بهينه سازي توليد ليزين در باكتري كورينه باكتريوم گلوتاميكوم سويۀ ATCC15032 با روش رويه پاسخ

Optimization of lysine production in Corynebacteriumglutamicum ATCC15032 by Response surface methodology

مقدمه: ليزين يكي از آمينواسيدهاي ضروري است و در صنايع غذايي و دارويي اهميت ويژه‌اي دارد. امروزه از روش‌هاي مختلفي براي افزايش توليد ليزين استفاده مي‌شود كه از مهم‌ترين آنها مي‌توان به مهندسي ژنتيك و بهينه‌سازي محيط كشت اشاره كرد. يكي از روش‌هاي پركاربرد در بهينه‌سازي محيط كشت، روش رويه پاسخ است. ‏‏ مواد و روش‏‏ها: در اين پژوهش از باكتري وحشي كورينه‌باكتريوم‌گلوتاميكوم سويۀATCC15032 جهت توليد ليزين و از روش رويه پاسخ جهت افزايش توليد استفاده شد. پس از انتخاب محيط كشت M9 به‌عنوان محيط كشت پايه سعي شد تأثير عامل‌هايي مانند منابع كربني (گلوكز)، منابع نيتروژني (آمونيوم‌سولفات) و متيونين بر توليد ليزين بررسي شود؛ سپس با استفاده از روش رويه پاسخ، محيط كشت و زمان گرماگذاري جهت توليد ليزين، بهينه شد.‏‏ نتايج: بررسي‌ها نشان داد، مقدار توليد ليزين در محيط كشت M9، 7/0 ميلي‌گرم در ليتر است. نتايج روش رويه پاسخ نشان داد ميزان توليد ليزين با محيط كشت پيشنهادي كه حاوي گلوكز 14درصد، آمونيوم سولفات 5درصد به‌همراه متيونين 5 ميلي‌مولار بود در مدت‌زمان 5/2 روز گرماگذاري به 98/0 گرم در ليتر رسيد. تجزيۀ پارتو نشان داد از بين متغييرهاي مورداستفاده، متيونين بيشترين تأثير را در توليد ليزين داشت. درنهايت نتايج حاصل از گرانوله‌كردن نشان داد كه شرايط بهينه جهت گرانوله‌كردن محيط كشت حاوي ليزين، با افزودن نشاسته، سولفات آمونيوم و كلريد سديم در pH پايين و دماي 100 درجه سانتيگراد حاصل مي‌شود.‏ بحث و نتيجه‏گيري: با توجه به نتايج مشخص شد روش به‌كاررفته در اين پژوهش باعث افزايش 1400برابري در توليد ليزين شد و متيونين احتمالاً ازطريق سوق‌دادن پيش‌سازهاي متابوليسمي به مسيرهاي متابوليسمي توليد ليزين، نقش مهمي در توليد ليزين داشت.‏‏

Introduction:Lysine is an essential amino acid and has importance in food and pharmaceutical industry. Nowadays, there are different methods such as genetic and growth media optimization to enhance the lysine production. One of the useful methods in optimization of growth media is the response surface methodology. Materials and methods: In this study, lysine was produced by wild type of Corynebacterium glutamicum ATCC15032 and the production increased by response surface methodology. After selection of M9 culture media as a basic culture media, the effect of different factors such as carbon (glucose), nitrogen (ammonium sulphate) sources and methionine, as an additive, were studied on the lysine production. Then, the culture media and the time of incubation were optimized by response surface methodologyforlysine production. Results: The results showed that in M9 culture media, the amount of the produced lysine was 0.7 milligram per liter. In the optimized culture media (by response surface methodology) which has 14% glucose, 5% ammonium sulphate and 5mM methionine, lysine was produced up to 0.98 gram per liter after 2.5 days incubation. Pareto analysis indicated that methionine is the most effective factor in the lysine production. Finally, the results of granulation showed that the optimum condition for granulation of culture media (containing lysine) was achieved by adding starch, ammonium sulphate and sodium chloride in low pH and 100 °C. Discussion and conclusion: According to the results, the proposed culture media by response surface methodology causes 1400 times increase in the lysine production compared with M9 culture media and methionine had an important role in the production of lysine, probably by inhibiting the other metabolic pathway which has common metabolic precursor with lysine production metabolic pathway.