نوع مقاله : پژوهشی- فارسی

نویسندگان

1 1- پژوهشکده بیوتکنولوژی،سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران، تهران ، ایران 2- گروه صنعت، موسسه تحقیقات و آموزش توسعه نیشکر و صنایع

2 پژوهشکده بیوتکنولوژی، سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران، تهران، ایران

3 پژوهشکده زیست فناوری، سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران- مجتمع تحقیقاتی عصر انقلاب- تهران- ایران

4 گروه زیست فناوری، دانشکده علوم و فناوری های زیستی ، دانشگاه اصفهان،اصفهان ، تهران

5 گروه بیوانفورماتیک، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه قم، قم، ایران

6 موسسه ملی تحقیقات سوئد، گوتنبرگ، سوئد

چکیده

مقدمه:

تحمل در برابر اتانول یکی از ویژگی‌های شاخص ساکارومایسس سرویزیه است. افزایش بیشتر تحمل در برابر اتانول در سویه‌های صنعتی مخمر می‌تواند منجر به تخمیر سریعتر، کامل‌تر و افزایش تولید اتانول گردد. با ماهیت پیچیده صفت تحمل اتانول، به نظر می‌رسد که افزایش تحمل اتانول به تغییر چندین ژن مخمر بستگی دارد. روش‌های مختلفی که به تأثیر تغییرات (تصادفی) تولید شده توسط مهندسی تکامل یا جهش‌زایی تکیه می‌کنند، با افزایش تحمل اتانول، ایجاد سویه‌های کارآمد را درپی دارند.

مواد و روش‌ها:در تحقیق حاضر برای بهبود فنوتیپ تحمل اتانول، سویه Ethanol Red که سویه صنعتی، به روش فیزیکی و شیمیایی جهش داده شد و جدایه‌های جهش‌یافته با استفاده محیط حاوی 1- بوتانل غربال شدند. جهش‌یافته‌ها همراه با سویه والد اولیه در طی 144 روز با راهبرد مهندسی تکاملی با الکل خو داده شدند و میزان تولید اتانول در سویه‌های منتخب بررسی شد.

نتایج: بعد از آزمون‌های تکامل تطبیقی، با توجه به افزایش حداکثر نرخ ویژه رشد، 8 سویه شامل سویه والدی و جهش‌یافته‌ها انتخاب و میزان تولید اتانول آنها بررسی شد. میزان تولید اتانول دو سویه 103ER و106 ER که قبل از انجام آزمون تکامل تطبیقی با اتیل متان سولفونات جهش یافته و سپس به ترتیب در غلظت 11 و 9 درصد (حجم در حجم) اتانول تکامل یافته بودند، به ترتیب 1±45/112 و9/0± 3/112 گرم در لیتر رسید در حالی که این مقدار برای سویه والد 5/0± 44/103 گرم در لیتر بود.

بحث و نتیجه گیری: از راهبرد مهندسی تکاملی در ایجاد سویه های توانمند با هدف افزایش تحمل به اتانول در سویه‌های صنعتی بدلیل قابلیت‌های بالای آن استفاده شد. برای افزایش تنوع ژنتیکی جمعیت اولیه، قبل از شروع فرآیند تکامل تطبیقی، از جهش‌زایی با اتیل متان سولفونات استفاده شد که در سرعت بخشیدن به روند تکامل برای دستیابی به بهبود فنوتیپ مورد نظر کارآمدتر از اشعه فرابنفش عمل کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Improving ethanol tolerance in industrial yeast strain by a combination of mutation and evolutionary engineering

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Sheikhi 1
  • Khosrow Rostami 2
  • mehrdad azin 3
  • Mohammad-ali Asadollahi 4
  • Mansour Ebrahimi 5
  • Payam Ghiaci 6

1 1-Department of Biotechnology, Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST), Tehran, Iran. 2-Industrial group. Sugarcane Training and Research Institute, Khuzestan, Ahvaz. Iran

2 Department of Biotechnology, Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST), Tehran, Iran

3 Department of Biotechnology. Iranian Research organization for science and Technology (IROST). Tehran. Iran

4 Department of Biotechnology. Faculty of Biological Science and Technology, University of Isfahan. Isfahan .Iran

5 Bioinformatics Research Group, Green Research Center, University of Qom ,Qom. Iran

6 Swedish National Research Institute. Gutenberg. Sweden

چکیده [English]

Introduction: Tolerance to ethanol is a key characteristic of the yeast Saccharomyces cerevisiae. Any increase in ethanol tolerance in the industrial strains led to faster and more complete fermentations, and may also allow the production of more alcohol. Due to the complex nature of ethanol tolerance, it appears that a large increase in ethanol tolerance requires several changes in the yeast’s genome. Several approaches that rely on the effect of (random) variation generated by evolutionary engineering or mutagenesis have successfully yielded strains with increased ethanol tolerance.

Material and methods: In the present study, to improve the ethanol tolerance phenotype in the industrial “Ethanol Red” strain, the parent strain was mutated physically and chemically. The mutants were screened using 1-butanol containing medium. The primary parent and the mutants were evolved within 144 days with evolutionary engineering strategy, while ethanol production of selected strains was investigated.

Results: According to the increase in the maximum growth rate, 8 strains were selected including parental strain and mutants, and the amounts of ethanol production of these strains were evaluated after evolutionary adaptation tests. Ethanol production of ER 103 and ER 106 which were mutated with EMS before the adaptive evolution test and then evolved at 11 and 9% v/v ethanol, respectively, was improved from 103.44 ± 0.5 g/L to 112.45 ± 1 and 112.3 ± 0.9 g/L, respectively.

Discussion and conclusion: Due to the extensive capabilities of the evolutionary engineering method in creating capable strains in order to increase ethanol tolerance in industrial strains, the evolutionary engineering strategy was used. To increase the genetic diversity of the primary population, before starting the adaptive evolution experiments, mutation with ethyl methane sulfonate was used, which was more efficient than ultraviolet radiation in accelerating the evolution process to achieve the desired phenotype.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ethanol Red
  • Evolutionary engineering
  • Ethanol tolerance
  • Mutation