصد TPP و ۱۴/۰ درصد تیمول تعیین شد. در مورد نانوذرات کیتوسان- کارواکرول، غلظت ۱۳/۰ درصد کیتوسان، ۱۹/۰ درصد TPP و ۱۵/۰ درصد کارواکرول منجر به تشکیل نانوذراتی با سایز ۹۵ نانومتر و بازده‌ی کپسولاسیون ۶۵ درصد گردید. به ‌طورکلی، نتایج این مطالعه توانایی روش سطح پاسخ جهت پیش‌بینی اندازه و پراکندگی ذرات نانوفرمولاسیون‌های کیتوسان حاوی کارواکرول و تیمول را نشان داد.

چکیده آنژیوژنز در بسیاری از فرآیندهای فیزیولوژیک و پاتولوژیک از جمله رشد تومور دخالت دارد و VEGF مهم­ترین فاکتور در این فرایند محسوب می­شود. امروزه تولید آنتی­بادی های تک دمینی (VHH) با ویژگی مهار فاکتورهای رشد در تومورهای سرطانی یکی از راهکار­های جدید درمان سرطان می­باشد. در پژوهش قبلی ما مشخص شد VHHهای شتری تهیه شده با استفاده از نمایش فاژی علیه VEGF در مهار آن نقش اساسی ایفا می­کند. در این بین VHHی که دارای بیشترین تمایل به جایگاه اتصال به VEGF در بین دیگر اعضا کتاب­خانه فاژیVHH ها تهیه شده بود، انتخاب شد. با توجه به کارایی بیان سطحی E. coli با استفاده از موتیف لنگری پروتئین هسته‏زایی یخ (INP)، از این سیستم برای بیان پروتئین­ استفاده شد. از آنجا که در اتصال INP به سطح سلول فقط دمین انتهای آمینی نقش دارد، در طراحی سازه ژنی از 537 جفت باز ابتدایی ژن InaK استفاده شد. همچنین با قراردادن جایگاه برش آنزیم پروتئاز TEV بین INP وVEvhh10، امکان جداسازی موفقیت آمیز VEvhh10 از سطح سلول باکتری فراهم گردید. بیان سطحی با استفاده از پلاسمید pET-21a حاوی INP و VEvhh10علیه VEGF انجام شد. نتایج نشان داد دنباله INPگزینه مناسبی برای بیان سطحی VEvhh10در E. coli می­باشد. پس از تولیدVEvhh10 نوترکیب، جداسازی و تخلیص با استفاده از سانتریفیوژ و شستشوی متعدد انجام گرفته و اتصال آن به VEGF مورد بررسی قرار گرفت. اتصال موفقیت­آمیزVEvhh10 به VEGF نشان داد که پروتئین نوترکیب حاصل می­تواند برای کاربردهای درمانی و تشخیص بالینی بیماران در آینده مورد استفاده قرار گیرد.

چکیده آنزیم کندروئیتیناز ABCI نوترکیب، یک لیاز باکتریایی است که گلیکوزآمینوگلیکان‌ها را تجزیه می‌کند و موجب رشد آکسون‌ها و بهبود عملکرد می‌شود.اما نگهداری این آنزیم به دلیل ناپایداری آن بسیار محدود شده است. یکی از راهبردهای غلبه بر این محدودیت تثبیت آنزیم می‌باشد. در این پژوهش، آنزیم کندروئیتیناز ABCI جداسازی شده از باکتری پروتئوس ولگاریس بر نانوذرات هیدروکسی‌آپاتیت، تثبیت شد. هیدروکسی‌آپاتیت یک زیست مواد سرامیکی فاقد سمیت بوده و دارای مساحت سطح بالایی می‌باشد، که برای بارگذاری مقدار زیادی از آنزیم سودمند است. بنابراین برای افزایش پایداری آنزیم کندروئیتیناز ABCI، تثبیت بر روی نانوذرات هیدروکسی آپاتیت به مدت 4 ساعت از طریق جذب فیزیکی در بافر فسفات در سه pH ۵، 6/8 و ۸ در دمای 4 درجه سانتی گراد انجام شد. در ادامه تثبیت آنزیم بر روی نانوذرات هیدروکسی آپاتیت از طریق تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی روبشی- نشر میدانی و طیف‌سنجی فرابنفش، قبل و بعد از تثبیت مورد تایید قرار گرفت. سپس جهت بدست آوردن pH و دمای بهینه، میزان فعالیت نانوسیستم (نانوهیدروکسی آپانیت حاوی آنزیم) درسه pH و دما (^◦C۴، ^◦C۲۵و^◦C۳۷) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج فعالیت بالاتری را در pH ۵ و دمای ^◦C 4 نسبت به سایر pH و دماها برای نانوسیستم نشان داد. بر اساس نتایج بدست آمده که نشان دهنده پایداری سامانه حاوی آنزیم در هر سه دما نسبت به آنزیم آزاد می باشد، این نانوسیستم می تواند یک گزینه مناسب برای کاربردهای بالینی در آینده باشد.