نوع مقاله : پژوهشی- فارسی
نویسندگان
1 دانشیار میکروبیولوژی، دانشگاه مراغه، ایران
2 دانشجوی کارشناسی ارشد بیوتکنولوژی میکروبی، دانشگاه مراغه، ایران
چکیده
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Introduction: Lipases are a class of hydrolases which catalyze the hydrolysis of triglycerides to glycerol and free fatty acids. Lipases have become an integral part of the modern food, detergents, cosmetics and pharmaceutical industries. The aim of this study was investigation of the effect of olive oil with different commercial purity as a substrate on lipase production by Yarrowia lipolytica.
Materials and methods: One percentage of olive oil with three different commercial grades Extra-virgin, Virgin and Ordinary was used as cheap substrate to produce lipase by wild-type strain Y. lipolytica DSM3286 and mutant strain Y. lipolytica FDY139.
Results: Maximum lipase activity was observed 72 hours after inoculation. The wild-type strain Y. lipolytica DSM3286 produced lipase with 56 U/ml activity on Virgin olive oil, but mutant strain Y. lipolytica FDY1390 produced lipase with 300 U/ml activity on Ordinary olive oil.
Discussion and conclusion: The Y. lipolytica FDY1390 produced lipase about 5.4-fold higher than the wild-type strain on Ordinary olive oil. Whereas other expensive type of olive oil, Ordinary olive oil is a cheap oil which could be used to lipase production and optimization.
کلیدواژهها [English]
مقدمه.
لیپاز (تری آسیل گلیسرول آسیل هیدرولاز
EC 3.1.1.3) سبب تسریع هیدرولیز تریگلیسیریدها به گلیسرول و اسیدهای چرب آزاد میشود (1) . لیپاز طیف گستردهای از واکنشهای مختلف از جمله هیدرولیز، استریفیکاسیون درونی[i]، الکل لیز، اسیدولیز، استریفیکاسیون و آمینولیز را کاتالیز میکند (2).
مخمر Yarrowia lipolytica جزو گروه مخمرهای غیر معمول است که از سه دهه گذشته این مخمرها از لحاظ پژوهشهای بنیادی و بیوتکنولوژی مورد توجه قرار گرفتند. این مخمر برای انسان غیر بیماریزا و برای چند فرآیند صنعتی ایمن شناخته شده[ii] است (3). در سال 1948 ترشح لیپاز در Y. lipolyticaگزارش شد، لیپاز در این مخمر به سه شکل درون سلولی، متصل به دیواره و خارج سلولی است که ژن LIP2 مسؤول تنظیم و تولید همه لیپازهای خارج سلولی است (4 و 5).
آنزیم لیپاز Y. lipolytica با ایجاد آرایش فضایی اختصاصی و دارا بودن فعالیت آنزیمی بالا برای آبکافت، ساخت و ترانس- استریفیکاسیون، دامنه وسیعی از استر و روغنها به حساب میآید. به همین علت میتوان از آن برای انجام تبدیل زیستی[iii] مواد لیپیدی در صنایع دارویی، غذایی، چرمسازی و شویندهها استفاده کرد (2 و 6). این آنزیم به خاطر پایداری بالا، عدم نیاز به کوفاکتور، فعالیت سنتزی در حلالهای آلی و طیف گسترده سوبسترا میتواند برای تبدیل مخلوط راسمیک به ترکیبات دارویی تک انانتیومری به کار رود (7 و 8) .
با توجه به کاربردهای فراوان این آنزیم در صنایع مختلف، تخمیر و تولید ارزان قیمت این آنزیم از لحاظ بیوتکنولوژی مورد توجه بوده است. اسید چرب اولیئک یکی از عوامل مهم در القا و تولید لیپاز خارج سلولی مخمر Y. lipolytica است (9). روغن زیتون سرشار از اسید اولئیک است ولی در پژوهشهای پیش از این، از روغن زیتون فوق بکر که نسبت به دیگر انواع روغنهای زیتون خالص و گرانتر است استفاده شده است (10 و 11).
هدف از این پژوهش، بررسی اثر روغن زیتون با خلوص متفاوت بر رشد و تولید لیپاز توسط مخمر یارروویا لیپولیتیکا است تا بهترین و ارزانترین نوع روغن زیتون به عنوان سوبسترا مشخص شود.
مواد و روشها
سویه های میکروبی و شرایط نگهداری: در این پژوهش، از سویه وحشیY. lipolytica DSM3286 خریداری شده از کلکسیون میکروبی DSMZ آلمان و سویه جهش یافته Y. lipolytica FDY1390 حاصل از جهشزایی UV سویه وحشیY. lipolytica DSM3286 استفاده شد. از محیط کشت YPD حاوی 20 گرم در لیتر گلوکز، 20 گرم در لیتر پپتون و 10 گرم در لیتر عصاره مخمر و همچنین، 17 گرم در لیتر آگار برای کشت در دمای 29 درجه سانتیگراد استفاده شد. سویههای مخمر پس از رشد، در دمای 4 درجه سانتیگراد نگهداری شدند (12).
.آمادهسازی مایع تلقیح: ابتدا سویهها بر روی محیط YPD کشت داده شدند. پس از انکوبه کردن در دمای 29 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت، یک کلونی به ارلن 100 میلیلیتری حاوی 20 میلیلیتر محیط YPD مایع و فاقد آگار به عنوان مایع تلقیح انتقال داده شد. سپس، ارلن در انکوباتور شیکردار با دمای 29 درجهسانتیگراد با سرعت چرخش 200 دور در دقیقه به مدت 18 ساعت انکوبه شد (13).
.تهیه محیطهای روغندار برای تولید لیپاز: در ارلنهای 250 میلیلیتری، 50 میلیلیتر محیط کشت تولید حاوی 10 گرم در لیتر از عصاره مخمر،10 گرم در لیتر تریپتون و 10 میلیلیتر در لیتر از روغن زیتون با درجه خلوص متفاوت از سه نوع روغن زیتون معمولی[iv]، بکر[v]و فوق بکر[vi] تهیه و اتوکلاو شد.
به سه محیط یاد شده یک درصد (حجمی/حجمی) مایع تلقیح از دو سویه مخمر در شرایط استریل اضافه شد. بلافاصله پس از تلقیح، ارلنها به خوبی همزده شده و برای شمارش مخمرها از آنها نمونهبرداری شد. سپس، ارلنها به منظور انکوبه کردن به انکوباتور شیکردار با دمای 29 درجهسانتیگراد و با سرعت چرخش 200 دور در دقیقه منتقل شد. در ادامه هر 24 ساعت از ارلنها در شرایط استریل نمونهبرداری و رشد مخمرها و فعالیت لیپاز بررسی شد.
.اندازگیری رشد و فعالیت آنزیمی: برای بررسی رشد و شمارش تعداد سلولهای مخمر از لام نئوبار استفاده شد. روش تیتراسیون برای سنجش فعالیت لیپاز به کار رفت. پس از هر بار نمونهبرداری، نمونهها با سرعت چرخش 13000 دور در دقیقه به مدت 3 دقیقه سانتریفوژ شدند و از محلول رویی برای سنجش فعالیت آنزیمی استفاده شد. یک میلیلیتر از محلول رویی به طور مستقیم و یا رقیق شده به 5 میلیلیتر از سوبسترای سنجش فعالیت لیپاز (مخلوطی از روغن زیتون با هیدروکسید سدیم یک دهم مولار و پلی وینیل الکل دو درصد) به همراه 4 میلیلیتر بافر فسفات یک دهم مولار با اسیدیته حدود 7 اضافه شد. برای نمونه شاهد یک میلیلیتر بافر فسفات به جای محلول رویی استفاده شد. سپس، به مدت 15 دقیقه در بن ماری شیکردار با دمای 37 درجهسانتیگراد قرار داده شد. پس از این مرحله برای متوقف کردن واکنش، 5 میلیلیتر از محلول متوقف کننده (ترکیبی از الکل و استون به نسبت یک به یک حجمی/ حجمی) اضافه شد. در ادامه 3 تا 5 قطره از محلول فنل فتالئین دو درصد افزوده شد و با محلول هیدروکسید سدیم 50 میلیمولار تیتر شد. فعالیت لیپاز به شکل واحد در میلیلیتر گزارش میشود که یک واحد فعالیت آنزیمی، معادل مقدار آنزیمی است که یک میکرومول اسید چرب را در یک دقیقه تحت شرایط سنجش، آزاد سازد (14). همه آزمایشها حداقل با سه تکرار انجام شد.
.نتایج.
روند رشد سویههای مخمر در محیطهای کشت روغندار و میزان تولید لیپاز با فواصل زمانی 24 ساعته اندازهگیری شد. نتایج مربوط به تولید لیپاز و میزان رشد سویه وحشی Y. lipolytica DSM3286 در محیطهای مختلف حاوی روغن زیتون با سه خلوص تجاری متفاوت فوق بکر، بکر و معمولی به ترتیب در شکلهای 1 و 2 نشان داده شده است.
شکل 1- تولید لیپاز توسط سویه وحشی Y. lipolytica DSM3286 در محیطهای مختلف حاوی روغن زیتون با سه خلوص تجاری متفاوت فوق بکر، بکر و معمولی
شکل 2- میزان رشد سویه وحشی Y. lipolytica DSM3286در محیطهای مختلف حاوی روغن زیتون با سه خلوص تجاری متفاوت فوق بکر، بکر و معمولی
سویه وحشیY. lipolytica DSM3286 پس از 72 ساعت بیشترین میزان تولید لیپاز به مقدار 56 واحد در میلیلیتر را در روغن زیتون بکر داشت. بعد از روغن بکر، این سویه بهترین تولید آنزیم را به ترتیب بر روی روغنهای زیتون فوق بکر و معمولی دارد. سویه وحشی در خلوص متفاوت روغن زیتون رشد مشابهی داشت. همچنین، در شکلهای 3 و 4 به ترتیب نتایج مربوط به تولید لیپاز و میزان رشد سویه جهش یافتهY. lipolytica FDY1390 در محیطهای مختلف حاوی روغن زیتون با سه خلوص تجاری متفاوت فوق بکر، بکر و معمولی نشان داده شده است.
شکل 3- تولید لیپاز توسط سویه جهش یافته Y. lipolytica FDY1390 در محیطهای مختلف حاوی روغن زیتون با سه خلوص تجاری متفاوت فوق بکر، بکر و معمولی
شکل 4- میزان رشد سویه جهش یافته Y. lipolytica FDY1390در محیطهای مختلف حاوی روغن زیتون با سه خلوص تجاری متفاوت فوق بکر، بکر و معمولی
مشابه سویه وحشی، سویه جهش یافتهY. lipolytica FDY1390 پس از 72 ساعت بیشترین میزان تولید لیپاز را دارد و همچنین، در خلوص متفاوت روغن زیتون تقریبا رشد مشابهی نشان میدهد. بیشترین میزان تولید سویه جهش یافته به مقدار 300 واحد در میلیلیتر در روغن زیتون معمولی بود. پس از روغن معمولی این سویه در زمان اوج تولید، مقدار کمابیش مشابهی از تولید آنزیم را بر روی روغنهای زیتون فوق بکر و بکر نشان داد.
همانطور که در جدول 1 مشاهده میشود نتایج حاصل از فعالیت و تولید آنزیم لیپاز توسط سویههای مخمر در محیطهای مختلف حاوی روغن زیتون با خلوص متفاوت تجزیه و تحلیل شد. از جمله این تجزیه و تحلیلها میتوان به محاسبه بهرهوری تولید لیپاز (PL) برحسب واحد آنزیمی در زمان تخمیر (U/h)، نرخ رشد ویژه (µ) بر حسب یک بر ساعت (h-1)، زمان نسل یا تولید مثل (td) بر حسب ساعت (h) اشاره کرد.
جدول 1- محاسبه شاخصهای رشد و تولید لیپاز سویههای مخمر در محیطهای مختلف حاوی روغن زیتون با خلوص متفاوت در زمان اوج تولید (72 ساعت پس از تلقیح)
زمان نسل (td) |
نرخ رشد ویژه (µ) |
بهروری تولید لیپاز (PL) |
نوع روغن زیتون |
سویه مخمر |
67/2 |
26/0 |
51/0 |
معمولی |
Y. lipolytica DSM3286 |
48/2 |
28/0 |
78/0 |
بکر |
|
57/2 |
27/0 |
67/0 |
فوق بکر |
|
48/2 |
28/0 |
39/5 |
معمولی |
Y. lipolytica FDY1390 |
89/2 |
24/0 |
93/4 |
بکر |
|
77/2 |
25/0 |
24/5 |
فوق بکر |
بهره وری تولید لیپاز (PL): میزان فعالیت لیپاز بر زمان تخمیر است و بر حسب واحد بر ساعت (U/h) گزارش میشود.
نرخ رشد ویژه (µ): میزان رشد حداکثر که سلولهای بیشترین میزان تقسیم و دو برابر شدن را دارند و بر حسب یک بر ساعت (h-1) گزارش میشود.
زمان نسل (td): مدت زمان مورد نیاز برای دو برابر شدن غلظت توده زیستی است و بر حسب ساعت (h) گزارش میشود.
.بحث و نتیجه گیری
تولید لیپازهای میکروبی تا حد زیادی تحت تاثیر ترکیب محیط و عوامل فیزیکی- شیمیایی مانند دما، اسیدیته و اکسیژن محلول قرار دارد. منبع کربن از مهمترین عوامل مؤثر در بیان و تولید لیپاز است. لیپاز از آنزیمهای القایی است که به طور معمول در حضور ترکیبات لیپیدی مانند روغن و تریگلیسیریدها القا و تولید میشود. در نتیجه، انتخاب منبع کربن مناسب برای به دست آوردن بازده بالا در تولید لیپاز ضروری است (15 و 16).
با توجه به کاربردهای فراوان لیپاز خارج سلولی مخمر Y. lipolytica در صنایع مختلف، تخمیر و تولید ارزان قیمت، این آنزیم از لحاظ بیوتکنولوژی مورد توجه بوده است (9 و 17). در پژوهشهای قبلی منابع کربن متنوعی برای تولید لیپاز در این مخمر استفاده شده است (18 و 19). اسید چرب اولیئک یکی از عوامل مهم در القا و تولید لیپاز خارج سلولی مخمر Y. lipolytica است (20).
در این پژوهش، روغن زیتون با سه خلوص تجاری مختلف فوق بکر، بکر و معمولی به عنوان سوبسترا برای تولید لیپاز با سویه وحشی Y. lipolytica DSM3286 و سویه جهش یافته Y. lipolytica FDY1390 استفاده شد. سویه وحشیبیشترین میزان تولید لیپاز به مقدار 56 واحد در میلیلیتر در روغن زیتون بکر با بهروری تولید 78/0داشت. اما بیشترین میزان تولید لیپاز سویه جهش یافته به مقدار 300 واحد در میلیلیتر در روغن زیتون معمولی با بهروری تولید 39/5 بود. در نتیجه سویه مخمر جهش یافته حدود 4/5 برابر لیپاز بیش از سویه وحشی بر روی محیط روغن زیتون معمولی تولید کرد. جالب است که نرخ رشد ویژه و زمان تقسیم سلولهای مخمر وحشی و جهش یافته در محیط روغن زیتونی که بیشترین تولید را در آن داشتند یکسان بود.
روغن زیتون سرشار از اسید اولئیک است ولی در پژوهشهای قبلی به طور معمول از روغن زیتون فوق بکر که نسبت به دیگر انواع روغنهای زیتون خالصتر و گرانتر است استفاده شده است (10 و 11). نتایج این پژوهش نشان داد به جای استفاده از انواع گران روغن زیتون، میتوان از روغن زیتون معمولی به عنوان یک روغن ارزان قیمت برای تولید لیپاز در مخمر یاررویا استفاده کرد و بر اساس این نوع روغن زیتون، فرآیند تولید لیپاز را بهینهسازی کرد.
تشکر و قدردانی
از مرکز رشد واحدهای فناور مراغه وابسته به پارک علم و فناوری استان آذربایجان شرقی و ستاد توسعه زیست فناوری برای حمایتهای مادی و معنوی تشکر و قدردانی میشود.