نوع مقاله : پژوهشی- فارسی

نویسندگان

1 گروه زیست‌شناسی، دانشکدۀ علوم پایه، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

2 گروه میکروبیولوژی، دانشکدۀ علوم، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک، اراک، ایران

10.22108/bjm.2020.121143.1283

چکیده

مقدمه: آنزیم آسپاراژیناز تجزیۀ آسپاراژین به آسپارتیک‌اسید و آمونیاک را کاتالیز می‌کند. به‌تازگی آنزیم آسپاراژیناز به‌شکل داروی شیمی‌درمانی مهم برای درمان سرطان‌های مختلف مانند لوسمی لنفوبلاستی، بیماری‌های بدخیم دستگاه لنفی و لنفوم غیرهوچکینی (NHL) استفاده می‌شود. آسپاراژیناز به‌علت داشتن پتانسیل جلوگیری از تولید آکریل‌آمید و حفظ کیفیت غذا، آنزیمی مفید در صنایع غذایی است. محصولات پروبیوتیکی حاوی باکتری‌های مفید هستند که آثار مفیدی بر سلامتی دارند. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های زیستی پروبیوتیک‌ها، خنثی‌سازی عوامل جهش‌زا و سرطان‌زاست. ریزموجودات بسیاری پتانسیل پروبیوتیکی دارند که گونه‌های لاکتوباسیلوس و بیفیدیوباکتریوم از معمول‌ترین آنها به شمار می‌آیند. هدف مطالعۀ حاضر، بهینه‌سازی تولید آسپاراژیناز از سویۀ لاکتوباسیل جداشده از آب پنیر سنتی شهرستان مراغه است.
مواد و روش‏‏ها: به‌منظور بررسی سویۀ یادشده از آزمایش‌های تشخیصی ازجمله آزمایش‌های میکروبی و بیوشیمیایی شامل رنگ‌آمیزی گرم، فعالیت کاتالازی و اکسیدازی، تخمیر قندها و مقاومت به اسید و نمک‌های صفراوی استفاده شد. تولید آسپاراژیناز با استفاده از روش‌های کیفی و کمّی به‌ترتیب سنجش سریع با پلیت و ایمادا بررسی شد. تولید آنزیم آسپاراژیناز به روش پاسخ در سطح بهینه‌ شد.
نتایج: نتایج بهینه‌سازی به روش پاسخ در سطح نشان دادند بیشترین فعالیت آسپاراژیناز در حضور گلوکز 2 درصد، عصارۀ مخمر 25/1 درصد و آسپاراژین 75/1 درصد به میزان 131 واحدبرمیلی‌گرم است و میزان تولید 11 درصد نسبت به شرایط غیربهینه بیشتر است. میزان پروتئین کل و زیست‌توده در محیط بهینه به‌ترتیب 893/0 میلی‌گرم‌برمیلی‌لیتر و 345/0 گرم بود.
بحث و نتیجه‏گیری: بر اساس نتایج، احتمالاً سویۀ لاکتوباسیل بررسی‌شده می‌تواند منبع مناسبی برای تولید آنزیم با ارزش دارویی آسپاراژیناز ‌باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Optimization of L-asparaginase Production from a Lactobacillus sp. isolated from Traditional Dairy Products

نویسندگان [English]

  • Behnush dinarvand 1
  • Parisa Fathi Rezaei 1
  • Neda Akbari 2

1 Department of Biology, Faculty of Basic Sciences, University of Maragheh, Maragheh, Iran

2 Department of Microbiology, Faculty of Science, Islamic Azad University, Arak Branch, Arak, Iran

چکیده [English]

Introduction: Asparaginase catalyzes the deamination of asparagine into aspartate and ammonia. Currently, it is used as an important chemotherapeutic agent for the treatment of different cancers such as acute lymphoblastic leukemia, malignant diseases of the lymphoid system, and Non-Hodgkin Lymphoma (NHL). Asparaginase is a useful enzyme for the food industry due to its potential to prevent acrylamide formation and to maintain the quality of the food. Probiotic products contain useful bacteria that have beneficial effects on health. The most important biological properties of probiotics include the elimination of mutagenic and carcinogenic agents. There are many microorganisms that could potentially function as the probiotic, the most common of which are Lactobacillus and Bifidobacterium species. The aim of this study was to optimize the production of L-asparaginase from isolated Lactobacillus sp. from the traditional whey of Maragheh.
Materials and methods: The isolate was investigated through microbial and biochemical tests including gram staining, catalase and oxidase activity, fermentation of carbohydrates, and acid and bile salts resistance. Asparaginase production was evaluated by qualitative and quantitative methods, rapid plate assay, and Imada method, respectively. Asparaginase production was optimized by the Response Surface Method (RSM).
Results: According to the RSM results, the highest activity of asparaginase was 131 U/mg, which was 11% more than the non-optimized condition. The optimized parameters composed of asparagine (1.75 %), glucose (2 %), and yeast extract (1.25 %). Furthermore, the total protein content and biomass of the optimized medium were 0.893 mg/ml and 0.345 g, respectively.
Discussion and conclusion: This isolated lactobacilli strain may be considered as a significant source for the production of the enzyme with the pharmacological value of asparaginase.

کلیدواژه‌ها [English]

  • L-Asparagine
  • Acrylamide
  • Pharmaceutical Enzyme
  • Acute Lymphoblastic Leukemia
  • Nitrogen metabolism
(1) Gebreyohannes M., Chekol C., Kebede E. Review on the application and current trends of biotechnology. Research and Reviews: Austin Journal of Biotechnology and Bioengineering 2018; 3(3): 19-31.
(2) Kumar DS., Sobha K. L-Asparaginase from microbes: A comprehensive review. Advances in Bioresearch 2012; 3(4): 137-157.
(3) Aishwarya SS., Iyappan S., Lakshmi KV., Rajnish KN. In silico analysis, molecular cloning, expression and characterization of L-asparaginase gene from Lactobacillus reuteri DSM 20016. 3 Biotech 2017; 7(5): 348.
(4) Piatkowska-Jakubas B., Krawczyk-Kulis M., Giebel S., Adamczyk-Cioch M., Czyz A., Lech-Maranda E., et al. Use of L-asparaginase in acute lymphoblastic leukemia: recommendations of the Polish Adult Leukemia Group. Polish Archives of Internal Medicine 2008; 118(11): 664-669.
(5) Balakrishnan K., Nair A., Kumar R. Screening of microbial isolates for the fermentative production of L-asparaginase in submerged fermentation. Research and Review Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Science 2013; 2: 95-100.
(6) Hosamani R., Kaliwal B. L-asparaginase an anti-tumor agent production by Fusarium equiseti using solid state fermentation. International Journal of Drug Discovery 2011; 3(2): 88-99.
 
(7) Singh Y., Srivastava S. Screening and characterization of microorganisms capable of producing antineoplastic drug, L-asparaginase. International Journal of Biological and Medical Research 2012; 3(4): 2548-2554.
(8) Klaenhammer TR. Probiotic bacteria: today and tomorrow. The Journal of Nutrition 2000; 130(2): 415S-416S.
(9) Meydani SN., Ha W-K. Immunologic effects of yogurt. The American Journal of Clinical Nutrition 2000; 71(4): 861-872.
(10)           Holzapfel WH., Haberer P., Geisen R., Björkroth J., Schillinger U. Taxonomy and important features of probiotic microorganisms in food and nutrition. The American Journal of Clinical Nutrition 2001; 73(2): 365s-373s.
(11)           Lee Y-K., Puong K-Y., Ouwehand AC., Salminen S. Displacement of bacterial pathogens from mucus and Caco-2 cell surface by lactobacilli. Journal of Medical Microbiology 2003; 52(10): 925-30.
(12)           Sanders ME. Probiotics: Considerations for human health. Nutrition Reviews 2003; 61(3): 91-99.
(13)           Walzem R., Dillard C., German JB. Whey components: millennia of evolution create functionalities for mammalian nutrition: what we know and what we may be overlooking. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 2002; 42(4): 353-375.
(14)           Luhovyy BL., Akhavan T., Anderson GH. Whey proteins in the regulation of food intake and satiety. Journal of the American College of Nutrition 2007; 26(6): 704S-712S.
(15)           Myers RH., Montgomery DC., Vining GG., Borror CM., Kowalski SM. Response surface methodology: a retrospective and literature survey. Journal of Quality Technology 2004; 36(1): 53-77.
(16)           Imada A., Igarasi S., Nakahama K., Isono M. Asparaginase and glutaminase activities of micro-organisms. Microbiology 1973; 76(1): 85-99.
(17)           Bradford MM. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry 1976; 72(1-2): 248-54.
(18)           Deutscher J. The mechanisms of carbon catabolite repression in bacteria. Current Opinion in Microbiology 2008; 11(2): 87-93.
(19)           Srikhanta YN., Atack JM., Beacham IR., Jennings MP. Distinct physiological roles for the two L-asparaginase isozymes of Escherichia coli. Biochemical and Biophysical Research Communications 2013; 436(3): 362-365.
(20)           Boeck L., Squires R., Wilson M., Ho P. Effect of glucose and low oxygen tension on L-asparaginase production by a strain of Escherichia coli B. Applied Environmenral Microbiology 1970; 20(6): 964-969.
(21)           Geckil H., Gencer S. Production of L-asparaginase in Enterobacter aerogenes expressing Vitreoscilla hemoglobin for efficient oxygen uptake. Applied Microbiology and Biotechnology 2004; 63(6): 691-697.
(22)           Leclerc M., Elfoul-Bensaid L., Bernalier A. Effect of yeast extract on growth and metabolism of H 2-utilizing acetogenic bacteria from the human colon. Current Microbiology 1998; 37(3): 166-171.
(23)           Olmos-Dichara A., Ampe F., Uribelarrea J-L., Pareilleux A., Goma G. Growth and lactic acid production by Lactobacillus casei ssp. rhamnosus in batch and membrane bioreactor: influence of yeast extract and tryptone enrichment. Biotechnology Letters 1997; 19(8): 709-714.
(24)           Mikucki J., Szarapińska-Kwaszewska J., Krzemiński Z. Factors influencing L-asparaginase production by Staphylococci. Zentralblatt für Bakteriologie, Parasitenkunde, Infektionskrankheiten und Hygiene Zweite Naturwissenschaftliche Abteilung: Allgemeine, Landwirtschaftliche und Technische Mikrobiologie 1977; 132(2): 135-142.
(25)           Hadapsar P. Isolation, optimization and production of L-asparaginase from coliform bacteria. Asian Journal of Biotechnology 2010; 2(3): 169-177.
(26)           Chow YY., Su Yien Ting A. Influence of glucose and L-asparagine concentrations on L-asparaginase production by endophytic fungi. Journal of Microbiology, Biotechnology and Food Sciences 2017; 7(2): 186-189.
(27)           Kenari SLD., Alemzadeh I., Maghsodi V. Production of l-asparaginase from Escherichia coli ATCC 11303: Optimization by response surface methodology. Food and Bioproducts Processing 2011; 89(4): 315-321.
Oh S., Rheem S., Sim J., Kim S., Baek Y. Optimizing conditions for the growth of Lactobacillus casei YIT 9018 in tryptone-yeast extract-glucose medium by using response surface methodology. Applied Environmental Microbiology 1995; 61(11): 3809-3814.