طراحي بيوانفورماتيكي و بهينه سازي توليد آنزيم گلوكزاكسيداز نوتركيب بيان شده در مخمر يارروويا ليپوليتيكا

Bioinformatics study of recombinant glucose oxidase expressed in Yarrowia lipolytica and optimization of its production by Taguchi experiment design method

سابقه و هدف: آنزيم گلوكز اكسيداز كاربرد فراواني در صنايع پزشكي، دارويي، غذايي، نساجي و محيطي دارد. بيان هترولوگ اين آنزيم در ميزبان هاي مخمري به دليل برخي از محدوديت هاي توليد صنعتي اين آنزيم توسط آسپرژيلوس نايجر بررسي شده است. اين مطالعه با هدف بررسي ويژگي هاي بيوانفورماتيكي گلوكز اكسيداز در سويه نوتركيب مخمر يارروويا ليپوليتيكا Po1g-GOX و بهينه سازي شرايط توليد اين آنزيم به روش تاگوچي صورت گرفت. مواد و روش ها: توالي پروتئين، ساختارهاي اول، دوم، سوم و ميزان گليكوزيلاسيون آنزيم نوتركيب گلوكز اكسيداز با نرم افزارهاي بيوانفورماتيكي بررسي شد. بهينه سازي توليد آنزيم نوتركيب براي گلوكز، پپتون، عصاره مخمر و pH در محيط YPD داراي تيامين در 4 سطح براي نرم افزار Qualitek-4 تعريف شد. ميزان توليد آنزيم سنجش و با نرم افزار تجزيه و تحليل شد. يافته ها: گلوكز اكسيداز نوتركيب داراي 605 اسيدآمينه بوده كه ساختار دوم آن داراي 29 درصد مارپيچ آلفا، 16 درصد صفحه بتا و 54 درصد كويلاست كه با ساختار دوم توالي اسيدآمينه گلوكزاكسيداز طبيعي آسپرژيلوس نايجر تشابه زيادي را نشان داد. 8 جايگاه گليكوزيلاسيون در اين پروتئين نوتركيب قرار دارد و ساختار سوم داراي يك دومين است و تشابه بالايي با گلوكزاكسيداز طبيعي دارد. بيشترين توليد آنزيم گلوكزاكسيداز نوتركيب در شرايط بهينه در محيط كشت حاوي 30 گرم در ليتر گلوكز، 5 گرم در ليتر عصاره مخمر، 15 گرم در ليتر پپتون و pH حدود 7 به دست آمد. نتيجه گيري: گلوكز اكسيداز نوتركيب يارروويا به دليل شباهت بالا با گلوكزاكسيداز طبيعي پتانسيل مناسبي به منظور كاربرد در صنايع دارويي و غذايي دارد.

Background & Objectives: Glucose oxidase has a wide range of application in medical, pharmaceutical, food, textile, and environmental industries. Heterologous expression of the enzyme has been investigated in yeast hosts due to several industrial-scale limitations in enzyme production by Aspergillus niger. The present study aimed to investigate bioinformatics characteristics of recombinant glucose oxidase in Yarrowia lipolytica Po1g-GOX and to optimize the production conditions of the enzyme by Taguchi experimental design method. Materials & Methods: Protein sequence, primary, secondary and tertiary structures and glycosylation rate of recombinant glucose oxidase enzyme were studied via bioinformatics tools. Optimization of recombinant glucose oxidase for glucose, peptone, yeast extract and pH at four levels in YPD media with thiamine were defined to Qualitek-4 software. The level of enzyme production was measured and analyzed by the software. Results: Recombinant glucose oxidase had 605 amino acids, with 29% α-helix, 16% β sheet and 54% coil in its secondary structure showing similarity to that of native glucose oxidase of A. niger. Eight glycosylation sites have been located in this recombinant protein, and the tertiary structure had one domain showing high similarity to native glucose oxidase. The highest level of recombinant glucose oxidase production was obtained in medium containing 30 g/L glucose, 5 g/L yeast extract, 15 g/L peptone, and pH 7. Conclusion: Recombinant glucose oxidase produced in Yarrowia has a suitable potential to be used in pharmaceutical and food industries due to high similarity to native glucose oxidase.