تولید پلی‌هیدروکسی بوتیرات توسط سیانوباکتری Spirulina sp. در تنش غلظت نمک‌های معدنی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد فیزیولوژی گیاهی، گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 دانشیار گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه گیلان، رشت، ایران/دانشیار گروه علوم دریایی، پژوهشکده حوزه آبی دریای خزر، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

3 دانشجوی دکتری بیوشیمی، گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

امروزه با توجه به مصرف بسیار زیاد پلیمرهای مقاوم به تخریب زیستی، مشکل بزرگ تجمع ضایعات پلیمری در طبیعت به وجود آمده است. پلی‌هیدروکسی آلکانوات‌ها ترکیبات تجزیه‌پذیر زیستی هستند که می‌توانند جایگزین پلاستیک شوند. در این مطالعه، اثر تنش غلظت‌های مختلف نمک‌های معدنی موجود در محیط کشت بر تولید پلی‌هیدروکسی بوتیرات توسط سیانوباکتری Spirulina sp. مورد بررسی قرار گرفت. اسپیرولینا در محیط کشت زاروک حاوی نمک‌های معدنی با غلظت‌های نصف ( )، برابر (X، به عنوان شاهد)، دو برابر (2X) و سه برابر (3X) به مدت 20 روز کشت داده شد. بررسی کیفی و کمی پلی‌هیدروکسی بوتیرات و اندازه‌گیری شاخص‌های رشد، محتوای پروتئین و پراکسیداسیون لیپیدی صورت گرفت. میزان رشد Spirulina sp. در محیط کشت حاوی غلظت‌های افزایشی و کاهشی نمک‌های موجود تغییر معنی‌داری نداشت. اما میزان پراکسیداسیون لیپیدی و میزان پروتئین با بیشتر شدن غلظت نمک تا 3 برابر در مقایسه با نمونه شاهد به ترتیب افزایش و کاهش یافت. مقدار پلی‌هیدروکسی بوتیرات در شرایط ، X، 2X و 3X به ترتیب 011/0، 014/0، 019/0 و 006/0 گرم بر گرم وزن خشک سلول به دست آمد. در نتیجه تیمار با غلظت نمک 2X، تنش مناسب‌تری برای تولید پلی‌هیدروکسی بوتیرات نسبت به تیمارهای دیگر است.

کلیدواژه‌ها


رستمزاد آ. رضایی ح. و هوشمندفر ر. 1396. جداسازی باکتری‌های تولید کننده پلاستیک زیست‌تخریب‌پذیر از خاک‌های آلوده به پساب کارخانه شیر ایلام. مجله علمی پژوهشی دانشگاه علوم پزشکی ایلام، 3(1): 137-125.
Ansari S. and Fatma T. 2016. Cyanobacterial polyhydroxybutyrate (PHB): Screening, optimization and characterization. PLOS ONE, 11(6): 1–20.
Ataei S.A., Vasheghani Farahani E., Tehrani H.A. and Shojaosadati S.A. 2008. Isolation of PHA producing bacteria from date syrup waste. Macromolecular Symposia, 269(1): 11–16.
Balaji S., Gopi K. and Muthuvelan B.A. 2013. Review on production of poly β hydroxybutyrates from cyanobacteria for the production of bio plastics. Algal Research, 2(3): 278–285.
Bradford M.M. 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram of protein utilizing of protein- day binding. Analytical Biochemistry, 72(1-2): 248–254.
Brandl H., Gross C.A.N., Lenz R.W. and Fuller R.C. 1990. Plastics from bacteria and for bacteria: Poly (hydroxybutyrate) as natural biodegradable polyesters. Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology, 41: 77–93.
Brandl H., Gross R.A., Lenz R.W., Fuller R.C. 1988. Pseudomonas oleovorans as a source of poly betahydroxyalkanoates for potential applications as biodegradable polyesters. Applied and Environmental Microbiology, 54(8): 1977–1982.
Campbell J., Stevens J.S. and Balkwill D.L. 1982. Accumulation of poly-β hydroxybutyrate in Spirulina plantensis. Journal of Bacteriology, 149: 361–363.
Capone D.G., Burns J.A., Montoya J.P., Subramaniam A., Mahaffey A.C., Gunderson T., Michaels A.F. and Carpenter E.J. 2005. Nitrogen fixation by Trichodesmium spp.: An important source of new nitrogen to the tropical and subtropical North Atlantic Ocean. Global Biogeochemical Cycles, 19(2): 1–17.
Chua H., Hu W.F. and Ho. L.Y. 1997. Recovery of biodegradable polymers from food-processing wastewater activated sludge system. Journal-Institution of Engineers Singapore, 37: 9–14.
Deschoenmaeker F., Facchini R., Carlos J., Pino C., Bayon-Vicente G., Sachdeva N., Flammang P. and Wattiez R. 2016. Nitrogen depletion in Arthrospira sp. PCC 8005, an ultrastructural point of view. Journal of Structural Biology, 196: 385–393.
Drosg B., Fritz I., Gattermayr F. and Silvestrini L. 2015. Photo-autotrophic production of poly (hydroxyalkanoates) in cyanobacteria. Chemical and Biochemical Engineering Quarterly, 29(2): 145–156.
Fernandez D., Rodriguez E., Bassas M., Vinas M., Solanas A.M., Llorens J., Marques A.M. and Manresa A. 2005. Agro-industrial oily wastes as substrates for PHA production by the new strain Pseudomonas aeruginosa NCIB 40045: Effect of culture conditions. Biochemical Engineering Journal, 26: 159–167.
Gao Y., Cui Y., Xiong W., Li X. and Wu Q. 2009. Effect of UV-C on algal evolution and differences in growth rate, pigmentation and photosynthesis between prokaryotic and eukaryotic algae. Photochemistry and Photobiology, 85: 774–782.
 Griffin G. 1994. Chemistry and Technology of Biodegradable Polymers. Springer, Netherlands. 154P.
Heath R.L. and Packer L. 1968. Photoperoxidation in isolated chloroplasts. I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Archives of Biochemistry and Biophysics, 125(1): 189–198.
Hong K., Sun S., Tian W., Chen G. and Huang W. 1999. A rapid method for detecting bacterial polyhydroxyalkanoates in intact cells by Fourier transform infrared spectroscopy. Applied Microbiology and Biotechnology, 51(4): 523–526.
Ismaiel M.M., MahmoudEl-Ayouty Y. and Piercey-Normore M. 2016. Role of pH on antioxidants production by Spirulina (Arthrospira) platensis. Brazilian Journal of Microbiology, 47(2): 298–304.
Jau M.H., Yew S.P., Toh P.S.Y., Chong A.S.C., Chu W.L. and Phang S.M. 2005. Biosynthesis and mobilization of poly(3-hydroxybutyrate) [P(3HB)] by Spirulina platensis. International Journal of Biological Macromolecules, 36(3): 144–151.
Kansiz M., Billman-Jacobe H. and McNaughton D. 2000. Quantitative determination of the biodegradable polymer poly (beta-hydroxybutyrate) in a recombinant Escherichia coli strain by use of mid-infrared spectroscopy and multivariative statistics. Applied and Environmental Microbiology, 66(8): 3415–3420.
Kumagai Y. and Doi Y. 1992. Enzymatic degradation of binary blends of microbial poly (3-hydroxy butyrate) with enzymatically active polymers. Polymer Degradation and Stability, 37(3): 253–256.
Lam M.K. and Lee K.T. 2012. Microalgae biofuels: A critical review of issues, problems and the way forward. Biotechnology Advances, 30(3): 673–690.
Lee C., Kim J., Do H. and Hwang S. 2008. Monitoring thiocyanate-degrading microbial community in relation to changes in process performance in mixed culture systems near washout. Water Research, 42(4-5): 1254–1262.
Li Z.Y., Guo S.Y., Li L. and Cai M.Y. 2007. Effects of electromagnetic field on the batch cultivation and nutritional composition of Spirulina platensis in an air-lift photobioreactor. Bioresource Technology, 98(3): 700–705.
Luef K.P., Stelzer F. and Wiesbrock F. 2015.  Poly(hydroxyalkanoate)s in medical applications. Chemical and Biochemical Engineering, 29(2): 287–297.
Nishioka M., Nakai K., Miyake M., Asada Y. and Taya M. 2001. Production of poly-b hydroyxybutyrate by thermophilic cyanobacterium, Synechococcus sp. MA19 under phosphate limitation. Biotechnology Letters, 23: 1095–1099.
Paerl H.W. 2012. Marine plankton. P: 127–153. In: Whitton B.A. (Ed.). Ecology of Cyanobacteria II. Springer, Netherlands.
Panda B., Sharma L. and Mallick N. 2005. Poly-b-hydroxybutyrate accumulation in Nostoc muscorum and Spirulina platensis under phosphate limitation. Journal Plant Physiology, 162: 1376–1379.
Pinto E., Sigaud-Kutner T., Leitao M. and Okamoto O. 2003. Heavymetal induced oxidative stress in algae. Journal of Phycology, 39(6): 1008–1018.
Rippka R., Neilson A., Kunica W.A.R. and Cohenbazire G. 1971. Nitrogen fixation by unicellular blue-green algae. Archiv fur Mikrobiologie, 76: 341–348.
Sayaka H., Masatoshi T., Takashi O., Mami M., Tomohisa H., Akio T., Yoichi N., Shigeru C., Morifumi H. and Munehiko A. 2015. Genetic engineering and metabolite profiling for overproduction of polyhydroxybutyrate in cyanobacteria. Journal of Bioscience and Bioengineering, 120(5): 510–517.
Sharma L. and Mallick N. 2005. Accumulation of poly-β-hydroxybutyrate in Nostoc muscorum: Regulation by pH, light-dark cycles, N and P status and carbon sources. Bioresourse Technology, 96: 1304–1310.
Shetty P., Shenai P. and Chatra L. 2013. Efficacy of Spirulina as an antioxidant adjuvant to corticosteroid injection in management of oral submucous fibrosis. Indian Journal of Dental Research, 24(3): 347–350.
Shi J., Votruba A.R., Farokhzad O.C. and Langer R. 2010. Nanotechnology in drug delivery and tissue engineering: From discovery to applications. Nano Letters, 10(9): 3223–3230.
Shrivastav A., Kim H.Y. and Kim Y.R. 2013. Advances in the applications of polyhydroxyalkanoate nanoparticles for novel drug delivery system. Nanobiotechnology, 1: 1–12. 
Shrivastav A., Mishra S.K., Mishra S. 2010. Polyhydroxyalkanoate (PHA) synthesis by Spirulina subsalsa from Gujarat coast of India. International Journal of Biological Macromolecules, 46(2): 255–260.
Singh P. and Parmar N. 2011. Isolation and characterization of tow novel polyhydroxybutyrate producing bacteria. African Journal of Biotechnology, 10(24): 4907–4919.
Singh S.C., Sinha R.P. and Hader D.P. 2002. Role of light and fatty acids in stress tolerance in cyanobacteria. Acta Protozoologica, 41(4): 297–308.
Zarrouk C. 1966. Contribution to the Cyanophyceae study: Influence various physical and chemical factors on growth and photosynthesis of Spirulina maxima (Setch et Gardner) Geither extract. Ph.D. Thesis, University of Paris-Saclay, France. 146P.
Zhang Y.M., Chen H., He C.L. and Wang Q. 2013. Nitrogen starvation induced oxidative stress in an oil-producing green alga Chlorella sorokiniana C3. PLOS ONE, 8(7): 1–12.